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8.4 按鍵 8.4.1 獨立按鍵 常用的按鍵電路有兩種形式，獨立式按鍵和矩陣式按鍵，獨立式按鍵比較簡單，它們各自與獨立的輸入線相連接，如圖 8-6 所示。 圖 8-6 獨立式按鍵原理圖 4 條輸入線接到單片機的 IO 口上，當按鍵 K1 按下時，+5V 通過電阻 R1 然后再通過按鍵K1 最終進入GND 形成一條通路，那么這條線路的全部電壓都加到了R1 這個電阻上，KeyIn1 這個引腳就是個低電平。當松開按鍵后，線路斷開，就不會有電流通過，那么 KeyIn1 和+5V 就應該是等電位，是一個高電平。我們就可以通過 KeyIn1 這個 IO 口的高低電平來判斷是否有按鍵按下。 準雙向IO 口，如果要正常讀取外部信號的狀態，必須首先得保證自己內部輸出的是 1，如果內部輸出 0，則無論外部信號是 1 還是 0，這個引腳讀進來的都是 0。 8.4.2 矩陣按鍵 在某一個系統設計中，如果需要使用很多的按鍵時，做成獨立按鍵會大量占用IO 口，因此我們引入了矩陣按鍵的設計。如圖 8-8 所示，是我們的 KST-51 開發板上的矩陣按鍵電路原理圖，使用 8 個 IO 口來實現了 16 個按鍵。 圖 8-8 矩陣按鍵原理圖 如果獨立按鍵理解了，矩陣按鍵也不難理解，那么我們一起來分析一下。圖8-8 中，一共有 4 組按鍵，我們只看其中一組，如圖 8-9 所示。大家認真看一下，如果 KeyOut1 輸出一個低電平，KeyOut1 就相當于是 GND，是否相當于 4 個獨立按鍵呢。當然這時候 KeyOut2、KeyOut3、KeyOut4 都必須輸出高電平，它們都輸出高電平才能保證與它們相連的三路按鍵 不會對這一路產生干擾，大家可以對照兩張原理圖分析一下。 圖 8-9 矩陣按鍵變獨立按鍵示意圖 8.4.4 按鍵消抖 通常按鍵所用的開關都是機械彈性開關，當機械觸點斷開、閉合時，由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關在閉合時不會馬上就穩定的接通，在斷開時也不會一下子徹底斷開，而是在閉合和斷開的瞬間伴隨了一連串的抖動，如圖 8-10 所示。 圖 8-10 按鍵抖動狀態圖按鍵穩定閉合時間長短是由操作人員決定的，通常都會在 100ms 以上，刻意快速按的話能達到 40-50ms 左右，很難再低了。抖動時間是由按鍵的機械特性決定的，一般都會在 10ms 以內，為了確保程序對按鍵的一次閉合或者一次斷開只響應一次，必須進行按鍵的消抖處理先等待一個10ms 左右的延時時間，讓抖動消失后再進行一次按鍵狀態檢測，如果與剛才檢測到的狀態相同，就可以確認按鍵已經穩定的動作了。將上一個的程 序稍加改動，得到新的帶消抖功能的程序如下。 那么消抖操作所需要的延時該怎么處理呢？其實除了這種簡單的延時，我們還有更優異的方法來處理按鍵抖動問題。舉個例子：我們啟用一個定時中斷，每 2ms 進一次中斷，掃描一次按鍵狀態并且存儲起來，連續掃描8 次后，看看這連續8 次的按鍵狀態是否是一致的。8 次按鍵的時間大概是 16ms，這 16ms 內如果按鍵狀態一直保持一致，那就可以確定現在按鍵處于穩定的階段，而非處于抖動的階段，如圖 8-12。 圖 8-12 按鍵連續掃描判斷 假如左邊時間是起始 0 時刻，每經過 2ms 左移一次，每移動一次，判斷當前連續的 8 次
按鍵狀態是不是全 1 或者全 0，如果是全 1 則判定為彈起，如果是全 0 則判定為按下，如果0 和 1 交錯，就認為是抖動，不做任何判定。想一下，這樣是不是比簡單的延時更加可靠？利用這種方法，就可以避免通過延時消抖占用單片機執行時間，而是轉化成了一種按鍵狀態判定而非按鍵過程判定，我們只對當前按鍵的連續 16ms 的 8 次狀態進行判斷，而不再關心它在這16ms 內都做了什么事情. 8.4.5 矩陣按鍵的掃描 我們講獨立按鍵掃描的時候，大家已經簡單認識了矩陣按鍵是什么樣子了。矩陣按鍵相當于 4 組每組各 4 個獨立按鍵，一共是 16 個按鍵。那我們如何區分這些按鍵呢？想一下我們生活所在的地球，要想確定我們所在的位置，就要借助經緯線，而矩陣按鍵就是通過行線 和列線來確定哪個按鍵被按下的。那么在程序中我們又如何進行這項操作呢？ 前邊講過，按鍵按下通常都會保持 100ms 以上，如果在按鍵掃描中斷中，我們每次讓矩陣按鍵的一個 KeyOut 輸出低電平，其它三個輸出高電平，判斷當前所有 KeyIn 的狀態，下次中斷時再讓下一個 KeyOut 輸出低電平，其它三個輸出高電平，再次判斷所有 KeyIn，通過快速的中斷不停的循環進行判斷，就可以最終確定哪個按鍵按下了，這個原理是不是跟數碼 管動態掃描有點類似？數碼管我們在動態賦值，而按鍵這里我們在動態讀取狀態。至于掃描 間隔時間和消抖時間，因為現在有 4 個 KeyOut 輸出，要中斷 4 次才能完成一次全部按鍵的掃描，顯然再采用 2ms 中斷判斷 8 次掃描值的方式時間就太長了2*4*8=64ms），那么我們就改用 1ms 中斷判斷 4 次采樣值，這樣消抖時間還是 16ms(1*4*4)。下 /**************按鍵掃描*********************** * 函數名稱：Keyscan * 函數參數：void * 函數功能：完成矩陣按鍵或單獨按鍵的掃描，矩陣按鍵使用二維數組；單獨按鍵使用一維數組 * 作者：ZYD * 日期：2018 */ void Keyscan(void) //本函數要循環4次起作用 { uint8i; staticuint8 keyout = 0; staticuint8 keybuf[4][4] = { {0xff,0xff,0xff,0xff,}, //可用緩沖區 {0xff,0xff,0xff,0xff,}, {0xff,0xff,0xff,0xff,}, {0xff,0xff,0xff,0xff,}, }; /***********按鍵的out伏低電平，掃描低電平***********/ switch(keyout) { case0:P2=0x7f;break; //0111 1111 case1:P2=0xbf;break; //1011 1111 case2:P2=0xdf;break; //1101 1111 case3:P2=0xef;break; //1110 1111 default:break; } //P21= 1; //單獨賦值，保證數碼管最后一位正常 /************按鍵按列掃描移位,一個語句完成一列*******/ keybuf[keyout][0]<<=1;keybuf[keyout][0]|=P20; //in1 // keybuf[keyout][1]<<=1;keybuf[keyout][1]|=P21; //in2 // keybuf[keyout][2]<<=1;keybuf[keyout][2]|=P22; //in3 // keybuf[keyout][3]<<=1;keybuf[keyout][3]|=P23; //in4 P21 = 0; //單獨賦值，保證數碼管最后一位正常 for(i=0;i<4;i++) //4次中斷的取樣 { if((keybuf[keyout]&0x0f)== 0x0f) //只要掃描不連續的四位就可以，形成16ms消抖 { //4*4MS內都是0000，就成立了 keysta[keyout]= 1; } elseif((keybuf[keyout]&0x0f) == 0x00) keysta[keyout]= 0; else {} } keyout++; keyout&=0x03;//與字來清零 }
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