在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，按鍵主要有兩種形式：1、直接按鍵； 2、矩陣編碼鍵盤。直接按鍵的每個按鍵都單獨(dú)接到單片機(jī)的一個I/O口上，直接按鍵則通過判斷按鍵端口的電位即可識別按鍵操作；而矩陣鍵盤通過行列交叉按鍵編碼進(jìn)行識別。下面我們以S51增強(qiáng)型單片機(jī)實驗板的直接按鍵來學(xué)習(xí)單片機(jī)輕觸按鍵在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

S51增強(qiáng)型單片機(jī)輕觸按鍵原理圖

圖 1

一、按鍵時序分析

通常所用的按鍵為輕觸機(jī)械開關(guān)，正常情況下按鍵的接點(diǎn)是斷開的，當(dāng)我們按壓按鈕時，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時也不會一下子斷開。因而機(jī)械觸點(diǎn)在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，按鍵的時序如下圖2所示，抖動時間的長短由按鍵的機(jī)械特性及操作人員按鍵動作決定，一般為5ms～20ms；按鍵穩(wěn)定閉合時間的長短是由操作人員的按鍵按壓時間長短決定的，一般為零點(diǎn)幾秒至數(shù)秒不等。

輕觸按鍵操作時序示意圖

圖 2

從上面圖2中我們可以看到，一次完整的擊鍵過程，包含以下5個階段：

1. 等待階段： 此時按鍵尚未按下，處于空閑階段。

2. 前沿（閉合）抖動階段：此時按鍵剛剛按下，但按鍵信號還處于抖動狀態(tài)，這個時間一般為5~20ms。為了確保按鍵操作不會誤動作，此時必須有個前沿消抖動延時。

3. 鍵穩(wěn)定階段：此時抖動已經(jīng)結(jié)束，一個有效的按鍵動作已經(jīng)產(chǎn)生。系統(tǒng)應(yīng)該在此時執(zhí)行按鍵功能；或?qū)存I所對應(yīng)的鍵值記錄下來，待按鍵釋放時再執(zhí)行。

4. 后沿（釋放）抖動階段：一般來說，考究一點(diǎn)的程序應(yīng)該在這里再做一次消抖延時，以防誤動作。但是，如果前面“前沿抖動階段”的消抖延時時間取值合適的話，可以忽略此階段。

5. 按鍵釋放階段：此時后沿抖動已經(jīng)結(jié)束，按鍵已經(jīng)處于完全釋放狀態(tài)，如果按鍵是采用釋放后再執(zhí)行功能，則可以在這個階段進(jìn)行按鍵操作的相關(guān)處理。

二、按鍵實驗例程

下面我們通過幾個實驗例程來學(xué)習(xí)按鍵掃描編程及按鍵軟件消抖動的編程，通過這些對比實驗，給大家一個更加感性的認(rèn)識。

1、按鍵K1控制LED指示燈實驗：本程序通過實驗板上的按鍵K1控制P1.0上的LED亮滅。程序功能如下：當(dāng)K1按下開關(guān)時指示燈亮，再次按下時指示燈滅。

輕觸按鍵K1控制指示燈的實驗例程（沒有軟件消抖動處理） 實驗結(jié)果分析：

ORG 0000H

AJMP START ;跳轉(zhuǎn)到初始化程序

ORG 0033H

START:MOV SP，#60H ;SP初始化

MOV P3，#0FFH ;端口初始化

MAIN： JB P3.2，MAIN ;檢測按鍵K1有沒有按下

CPL P1.0 ;執(zhí)行按鍵命令，改變P1.0指示燈狀態(tài)

JNB P3.2，$ ;等待按鍵K1釋放

AJMP MAIN ;返回重新檢測按鍵

END

由于本實驗程序中沒有進(jìn)行軟件消抖動延時處理，我們把程序燒寫到單片機(jī)上運(yùn)行時，多次按壓K1控制LED的亮滅，發(fā)控制不太穩(wěn)定，大約按十次，LED發(fā)光二極管的輸出狀態(tài)有2到3次是錯誤的。

這就是因為沒有軟件去抖動的原因，在按鍵的前沿抖動或后沿抖動期間，抖動脈沖均有可能被程序檢測而錯誤執(zhí)行，此時相當(dāng)于按鍵被按壓和松開了N次，LED的輸出狀態(tài)也已經(jīng)改變了N次，故松開按鍵后LED的狀態(tài)是一個隨機(jī)結(jié)果。

2、改進(jìn)的按鍵K1控制LED指示燈實驗：本程序通過實驗板上的按鍵K1控制P1.0上的LED亮滅。程序功能如下：當(dāng)K1按下開關(guān)時指示燈亮，再次按下時指示燈滅。

改進(jìn)的輕觸按鍵K1控制指示燈的實驗例程（經(jīng)過軟件消抖動處理） 實驗結(jié)果分析：

ORG 0000H

AJMP START ;跳轉(zhuǎn)到初始化程序

ORG 0033H

START:MOV SP，#60H ;SP初始化

MOV P3，#0FFH ;端口初始化

MAIN： JB P3.2，MAIN ;檢測按鍵K1有沒有按下

ACALL YS20ms ;消前沿抖動延時，實現(xiàn)軟件去抖動

JB P3.2，MAIN ;再次檢測按鍵，如果為高電平，則是抖動

CPL P1.0 ;執(zhí)行按鍵命令，改變P1.0指示燈狀態(tài)

JNB P3.2，$ ;等待按鍵K1釋放

AJMP MAIN ;返回重新檢測按鍵

YS20ms：

MOV R7，#40 ;延時20ms子程序

YS1： MOV R6，#229

DJNZ R6，$

DJNZ R7，YS1

RET

END

由于本實驗程序中對按鍵的前沿抖動進(jìn)行20ms的軟件消抖動延時處理，我們把程序燒寫到單片機(jī)上運(yùn)行，多次按壓K1控制LED的亮滅，發(fā)控制就很穩(wěn)定了，不會出現(xiàn)控制錯誤的現(xiàn)象。

通過本實驗，可以看出軟件去抖動延時還是很重要的，消抖動延時時間一般在5～20ms之間，實際應(yīng)用時候根據(jù)實驗取得最佳延時。

本程序沒有對按鍵松開時的后沿抖動進(jìn)行消抖動，如果在要求很嚴(yán)格的系統(tǒng)中，建議增加后沿消抖動延時處理，這樣可以確保按鈕不會產(chǎn)生誤動作。

3、帶按鍵音效的按鍵掃描實驗例程：下面的按鍵掃描實驗例程除了有軟件消抖動功能外，還具有按鍵音效，當(dāng)按壓按鍵K1～K4時候，按鍵號碼會顯示在實驗板的數(shù)碼管上，同時可以聽到按鍵音。