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8.4 按键 8.4.1 独立按键 常用的按键电路有两种形式，独立式按键和矩阵式按键，独立式按键比较简单，它们各自与独立的输入线相连接，如图 8-6 所示。 图 8-6 独立式按键原理图 4 条输入线接到单片机的 IO 口上，当按键 K1 按下时，+5V 通过电阻 R1 然后再通过按键K1 最终进入GND 形成一条通路，那么这条线路的全部电压都加到了R1 这个电阻上，KeyIn1 这个引脚就是个低电平。当松开按键后，线路断开，就不会有电流通过，那么 KeyIn1 和+5V 就应该是等电位，是一个高电平。我们就可以通过 KeyIn1 这个 IO 口的高低电平来判断是否有按键按下。 准双向IO 口，如果要正常读取外部信号的状态，必须首先得保证自己内部输出的是 1，如果内部输出 0，则无论外部信号是 1 还是 0，这个引脚读进来的都是 0。 8.4.2 矩阵按键 在某一个系统设计中，如果需要使用很多的按键时，做成独立按键会大量占用IO 口，因此我们引入了矩阵按键的设计。如图 8-8 所示，是我们的 KST-51 开发板上的矩阵按键电路原理图，使用 8 个 IO 口来实现了 16 个按键。 图 8-8 矩阵按键原理图 如果独立按键理解了，矩阵按键也不难理解，那么我们一起来分析一下。图8-8 中，一共有 4 组按键，我们只看其中一组，如图 8-9 所示。大家认真看一下，如果 KeyOut1 输出一个低电平，KeyOut1 就相当于是 GND，是否相当于 4 个独立按键呢。当然这时候 KeyOut2、KeyOut3、KeyOut4 都必须输出高电平，它们都输出高电平才能保证与它们相连的三路按键 不会对这一路产生干扰，大家可以对照两张原理图分析一下。 图 8-9 矩阵按键变独立按键示意图 8.4.4 按键消抖 通常按键所用的开关都是机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上就稳定的接通，在断开时也不会一下子彻底断开，而是在闭合和断开的瞬间伴随了一连串的抖动，如图 8-10 所示。 图 8-10 按键抖动状态图按键稳定闭合时间长短是由操作人员决定的，通常都会在 100ms 以上，刻意快速按的话能达到 40-50ms 左右，很难再低了。抖动时间是由按键的机械特性决定的，一般都会在 10ms 以内，为了确保程序对按键的一次闭合或者一次断开只响应一次，必须进行按键的消抖处理先等待一个10ms 左右的延时时间，让抖动消失后再进行一次按键状态检测，如果与刚才检测到的状态相同，就可以确认按键已经稳定的动作了。将上一个的程 序稍加改动，得到新的带消抖功能的程序如下。 那么消抖操作所需要的延时该怎么处理呢？其实除了这种简单的延时，我们还有更优异的方法来处理按键抖动问题。举个例子：我们启用一个定时中断，每 2ms 进一次中断，扫描一次按键状态并且存储起来，连续扫描8 次后，看看这连续8 次的按键状态是否是一致的。8 次按键的时间大概是 16ms，这 16ms 内如果按键状态一直保持一致，那就可以确定现在按键处于稳定的阶段，而非处于抖动的阶段，如图 8-12。 图 8-12 按键连续扫描判断 假如左边时间是起始 0 时刻，每经过 2ms 左移一次，每移动一次，判断当前连续的 8 次
按键状态是不是全 1 或者全 0，如果是全 1 则判定为弹起，如果是全 0 则判定为按下，如果0 和 1 交错，就认为是抖动，不做任何判定。想一下，这样是不是比简单的延时更加可靠？利用这种方法，就可以避免通过延时消抖占用单片机执行时间，而是转化成了一种按键状态判定而非按键过程判定，我们只对当前按键的连续 16ms 的 8 次状态进行判断，而不再关心它在这16ms 内都做了什么事情. 8.4.5 矩阵按键的扫描 我们讲独立按键扫描的时候，大家已经简单认识了矩阵按键是什么样子了。矩阵按键相当于 4 组每组各 4 个独立按键，一共是 16 个按键。那我们如何区分这些按键呢？想一下我们生活所在的地球，要想确定我们所在的位置，就要借助经纬线，而矩阵按键就是通过行线 和列线来确定哪个按键被按下的。那么在程序中我们又如何进行这项操作呢？ 前边讲过，按键按下通常都会保持 100ms 以上，如果在按键扫描中断中，我们每次让矩阵按键的一个 KeyOut 输出低电平，其它三个输出高电平，判断当前所有 KeyIn 的状态，下次中断时再让下一个 KeyOut 输出低电平，其它三个输出高电平，再次判断所有 KeyIn，通过快速的中断不停的循环进行判断，就可以最终确定哪个按键按下了，这个原理是不是跟数码 管动态扫描有点类似？数码管我们在动态赋值，而按键这里我们在动态读取状态。至于扫描 间隔时间和消抖时间，因为现在有 4 个 KeyOut 输出，要中断 4 次才能完成一次全部按键的扫描，显然再采用 2ms 中断判断 8 次扫描值的方式时间就太长了2*4*8=64ms），那么我们就改用 1ms 中断判断 4 次采样值，这样消抖时间还是 16ms(1*4*4)。下 /**************按键扫描*********************** * 函数名称：Keyscan * 函数参数：void * 函数功能：完成矩阵按键或单独按键的扫描，矩阵按键使用二维数组；单独按键使用一维数组 * 作者：ZYD * 日期：2018 */ void Keyscan(void) //本函数要循环4次起作用 { uint8i; staticuint8 keyout = 0; staticuint8 keybuf[4][4] = { {0xff,0xff,0xff,0xff,}, //可用缓冲区 {0xff,0xff,0xff,0xff,}, {0xff,0xff,0xff,0xff,}, {0xff,0xff,0xff,0xff,}, }; /***********按键的out伏低电平，扫描低电平***********/ 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; //单独赋值，保证数码管最后一位正常 /************按键按列扫描移位,一个语句完成一列*******/ 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; //单独赋值，保证数码管最后一位正常 for(i=0;i<4;i++) //4次中断的取样 { if((keybuf[keyout]&0x0f)== 0x0f) //只要扫描不连续的四位就可以，形成16ms消抖 { //4*4MS内都是0000，就成立了 keysta[keyout]= 1; } elseif((keybuf[keyout]&0x0f) == 0x00) keysta[keyout]= 0; else {} } keyout++; keyout&=0x03;//与字来清零 }
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