單片機(jī)按鍵消抖的原理和方法詳解

一、按鍵抖動(dòng)

通常的按鍵所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，當(dāng)機(jī)械觸點(diǎn)斷開、閉合時(shí)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時(shí)也不會(huì)一下子斷開。因而在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動(dòng)，為了不產(chǎn)生這種現(xiàn)象而作的措施就是按鍵消抖。

抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為5ms～10ms。這是一個(gè)很重要的時(shí)間參數(shù)，在很多場(chǎng)合都要用到。按鍵穩(wěn)定閉合時(shí)間的長(zhǎng)短則是由操作人員的按鍵動(dòng)作決定的，一般為零點(diǎn)幾秒至數(shù)秒。為確保CPU對(duì)鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去除鍵抖動(dòng)。在鍵閉合穩(wěn)定時(shí)讀取鍵的狀態(tài)，并且必須判別到鍵釋放穩(wěn)定后再作處理。

二、按鍵消抖方法

1.硬件消抖：適用于按鍵較少時(shí)

（1）RS觸發(fā)器

圖中兩個(gè)“與非”門構(gòu)成一個(gè)RS觸發(fā)器。當(dāng)按鍵未按下時(shí)，輸出為0;當(dāng)鍵按下時(shí)，輸出為1。此時(shí)即使用按鍵的機(jī)械性能，使按鍵因彈性抖動(dòng)而產(chǎn)生瞬時(shí)斷開（抖動(dòng)跳開B），只要按鍵不返回原始狀態(tài)A，雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)不改變，輸出保持為0，不會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)的波形。也就是說(shuō)，即使B點(diǎn)的電壓波形是抖動(dòng)的，但經(jīng)雙穩(wěn)態(tài)電路之后，其輸出為正規(guī)的矩形波。這一點(diǎn)通過(guò)分析RS觸發(fā)器的工作過(guò)程很容易得到驗(yàn)證。

（2）電容器

利用電容的放電延時(shí)，采用并聯(lián)電容法，也可以實(shí)現(xiàn)硬件消抖。如圖所示，由于電容兩端電壓不能突變，使得按鍵兩端的電壓平緩變化，直至電容充放電到達(dá)一定電壓閾值時(shí)，單片機(jī)才讀取到電平變化。

2.軟件消抖

如果按鍵較多，常用軟件方法消抖

（1）延時(shí)函數(shù)按鍵消抖

檢測(cè)出鍵閉合后執(zhí)行一個(gè)延時(shí)程序，5ms～10ms（取決于機(jī)械特性）的延時(shí)，讓前沿抖動(dòng)消失后再一次檢測(cè)鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)為真正有鍵按下。當(dāng)檢測(cè)到按鍵釋放后，也要給5ms～10ms的延時(shí)，待后沿抖動(dòng)消失后才能轉(zhuǎn)入該鍵的處理程序。

優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單方便

缺點(diǎn)：程序在空跑浪費(fèi)CPU資源、不夠精準(zhǔn)

注：如果按鍵是用中斷方式實(shí)現(xiàn)的，那就更不能在中斷服務(wù)函數(shù)里面使用延時(shí)函數(shù)，因?yàn)橹袛喾?wù)函數(shù)最基本的要求就是快進(jìn)快出！

（2）定時(shí)器按鍵消抖

原理：按鍵采用中斷驅(qū)動(dòng)方式，當(dāng)按鍵按下以后觸發(fā)按鍵中斷，在按鍵中斷中開啟一個(gè)定時(shí)器，定時(shí)周期為 10ms，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到了以后就會(huì)觸發(fā)定時(shí)器中斷，最后在定時(shí)器中斷處理函數(shù)中讀取按鍵的值，如果按鍵值還是按下?tīng)顟B(tài)那就表示這是一次有效的按鍵。

如圖所示：

圖中 t1 ~ t3 這一段時(shí)間就是按鍵抖動(dòng)，是需要消除的。設(shè)置按鍵為下降沿觸發(fā)（由按鍵的電路決定），因此會(huì)在 t1、t2 和 t3 這三個(gè)時(shí)刻會(huì)觸發(fā)按鍵中斷，每次進(jìn)入中斷處理函數(shù)都會(huì)重新開器定時(shí)器中斷，所以會(huì)在 t1、t2 和 t3 這三個(gè)時(shí)刻開器定時(shí)器中斷。但是 t1 ~ t2 和 t2 ~ t3 這兩個(gè)時(shí)間段是小于我們?cè)O(shè)置的定時(shí)器中斷周期(也就是消抖時(shí)間，比如 10ms)，所以雖然 t1 開啟了定時(shí)器，但是定時(shí)器定時(shí)時(shí)間還沒(méi)到 t2 時(shí)刻就重置了定時(shí)器，最終只有 t3 時(shí)刻開啟的定時(shí)器能完整的完成整個(gè)定時(shí)周期并觸發(fā)中斷，我們就可以在定時(shí)器中斷處理函數(shù)里面做按鍵處理了。

優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約CPU資源

缺點(diǎn)：消耗一個(gè)定時(shí)器

注：

1.消抖的定時(shí)時(shí)間由按鍵的機(jī)械特性決定，多調(diào)試。

2.中斷處理函數(shù)處理完要清除相應(yīng)中斷標(biāo)志。

3.進(jìn)行按鍵處理后要清零和失能定時(shí)器，否則無(wú)按鍵按下時(shí)也在定時(shí)。

審核編輯：湯梓紅