按鍵的多種狀態(tài)檢測及消抖處理方法

陳曉麗

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

1 引言

在單片機控制系統(tǒng)中，按鍵是最常用的輸入設(shè)備，是人-機接口中非常重要的組成部分，家用電器或其它消費性電子產(chǎn)品中就經(jīng)常使用按鍵來實現(xiàn)功能控制或選擇、配置信息參數(shù)等。隨著產(chǎn)品功能越來越豐富，按鍵的作用越來越多樣化，同一個按鍵被賦予了多種功能（即一鍵多功能），比如：短按一個按鍵是功能模式切換，而長按這一個按鍵又可以是關(guān)機的功能，這使得按鍵的檢測和處理更加復雜，也更加重要。本文講述了一種按鍵的多種狀態(tài)判斷方法和相應(yīng)的按鍵消抖處理方法。

2 按鍵檢測

按鍵都是以開關(guān)狀態(tài)來輸入數(shù)據(jù)的。根據(jù)硬件電路上對按鍵檢測的不同來區(qū)分，可以將按鍵檢測電路分為兩種類型，一類是I/O掃描式按鍵電路，另一類是AD采樣式按鍵電路。這兩種電路在按鍵檢測原理上存在區(qū)別，I/O掃描式按鍵檢測是根據(jù)I/O的高低電平來判斷是否有鍵按下，而AD采樣式按鍵檢測是根據(jù)I/O的AD采樣值范圍來判斷是否有鍵按下。雖然兩類按鍵的檢測方法不同，但是按鍵的處理方法是一樣的，包括狀態(tài)判斷處理和消抖處理。

3 按鍵的多種狀態(tài)判斷

3.1 按鍵的狀態(tài)

為了實現(xiàn)一個按鍵有多種功能，可以根據(jù)操作按鍵的不同狀態(tài)來進行處理，這就需要判斷出按鍵的各種狀態(tài)。按鍵的狀態(tài)有多種類型，包括短按、長按、連按、短按釋放、長按釋放等。

3.2 按鍵的多種狀態(tài)判斷方法

這里介紹一種程序上判斷按鍵多種狀態(tài)的方法。

程序代碼如下：

#define NO_KEY 0xFF //按鍵沒有按下

#define TASK_KEY_LONG 0x20//按鍵長按

#define TASK_KEY_HOLD 0x40//按鍵連按

#define TASK_KEY_SHORT_UP 0x80//按鍵短按后釋放

#define TASK_KEY_LONG_UP 0x60//按鍵長按后釋放

#define KEY_SCAN_TIMES 3 //短按鍵的次數(shù)

#define KEY_LONG_TIMES 150 //長按鍵的次數(shù)

#define KEY_HOLD_TIMES 35 //連按鍵的次數(shù)

void KeyScan(void)

{

static unsigned char keyCounter; //用于區(qū)分短按、長按、連按等

static unsigned char keyValue; //按鍵穩(wěn)定狀態(tài)值

unsigned char keyTmp; //當前按鍵狀態(tài)

unsigned char key_return = NO_KEY;

static bool long_key; //按鍵長按標志

keyTmp = KeyDetect(); //獲取當前的按鍵

狀態(tài),keyTmp的每一位對應(yīng)一個按鍵狀態(tài)，0表

示按鍵按下

if (keyTmp == NO_KEY) //釋放按鍵或者

按鍵沒有按下

{

if (long_key == 1)

{

key_return = keyValue | TASK_KEY_

LONG_UP; //長按后釋放按鍵

}

else if ((keyCounter < KEY_LONG_

TIMES ) && (keyCounter > KEY_SCAN_

TIMES))

{

key_return = keyValue | TASK_KEY_

SHORT_UP; //短按后釋放按鍵

}

keyValue = NO_KEY;

long_key = 0;

keyCounter = 0;

}

else if ((keyTmp != keyValue))

{

keyValue = keyTmp;

keyCounter = 0;

long_key = 0;

}

else

{

keyCounter++;

if (keyCounter == KEY_SCAN_TIMES)

{

key_return = keyValue; //短按

}

else if (keyCounter == KEY_LONG_

TIMES )

{

if (long_key == FALSE)

{

long_key = TRUE;

key_return = keyValue | TASK_KEY_LONG; //長按

}

}

else if (keyCounter == (KEY_LONG_TIMES + KEY_HOLD_TIMES) )

{

key_return = keyValue | TASK_KEY_HOLD; //連按

keyCounter = KEY_LONG_TIMES;

}

}

if ( key_return != NO_KEY)

{

PutMsg(key_return); //產(chǎn)生有按鍵的消息

}

}

函數(shù)KeyScan（）的原理：在定時器的5ms中斷處理中調(diào)用這個函數(shù)，通過按鍵掃描函數(shù)KeyDetect()獲取按鍵狀態(tài)keyTmp，它的每一位對應(yīng)一個按鍵狀態(tài)，0表示按鍵按下，1表示按鍵沒有按下。當keyTmp為0xFF時，表示沒有任何按鍵按下；keyCounter用于累計按鍵按下的時間，短按時間為3×5ms=15ms，也就是說當檢測按鍵按下的時間超過15ms，就會發(fā)出一個短按的消息。同理，長按時間為150×5ms=750ms，連按消息是在長按后35×5=175ms后發(fā)出的，如果按鍵一直按著，就會每過175ms發(fā)出一個連按消息了；而短按釋放的消息就要求按鍵短按和按鍵釋放兩個條件都先后滿足，長按釋放的消息也如此。當有按鍵按下時，這個函數(shù)會產(chǎn)生一個按鍵消息key_return，它是按鍵類型keyValue同按鍵狀態(tài)（包括短按、長按、連按、短按釋放、長按釋放）進行或運算的結(jié)果。這樣處理的優(yōu)點：不管有多少個按鍵，每個按鍵都可以產(chǎn)生出這5類狀態(tài)的消息，按鍵數(shù)量有增加或刪減時，都不用更改代碼，方便維護。

4 按鍵消抖處理

4.1 按鍵抖動

常用的按鍵為機械彈性按鍵，也稱輕觸開關(guān)。機械按鍵由于觸點的彈性及電壓突跳等原因，在觸點閉合和斷開的瞬間會出現(xiàn)抖動。一個按鍵在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，同樣，在斷開時也不會一下子斷開，在閉合和斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，如圖1所示。

抖動時間的長短由按鍵的機械特性來決定,一般為5～10ms。這種抖動對人來說是感覺不到的，但對單片機來說，則是完全可以感知的，因為單片機的處理速度在微秒級。按鍵穩(wěn)定閉合時間的長短則由操作人員的按鍵動作決定的，一般為幾百個毫秒至數(shù)秒。如果不對按鍵消除抖動則會引起程序處理的誤操作。為了避免這種抖動現(xiàn)象，需進行按鍵消抖處理。

4.2 按鍵消抖處理方法

按鍵消抖有“硬件消抖”和“軟件消抖”兩種方式。簡單的硬件消抖是在按鍵接入單片機的引腳位置并入一個小電容，利用電容的充放電原理來實現(xiàn)消除因抖動所產(chǎn)生的毛刺。簡單的軟件消抖就是用加固定軟件延時的方法來去除抖動，具體方法就是在有按鍵按下時,利用軟件延時一段時間后再次檢測按鍵是否按下,實際上是避開了按鍵按下時的抖動時間。

這種硬件上并電容或軟件上延時的處理方式比較簡單，而且確實也起到了一定的消抖作用。但是在實際的生產(chǎn)使用過程中，按鍵千差萬別，不同廠家的物料也參差不齊，各種按鍵操作時產(chǎn)生的抖動時間不會是一致的。這樣就會出現(xiàn)一些問題了，電容過小或延時過短，可能會有按鍵誤動作的問題；而電容過大或延時過長，會有按鍵操作后反應(yīng)遲鈍的問題。下面介紹一種新的消抖處理方法，抖動時間的長或短，對按鍵的操作效果沒有任何影響。

程序代碼如下：

#define KEY_SHAKE_TIMES 8 //按鍵防抖的掃描次數(shù)

static unsigned char Count; //用于累計按鍵狀態(tài)穩(wěn)定的次數(shù)

static unsigned char keyStatus; //前次按鍵狀態(tài)

if(keyTmp != keyStatus) //當前按鍵狀態(tài)是否與前次按鍵狀態(tài)相同

{

keyStatus = keyTmp;

Count = 0;

return;

}

else

{

if (Count < 8)

{

Count++;

return;

}

}

只要在前面介紹的函數(shù)KeyScan（）中獲取keyTmp值后增加這段代碼就可以了。它的原理：每次掃描中都將當前按鍵狀態(tài)keyTmp與前次按鍵狀態(tài)keyStatus進行比較，如果比較的兩次狀態(tài)不同，表示按鍵處于抖動中，會將用于累計按鍵狀態(tài)穩(wěn)定次數(shù)的變量Count清零，只有當連續(xù)8次比較的狀態(tài)都相同時，才認為狀態(tài)穩(wěn)定了，即沒有抖動了。這包括了按鍵按下時的抖動處理和按鍵釋放的抖動處理。其中Count設(shè)為8次，每5ms調(diào)用一次，這就是40ms，它的設(shè)定，與抖動時間長短無關(guān)，只要大于抖動周期就可以了。這種處理方法的優(yōu)點在于：它與抖動過程的時間長短無關(guān)，而且處理代碼簡單，不用區(qū)分按下抖動或釋放抖動。

5 總結(jié)

本文介紹的這種單片機按鍵狀態(tài)檢測和消抖處理方法，與一般的按鍵檢測方法相比，能檢測更多類型的的按鍵狀態(tài)，按鍵數(shù)量有增加或刪減時，也不用更改代碼，適用范圍廣，且代碼簡單，方便維護。采用的按鍵消抖方法也有很大的改進，與抖動過程的時間長短無關(guān)，不用區(qū)分按下抖動或釋放抖動。

[1]譚浩強 C程序設(shè)計 清華大學出版社

[2]劉天時，劉賞，付春 一種單片機鍵盤電路設(shè)計與消抖處理 計算機與網(wǎng)絡(luò)2012年 第10期

[3]李運兵 微控制器中按鍵處理技巧及應(yīng)用 計算機應(yīng)用系統(tǒng) 2010年第2期