嵌入式系统智能键盘的软件设计

结语
本文针对实时应用的嵌入式系统中智能键盘软件设 计的软件去抖动问题、等待按键抬起问题和连击处理问 题，给出基于查询结构的软件解决方案。该方案不但能够 满足系统的实时性要求，而且软件直接调用，大大降低了 系统开发的难度。雎
参考文献 Ｅ１］刘海成．ＡＶＲ单片机原理及测控工程应用［Ｍ］．北京：北京
航空航天大学出版社，２００８：５９—６６． ［２］何道刚，等．智能化键盘的设计及其在便携式产品中的应用
ｗｈｉｌｅ（１）｛ ｋｅｙ＿ｖａｌｕｅ＝Ｒｅａｄ—ｋｅｙ（）； ｉｆ（ｋｅｙ＿ｖａｌｕｅ＝＝３）｛
｝
｝ ）
工程应用中随着主函数死循环中程序量的不同，需要 调整３个参数。不过，该程序利用系统的嘀嗒定时中断定 时读取，只需调整好一组参数。
上面的例程中要深入理解ｓｔａｔｉｃ的作用，即静态变量 会被分配一个内存固定、每次操作的值不会丢失、却又被 函数私有处理的类似全局变量的变量。
ｋｅｙ＿ｃｏｕｎｔ＝０；
ｋｅｙｏｖｅｒ＿ｔｉｍｅ＝ｃ—ｋｅｙｑｕｉｃｋ—ｔｉｍｅ；
／／将处于连击模式
）
ｒｅｔｕｒｎ ０ｘｆｆ； ｝
）
ｅｌｓｅ｛ ｌａｓｔ—ｋｅｙ＝ｎｃ； ｋｅｙ—ｃｏｕｎｔ＝０； ｋｅｙｏｖｅｒ＿ｔｉｍｅ＝Ｃ ｋｅｙｏｖｅｒ＿ｔｉｍｅ； ｒｅｔｕｒｎ Ｏｘ◆一般来说，长击一旦被检测到就立即执行； ◆当按键刚被按下时，系统无法预知本次击键的时
间长度，所以短击必须在释放后再执行。 ⑥当按键释放后，ＫＥＹ—Ｃｏｕｎｔｅｒ应当被清零。
２．２单击和连击的软件识别
一般来说，连击和单击是相伴随的。事实上，连击的 本质就是多次单击。软件流程如下：
①定义１个变量，ＫＥＹ—Ｃｏｕｎｔｅｒ一按键响应延时时 间寄存器。
ｋｅｙ＿ｃｏｕｎｔ＝０；
ｋｅｙｏｖｅｒ—ｔｉｍｅ＝ｃ—ｋｅｙｏｖｅｒ—ｔｉｍｅ；
ｒｅｔｕｒｎ ０ｘｆｆ；
／／无键按下返回０ｘｆｆ
）
ｅｌｓｅ｛
ｉｆ（ｎｃ＝一ｌａｓｔ—ｋｅｙ）｛
ｉｆ（十＋ｋｅｙ＿ｃｏｕｎｔ＝＝ｃ—ｗｏｂｂｌｅ—ｔｉｍｅ）ｒｅｔｕｒｎ ｎｃ； ／／去抖动结束，返回按键值
ｅｌｓｅ｛ ｉｆ（ｋｅｙ＿ｃｏｕｎｔ＞ｋｅｙｏｖｅｒ—ｔｉｍｅ）｛ ／／等待按键抬起时间结束，进入 ／／连击模式
图２短击／长击示意图
软件流程如下： ①定义１个变量，ＫＥＹ＿Ｃｏｕｎｔｅｒ＝按键闭合计数器。 ②定义１个常数，ｃ＿ｋｅｙｏｖｅｒ＿ｔｉｍｅ＝－按键长击时间常数。 ③定时检测按键，当按键闭合时，ＫＥＹ—Ｃｏｕｎｔｅｒ按一 定的频率递增。 ④当ＫＥＹ＿Ｃｏｕｎｔｅｒ≥ｅ＿ｋｅｙｏｖｅｒ＿ｔｉｍｅ时，确认一次 有效长击。
１．２等待按键抬起问题 单片机在查询读取按键时，不断地扫描键盘，扫描
到有键按下后，进行键值处理。它并不等待键盘释放 再退出键盘程序，而是直接退出键盘程序，返回主程序 继续工作。计算机系统执行速度快，很快又一次执行 到键盘程序，并再次检测到键还处于按下的状态，单片
Ｉ冒豇匾蜀置疆譬蓥嘲Ｍｉ。。。。。。ＩＩ。。＆Ｅ。ｂｅｄｄｅｄ ｓ，。。。。。２ １
２ ２《羊‘｝机城入式糸＇ｉ．应冈》Ｉ壅口曩团重圈卿 万方数据
图３单击／连击示意图
本文以ＡＶＲ单片机为例给出设计软件。例程中４个 按键分别连接到ＰＤ口的低４位（若按钮更多，甚至是矩
ａｄｖ＠ｍｅｓｎｅｔ．ＣＯｒｎ．ｃｎ（广告专用）
阵键盘也很好仿写）。ＷＩＮＡＶＲ２００７１２２１例程如下（假定
连接按键的Ｉ／ｏ口已经成功地初始化）：
＃ｄｅｆｉｎｅ ｃ ｋｅｙｑｕｉｃｋ—ｔｉｍｅ ２０００ ／／定义等待按键抬起的连击时间（可调整）
ｓｔａｔｉｃ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ ｋｅｙｏｖｅｒ＿ｔｉｍｅ＝Ｃ ｋｅｙｏｖｅｒ＿ｔｉｍｅ；
ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｎｃ；
ｎｃ—ＰＩＮＤ８Ｌ０ｘｏｆ；
／／读按键，ＰＤ０～ＰＤ３
ｉｆ（ｎｃ＝一０ｘｏｆ）ｏ
万方数据
断开、闭合时会有抖动，这种抖动对人来说是感觉不到的， 但对计算机来说，则是完全可以感应到的。计算机处理的 速度是Ⅱｓ级，而机械抖动的时间至少是ｍｓ级，对计算机 而言，这已是漫长的时间了。
为使单片机能正确地读出端口的状态，对每一次按键 只作一次响应，这就必须考虑如何去除抖动的问题。嵌入 式系统一般采用软件延时去除抖动。软件延时去除抖动 其实很简单，就是在单片机获得端口有按键动作时，不是 立即认定按键开关已被按下，而是延时１０ ｍｓ或更长一段 时间后再次检测端口，如果仍为动作电平，则说明按键开 关的确按下了，这实际上是避开了按键按下时的抖动时 间；而在检测到按键释放后（端口为高）再延时５～１０ ｍｓ， 消除后沿的抖动，然后再对键值处理。当然，实际应用中 对按键的要求也是千差万别，要根据不同的需要来编制处 理程序，但以上是软件延时去除抖动的基本原则。
嵌入式系统智能键盘的软件设计
刘海成 （黑龙江工程学院电子工程系，哈尔滨１５００５０）
摘要：良好的人机操作界面是电子仪器和设备必备的。然而在实时应用的嵌入式系统中键盘软件设计有３个方面的问
题，包括软件去抖动、等待按键抬起和连击处理。这３个问题都需要大延时，而直接的延时会大大破坏系统的实时性。
本文针对上述问题给出具体解决方案，并以ＡＶＲ单片机为例给出例程。 关键词：键盘；软件去抖动；等待按键抬起；连击处理
１ 嵌入式系统键盘软件设计的３个问题
１．１ 软件去抖动问题 一次完整按键过程的时序波形如图１所示。当按键
未被按下时，单片机端口输入为通过上拉电阻获得的高电 平；按下时，端口接至地，端口输入为低电平。当机械触点
瓣辫 释放
等待 闭合 阶段 抖动
有效 闭合
释放 有效 抖动 释放
图１按键过程时序波形
ｐａｐｅｒ＠ｍｅｓｎｅｔ．ｅＯｆｆＬ ｅｎ（投稿专用）
／／初次调用，认为上一次没有按键按下
ｓｔａｔｉｃ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ ｋｅｙ＿ｃｏｕｎｔ＝０；
／／每次检测按键时，若有对应按键按下则该计数 ／／器加ｌ，用于去抖动和等待按键抬起循环执行该 ／／函数次数的３个常数，要根据具体系统略加调整 ＃ｄｅｆｉｎｅ ｃ＿ｗｏｂｂｌｅ＿ｔｉｍｅ １２０／／定义去按键抖动时间（可调整） ＃ｄｅｆｉｎｅ ｃ＿ｋｅｙｏｖｅｒ＿ｔｉｍｅ ２００００／／定义等待按键进入连击的时 ／／间（可调整），该常数在设计时要比按键按下的 ／／常规时间长一点，防止非目的性进入连击模式
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｋｅｙｂｏａｒｄ｝ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ；ｗａｉｔｉｎｇ ｆｏｒ ｋｅｙ ｒｅｌｅａｓｅ；ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｓｔｒｉｋｉｎｇ
引言
键盘是智能化测控系统主要的信息输入方式，是实现 人机对话的重要途径，因此如何有效地控制键盘并为系统 服务是每个设计者需要切实考虑的问题。
嵌入式系统键盘软件设计存在３方面问题：软件去抖 动、等待按键抬起和连击处理。
中图分类号：ＴＰ３１１
文献标识码：Ａ
Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｌ ｌ ｉｇｅｎｔ Ｋｅｙｂｏａｒｄ ｆｏｒ Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ
Ｌｉｕ Ｈａｉｃｈｅｎｇ
（Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｅｒｂｉｎ １ ５００５０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｇｏｏｄ ｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｉｓ ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｔＯ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｔｈｒｅｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｋｅｙｂｏａｒｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｄｉｔｈｅｒｉｎｇ ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ，ｗａｉｔｉｎｇ ｆｏｒ ｋｅｙ ｒｅｌｅａｓｅ ａｎｄ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｓｔｒｉｋｉｎｇ．Ｌａｒｇｅ ｄｅｌａｙ ｉｓ ｎｅｅｄｅｄ ｔＯ ａｄｄｒｅｓｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｂｕｔ ｄｉｒｅｃｔ ｄｅｌａｙ ｉｍｐａｉｒｓ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ａ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｉｍ ａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ａｎｄ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ ｒｏｕｔｉｎｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＶＲ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｓ ｇｉｖｅｎ．
针对这３个问题，本文给出一个解决方案。该软件方 案实现计数器自然去抖动和等待按键抬起功能，而非采取 延时等待的方法，同时实现了连击处理。
２智能键盘的软件设计
为了解决智能键盘在应用中的一些技术问题，下面分 析各种击键类型的软件处理方法。
２．１ 短击和长击区分的软件设计
图２为短击／长击的示意图。
⑤当按键释放时，再判断一次ＫＥＹ—Ｃｏｕｎｔｅｒ。如果 ＫＥＹ—Ｃｏｕｎｔｅｒ＜ｃ＿ｋｅｙｏｖｅｒ～ｔｉｍｅ，则说明刚才释放的那次 击键为“短击”。需要指出的是，当一个按键上同时支持短 击和长击时，二者的执行时机是不同的：
对于软件去抖动问题和等待按键抬起问题，若采用软 件延时，会大大削弱系统的实时性；若采用中断方式延时， 会占用定时器，耗费了系统资源，且软件的多任务编程会 增大软件设计的复杂度。
１．３连击处理问题
工业控制设备中有这样一种键盘方案设计要求：如果 长时间按下同一个按键，表征有重复执行该键对应处理程 序的需求。比如使用“＋”和“一”二键控制显示数值，要求 按一次“＋”键使显示值加１，要求按一次“一”键使屁示值 减ｌ。如果按“＋”键超过一定时间（如２ ｓ），则显示值将很 快地增加，即连击处理，减号键也是如此。这样就可以用 很少的键完成多位数的输入工作。
②定义２个常数： ◆ｃ—ｗｏｂｂｌｅ—ｔｉｍｅ一按键初按（消抖）延时（用来确定
消抖时间，一般取４～２０ ｍｓ）； ◆ｃ—ｋｅｙｏｖｅｒ—ｔｉｍｅ＝按键连按延时（用来确定连击的