如何设计按键消抖

在使用单片机搭建有人机交互的系统时需要用到键盘，因为单片机工作时间都是纳秒与毫秒级别，但是我们人体的反应时间最少要0.2秒，之间差距很大，现实过程中也会不小心碰到按键，正常的按下按键应该是持续数十秒的稳定。一、按键电路常用的非编码键盘,每个在使用单片机搭建有人机交互的系统时需要用到键盘，因为单片机工作时间都是纳秒与毫秒级别，但是我们人体的反应时间最少要0.2秒，之间差距很大，现实过程中也会不小心碰到按键，正常的按下按键应该是持续数十秒的稳定。

一、按键电路

常用的非编码键盘,每个键都是一个常开开关电路。

计数器输入脉冲最好不要直接接普通的按键开关，因为记数器的记数速度非常快,按键、触点等接触时会有多次接通和断开的现象。我们感觉不到，可是记数器却都记录了下来。例如，虽然只按了1下,记数器可能记了3下。因此，使用按键的记数电路都会增加单稳态电路避免记数错误。

二、按键消抖

通常的按键所用开关为机械弹性开关,当机械触点断开、闭合时,电压信号小型如下图。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稳定地接通,在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动,如下图。抖动时间的长短由按键的机械特性决定,一般为5ms～10ms。这是一个很重要的时间参数,在很多场合都要用到。

按键稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作决定的,一般为零点几秒至数秒。键抖动会引起一次按键被误读多次。为确保CPU对键的一次闭合仅作一次处理,必须去除键抖动。在键闭合稳定时读取键的状态,并且必须判别到键释放稳定后再作处理。按键的抖动,可用硬件或软件两种方法。

三、硬件消抖

在键数较少时可用硬件方法消除键抖动。下图所示的RS触发器为常用的硬件去抖。消抖电路如下

图中两个“与非”门构成一个RS触发器。当按键未按下时,输出为1;当键按下时,输出为0。此时即使用按键的机械性能,使按键因弹性抖动而产生瞬时断开（抖动跳开B）,中要按键不返回原始状态A,双稳态电路的状态不改变,输出

保持为0,不会产生抖动的波形。也就是说,即使B点的电压波形是抖动的,但经双稳态电路之后,其输出为正规的矩形波。这一点通过分析RS触发器的工作过程很容易得到验证。

利用电容的放电延时，采用并联电容法，也可以实现硬件消抖：消抖电路如下

四、软件延时消抖

如果按键较多,常用软件方法去抖,即检测出键闭合后执行一个延时程序,产生5ms～10ms的延时,让前沿抖动消失后再一次检测键的状态,如果仍保持闭合状态电平,则确认为真正有键按下。当检测到按键释放后,也要给5ms～10ms的延时,待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。

五、无延时的软件消抖

/*********************************************

名称：键盘扫描子函数

功能：在按键稳定期内判断键值，并返回键值

**********************************************/

uchar keyscan(void)

{

static char key_state = 0;

static char key_value = 0;

uchar key_press, key_return = 0;

key_press=turn_left&turn_right; //读按键I/O电平

switch (key_state)

{

case 0 : // 按键初始态

if (key_press==0) key_state = 1; // 键被按下，但需要确认是否是干扰

break;

case 1 : // 按键确认态

if (key_press==0)//如有键按下则不是干扰，判断键值

{

if(turn_left==0) //判断是哪一个按键被按下

key_value=1; //按键较多时可采用switch选择结构

else if(turn_right==0)

key_value=2;

else

key_value=0;

key_state = 2; // 状态转换到键释放态

}

else

key_state = 0; // 按键已抬起，属于干扰，转换到按键初始态

break;

case 2 :

if (key_press==1)

{

key_return=key_value;//按键释放后再输出键值,如果按下键就输出则可省略key_value

key_value=0;

key_state = 0; //如果按键释放，转换到按键初始态

}

break;

}

return key_return; //返回键值

}

/*********************************************

名称：按键处理子函数

功能：

**********************************************/

void key_operation(void)

{

switch (keyscan()) //根据键值不同，执行不同的内容

{

case 1:

hight_votage-=1;

if(hight_votage<5)

hight_votage=5;

break;

case 2:

hight_votage+=1;

if(hight_votage>25)

hight_votage=25;

break;

default :

break;

}

}

系统的信号输入中，键盘因其结构简单而被广泛使用。因此，对键盘的输入（逻辑0或1）进行准确采样，避免错误输入是非常有必要的。理想的键盘输入特性如图1所示：按键没有按下时，输入为逻辑1，一旦按下则输入立刻变为逻辑0，松开时输入则立刻变为逻辑1。

图 1理想键盘输入特性

然而实际的键盘受制造工艺等影响，其输入特性不可能如图1完美。当按键按下时，在触点即将接触到完全接触这段时间里，键盘的通断状态很可能已经改变了多次。即在这段时间里，键盘输入了多次逻辑0和1，也就是输入处于失控状态。如果这些输入被系统响应，则系统暂时也将处于失控状态，这是我们要尽量避免的。在触点即将分离到完全分离这段时间也是一样的。实际键盘的输入特性如图2所示：