单片机定时器在按键消抖和键音输出中的应用

228 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering
单片机技术
• SCM Technology
【关键词】单片机 定时器 扫描 溢出
键盘输入和键音输出是单片机系统中人机对话的常见部分。

一般情况下，按键按下时易产生抖动干扰，进而使系统误动作，程序员处理此问题时通常会在检测到有键被按下时，加入一个延时，延时过后再检测同一按键是否仍处于被按状态？若是，就判定此键确实被按下，接着就开始执行此键的功能；若不是，就判定为干扰，并忽略延时前的检测结果。

通常情况下，两次检测之间所加入的延时需要约100mS 才能达到比较理想的消抖效果，而CPU 是依用户程序从头到尾扫描执行程序代码，如果在长达100mS 的时间里，CPU 仅仅
单片机定时器在按键消抖和键音输出中的应用
文/徐连喜
完成一次延时的功能，那么此时段内其它任务都将被搁置，这对于那些实时控制要求较高的场所(例如数码管动态扫描显示)是绝对不允许的。

基于实时控制所遇到的另外一个问题就是键音输出问题，当CPU 判定某个键被按下时，通过某个IO 端口输出键音，用户就会有更加贴切的人机对话体验，要让人清晰地听到清脆的键音，声音的频率一般控制在1KHz 左右，而且时间不能太短，约100mS 较适宜，依照前述的用户程序的运行规则，此时若用常规的IO 端口取反、延时、再取反来输出键音，显然不能满足用户程序的实时控制要求。

为此，本文详述了新的思路，巧妙地利用2个定时器分别去控制按键消抖和键音输出，经实物验证，
CPU 不仅能轻松处理按键消抖和键音输出，
同时还能完成数码管的动态扫描及各个IO 端口的实时控制，取得了理想的控制效果。

1 单片机应用系统硬件框图
如图1所示。

2 键盘输入硬件电路
如图2所示。

键盘硬件电路，采用4X4矩阵键盘，用8个I/O 口就能得到16个键值，可实现
0~9
共
<<
下转229页
图
1：单片机应用系统硬件框图
图
2：键盘输入硬件电路
图
3：键音输出硬件电路
图4：矩阵键盘扫描子程序
图5：按键消抖(T0中断)子程序 图6：键音(T1中断)子程序
SCM Technology •
单片机技术
Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 229
【关键词】单片机 智能电子设备 内涵 实践应用
1 单片机的内涵
20世纪90年代，单片机技术就已经得到了发展，目前该技术的应用臻于成熟，被广泛地应用到人们生产和生活的各个领域之中，并
单片机在智能电子设备中的应用
文/李菁川
且收到了良好的成效。

21世纪，人们更加重
视智能化技术的开发与应用，单片机技术的发展进入一个新的历史阶段，其在智能仪表、自动测量、通讯交流和自动控制等智能化的电子领域中有了更加广泛的应用。

电子行业是现代工程发展中的新兴行业,在实际的工程应用中,通过电子信息技术的合理运用,使其与单片机相互结合,能够提升单片机的使用效率。

一般来说，应用了单片机技术的电子产品都可以在其名称前冠以“智能”二字，以此和一般的电子产品相区分。

单片机技术作为计算机技术领域的重要分支，它的应用能够让电子产品的功能更加完备。

单片机技术的应用，在很多方面
为智能化电子设备的开发和应用提供了崭新的思路，并且进一步推动智能化电子产品的创新性发展。

单片机，又称作单片微控器，是一种
集成电路芯片。

单片机主要包括中央处理器CPU 、只读存储器ROM 、随机存储器RAM 、多种I/O 口和中断系统等，从而构成形式多样的数据采集系统和控制系统，用来执行各种复
杂运算，包括控制运算信号和下达运算指令多种功能，它能够实现计算机所具有的全部数据计算功能。

简单地说，单片机其实就是一块芯片组成了一个计算机系统，它利用先进的集成电路技术，将数据处理能力集成到一个体积比较小的微型计算机中，从而实现对数据的精准高速处理。

单片机的硬件特征主要体现在以下的四个方面：
（1）单片机的体积较小，系统结构也比较简单，但是功能齐全，使用方便，利于实现模块化。

（2）单片机的集成度很高，可靠性强，即使是长时间地工作，也不容易出现故障问题；
（3）单片机具有低能耗、低电压的特点，给人们在日常生活中的使用带来了极大的便
利；
（4）单片机的数据处理和计算功能比较强，可以适应各种环境，控制性较强。

从这些特征可以得知，单片机技术的应用范围极其的广泛，伴随着现代社会电子化技十个数字键输入和A~F 共六个功能键输入。

3 键音输出硬件电路
如图3所示。

键音的发声器件BZ1采用线圈蜂鸣器，这样可使得发声器件的体积小，声音清脆。

驱动器件由限流电阻、续流二极管、开关驱动管等部分组成。

R6、R18与Q2组成简单的开关驱动电路，为CPU 有力推动BZ1提供动力，R18是快速关断电阻，可使CPU 由低电平转高电平时快速关断Q2，避免了Q2因关断不及时而产生意想不到的杂音。

D3作为续流二极管，避免在Q2关断瞬间由BZ1线圈产生的负高压损伤Q2，电阻R7既可以调节音量大小，也可以起到限流作用(当Q2导通时)。

4 矩阵键盘扫描及其消抖和键音的软件设计
如图4、5、6所示。

键盘功能由“矩阵键盘扫描子程序”和“按键消抖(T0中断)子程序”和“键音(T1中断)子程序”完成。

按键消抖对系统可靠运行至关重要，如果仅仅用普通的延时消抖，延时时间短了起不到消抖作用，延时时间长了又会影响CPU 的实时控制功能，特别是当应用系统配有数码管动态扫描显示时，消抖延时时间长了就会使周期内的数码管动态显示时间缩
短而变暗，严重影响数码管显示效果，为此，
系统采用T0中断方式延时消抖，消抖“开中断”命令是被巧妙地安插在按键消抖子程序里，一旦有键被按，键扫描程序必定调用按键消抖子程序，于是开T0中断，进入T0中断后立即关闭键扫描100mS ，这100mS 期间CPU 只扫描数码管及其它IO 端口而不扫描键盘，从而保证了消抖期间数码管亮度不受影响。

消抖延时结束后恢复键盘扫描。

同消抖延时一样，也是缘于键音对数码管显示及对其它IO 端口实时控制的影响，为此，系统采用T1中断方式处理键音，键音中断的“开中断”命令是被巧妙地安插在按键消抖子程序里，一旦有键被按，键扫描程序必定调用按键消抖子程序，从而开启键音中断，键音频率由T1的初值决定，键音时长则由中断次数决定。

键音中断子程序完成“BZ1通电与断电切换”和“切换401次（102mS ）后关闭中断”，以及“关闭中断期间CPU 驱动脚锁高电平”功能。

5 结论
古老的8051单片机有T0和T1两个定时器，若主程序有键盘输入但不需用到T0和T1，则也可以用此办法来解决消抖和键音问题；若主程序有时钟或秒脉冲计时需求，也可以由外部扩展时钟IC （例如DS1302或DS3231）,利用时钟IC 的秒脉冲触发CPU 的
外部中断来引入秒脉冲计时。

加强型的STC 系列单片机一般都有3个及以上数量的定时器，随便拿其中的两个定时器来处理消抖和键音问题，其余的定时器留给主程序使用。

总之，只要主程序有键盘输入和键音输出需求，只要能腾出两个定时器，利用本文的方案就能完美解决消抖和键音问题，进而安心地处理数码管动态扫描显示及其它IO 端口的实时控制。

参考文献
[1]王振伟.51/98单片机原理及应用技术
（第一版）[M].长沙:湖南师范大学出版社,1997.
[2]陈梓城，方勤.模拟电子技术基础[M].
高等教育出版社,2003(12).
[3]秦曾煌.电工学（第七版）（下册）电子
技术[M].高等教育出版社,2009(06).
作者简介
徐连喜（1976-），男，湖南省临澧县人。

大学专科学历。

研究方向为应用电子技术。

作者单位
伟易达电子产品（深圳）有限公司 广东省深圳市 518000
<<上接228页。