一種軟件去除鍵抖動(dòng)的方法

　　摘要：單片機(jī)控制系統(tǒng)中大多使用控制鍵來實(shí)現(xiàn)控制功能。消除按鍵瞬間的抖動(dòng)是設(shè)計(jì)者必須要考慮的問題。本文介紹一種很實(shí)用的軟件去抖動(dòng)方法，它借助于單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)中斷資源，只要運(yùn)算一下邏輯表達(dá)就完成了去抖動(dòng)。這個(gè)方法效率高，不耗機(jī)時(shí)且易實(shí)現(xiàn)。文中使用的邏輯表達(dá)式由簡(jiǎn)單卡諾圖和真值表推出，使該方法的機(jī)理容易理解。文中還提供用C51單片機(jī)編程語言編寫的實(shí)用例程。

    關(guān)鍵詞：單片機(jī) 鍵處理 控制系統(tǒng) 去抖動(dòng) 鍵盤

概述

　　在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，通過按鍵實(shí)現(xiàn)控制功能是很常見的。對(duì)按鍵處理的重要環(huán)節(jié)是去抖動(dòng)，包括去除按下和抬起瞬間的抖動(dòng)。去抖動(dòng)的方法有很多種，如使用R-S觸發(fā)器的硬件方法、運(yùn)用不同算法的各種軟件方法等。硬件方法會(huì)增加成本和體積，對(duì)于按鍵較多的矩陣式鍵盤，會(huì)用硬件方法；軟件方法用的比較普遍，但有一種加固定延時(shí)的去抖動(dòng)法效率最低，它以無謂地耗費(fèi)機(jī)時(shí)來實(shí)現(xiàn)去抖動(dòng)。

　　此處介紹的是一種軟件方法。簡(jiǎn)單說來是一種運(yùn)算法，配合定時(shí)中斷讀取按鍵，通過運(yùn)算邏輯表達(dá)式：

　　Keradyn=Ktemp Kinput+Kreadyn-1 (Ktemp ⊙Kinput)    (1)

　　Ktemp=Kinput    (2)

　　可以獲得消除抖動(dòng)的按鍵消息。這種方法效率高，不需耗時(shí)的循環(huán)等待，而且算法簡(jiǎn)單、使用方便。

一、基本原理

　　由于按鍵的按下與抬起都會(huì)有10～20ms的抖動(dòng)毛刺存在，因此，為了獲取穩(wěn)定的按鍵信息，須要避開這段抖動(dòng)期。

　　設(shè)置3個(gè)變量Kready、Ktemp和Kinput，并設(shè)置定時(shí)中斷周期為20ms。在定時(shí)中斷服務(wù)程序中讀取按鍵，并把讀取的數(shù)據(jù)存于變量Kinput中。變量Kready中是所需要的穩(wěn)定的按鍵信息；Ktemp是中間變量，它的值是上一次的Kinput。

　　根據(jù)當(dāng)前按鍵的狀態(tài)，考慮到Kready中是20ms抖動(dòng)后的有效鍵信息，則Kready、Ktemp和Kinput之間，在不同時(shí)刻的狀態(tài)關(guān)系如表1所列。

表1

　　時(shí)刻1為沒有鍵按下的初始狀態(tài)；時(shí)刻2的Kinput為1，但時(shí)刻3的Kinput又變?yōu)?，說明時(shí)刻2的Kinput為1并不是有鍵按下，可能只是干擾，所以Kreqdy為0；時(shí)刻4同時(shí)刻2的情況類似，但是時(shí)刻4和時(shí)刻5時(shí)Kinput都為1，說明有按鍵按下，在時(shí)刻5時(shí)Kready為1；雖然時(shí)刻7時(shí)Kinput為0，但時(shí)刻5、6、8時(shí)Kinput都為1，說明按鍵一直按下，只不過有干擾，Kready保持為1；時(shí)刻9、10連續(xù)兩個(gè)時(shí)刻Kinput為0，表示按鍵抬起，時(shí)刻10時(shí)Kready為0。

　　通過分析可以看出，Kready中是消除了抖動(dòng)并在一定程度上排除了干擾的有效按鍵信息。從按鍵按下到Kready為1，最長(zhǎng)時(shí)間約為40ms，最短約為20ms。其時(shí)間長(zhǎng)短取決于鍵按下時(shí)處于定時(shí)中斷周期的所在時(shí)刻。如果按鍵一直按下，則有效鍵信息以20ms的間隔重復(fù)輸出。

　　仔細(xì)分析表1，還可知道當(dāng)前時(shí)刻Kready的值不但與Ktemp和Kinput有關(guān)，還與Kready前一時(shí)刻的值有關(guān)。我們把Keady的當(dāng)前時(shí)刻記作Kreadyn，作為因變量；前一時(shí)刻記作Kreadyn-1，并和Ktemp、Kinput一起作為自變量，依照表1繪出卡諾圖如圖1所示。

　　表達(dá)式（1）就是由圖1的卡諾圖得出的最簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式。

二、實(shí)際應(yīng)用擴(kuò)展

　　表達(dá)式（1）中的Kready提供的是間隔20ms的重復(fù)鍵信息；有的地址不需要重復(fù)鍵值，按一次鍵獲得一次鍵值就夠了；而有的應(yīng)用系統(tǒng)則兩種鍵值都要有，比如電視監(jiān)控系統(tǒng)的控制鍵盤中對(duì)鏡頭云臺(tái)的控制需要重復(fù)鍵值，其他命令鍵則不需要。為了滿足這種要求，就要對(duì)表達(dá)式（1）進(jìn)行擴(kuò)展。為此，引入了另外兩個(gè)變量和1個(gè)常量。它們分別是Koutput、Kstore和Kconst。Koutput作為最終的鍵信息輸出；Kstore作為中間變量用作保存上一次去抖動(dòng)后的鍵信息；Kconst是常量，它的值需要先給定；0對(duì)應(yīng)非重復(fù)鍵，1則對(duì)應(yīng)重復(fù)鍵。

　　表露Koutput、Kconst、Kstore和Kready之間關(guān)系的真值表如表2所列。

表2

　　由圖2獲得了如下最簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式，作為表達(dá)式（1）的擴(kuò)展：

　　Kstore中是上一次的Kready，所以

　　Kstroe=Kready    （4）

　　根據(jù)表2繪出的卡諾圖如圖2所示。

　　表達(dá)式（3）是1個(gè)包含了表達(dá)式（1）的通用邏輯表達(dá)式。它用于既有重復(fù)鍵輸出也有非重復(fù)鍵輸出的系統(tǒng)中。對(duì)于只有重復(fù)鍵輸出的系統(tǒng)，Kconst全為1，則Koutput=Kready，所以只用表達(dá)式（1）就可以了。如果系統(tǒng)只要求非重復(fù)鍵輸出，則Kconst全為0，表達(dá)式（3）簡(jiǎn)化為：

　　在實(shí)際應(yīng)用中，1個(gè)比特表示1個(gè)鍵。C51中的字符變量可以處理8個(gè)鍵，如果系統(tǒng)需要更多的鍵，可選用整型變量、長(zhǎng)整型變量或數(shù)組。如果系統(tǒng)的按鍵數(shù)量過多，則會(huì)占用較多單片機(jī)寶貴的內(nèi)部寄存器，這是該方法的不足之處。

三.應(yīng)用程序?qū)嵗?/STRONG>