基于AVR微控制器的ADC按鍵設計技巧

1引言

    在單片機應用領域中,人機交互的途徑和方式靈活多樣,但鍵盤輸人仍然是最常見、最重要的方法。通常實現鍵盤接口的方式有：直接輸入、矩陣結構、A/D方式、鍵盤和顯示復用、并行擴展、串口擴充以及用鍵盤和顯示專用控制器件。本設計使用A/D轉換的方法,其硬件電路簡單,按鍵電路與MCU的連線少,易修改,而且可以節省MCU有限的I/0資源。但在處理按鍵數目較多的情況時,往往會出現按鍵不可靠的問題,如按鍵沒有任何反映,按鍵功能交叉。本文除了給出A/D按鍵的硬件電路外．著重介紹利用軟件技巧來實現可靠的鍵盤接口。

2硬件設計

    本設計選用的單片機是基于AVR增強型RISC結構的低功耗8位CMOS微控制器ATmegal68「1」該微控制器具有8個10位帶采樣保持電路的逐次逼近型ADC,以確保在轉換過程中輸入ADC的電壓保持恒定。A/D轉換按鍵的具體硬件電路如圖l所示。A/D轉換的方法不僅成本低、功耗少、體積小、布線靈活,而且與帶MCU的主板的連接非常簡單, 只需提供信號線和地線。

    當按鍵接通或斷開時,ATmega168通過A/D轉換后對讀取的電壓值比較判斷便可識別是否有按鍵按下。無按鍵按下時電路完全斷開,符合低功耗設計的原則。這種結構的鍵盤具有自然的優先權,即某個按鍵按下后,其后的按鍵均無效。對于組合按鍵的輸入,則通過將其中的按鍵分別與不同的A/D口相連來實現。圖1中電容Cl的作用是消除干擾信號「2」

3 軟件設計

    軟件設計是加轉換按鍵處理的核心,一旦檢測的A/D值不準,按鍵操作就會產生誤動作和不動作,按鍵數目達到二三十個時,這種現象會經常出現,針對此種情況,本文在軟件設計中做相應的技巧處理,按鍵處理程序的軟件設計流程如圖2所示。

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　　首先,電阻阻值的選擇決定了按鍵的數目,考慮到電壓誤差、電阻精度等因素,R0的阻值不能太小「3」。由實驗得知,R0的阻值為20 kΩ～100 kΩ比較合適。ATmega168的A/D轉換精度為10位,為提高按鍵分辨率,并保證按鍵的準確性,本設計只用高8位,而且設定相鄰按鍵鍵值的差值一致,也就是將256等區間劃分,這樣可以實現較多的按鍵。然后根據定義好的鍵值用電阻箱確定相應阻值。該程序每隔2 ms處理一次,每次采樣一次,共采樣6次,所以確定一次平均鍵值需要12 ms。延時去抖是通過再次求平均鍵值完成「4」,故確定按鍵是按下還是釋放需要24 ms,這樣不僅可以保證按鍵可靠,而且無需再加延時去抖過程。當采樣6次后進行數字濾波,舍去其中的最大值和最小值,并且判斷最大值與最小值之差是否超過2,是則認為無鍵按下,否則就將其余的4個采樣值求平均值。當按鍵數目較多時,為提高按鍵處理程序的速度,在鍵值確定和按鍵識別程序中采用二分法「5.6」,即先與中間鍵鍵值比較,如果所得鍵值比其A/D值小則與前面按鍵的鍵值比較,否則與后面按鍵比較。考慮到電壓波動、電阻精度以及人為操作等各方面因素的影響,對凡是符合每個鍵值