摘要：單片機控制系統(tǒng)中大多使用控制鍵來實現(xiàn)控制功能。消除按鍵瞬間的抖動是設計者必須要考慮的問題。本文介紹一種很實用的軟件去抖動方法,它借助于單片機內(nèi)的定時中斷資源,只要運算一下邏輯表達就完成了去抖動。這個方法效率高,不耗機時且易實現(xiàn)。文中使用的邏輯表達式由簡單卡諾圖和真值表推出,使該方法的機理容易理解。文中還提供用C51單片機編程語言編寫的實用例程。
關(guān)鍵詞：單片機 鍵處理 控制系統(tǒng) 去抖動 鍵盤
概述
在單片機控制系統(tǒng)中,通過按鍵實現(xiàn)控制功能是很常見的。對按鍵處理的重要環(huán)節(jié)是去抖動,包括去除按下和抬起瞬間的抖動。去抖動的方法有很多種,如使用R-S觸發(fā)器的硬件方法、運用不同算法的各種軟件方法等。硬件方法會增加成本和體積,對于按鍵較多的矩陣式鍵盤,會用硬件方法;軟件方法用的比較普遍,但有一種加固定延時的去抖動法效率最低,它以無謂地耗費機時來實現(xiàn)去抖動。
此處介紹的是一種軟件方法。簡單說來是一種運算法,配合定時中斷讀取按鍵,通過運算邏輯表達式：
Keradyn=Ktemp Kinput+Kreadyn-1 (Ktemp ⊙Kinput) (1)
Ktemp=Kinput (2)
可以獲得消除抖動的按鍵消息。這種方法效率高,
不需耗時的循環(huán)等待,而且算法簡單、使用方便。
一、基本原理
由于按鍵的按下與抬起都會有10～20ms的抖動毛刺存在,因此,為了獲取穩(wěn)定的按鍵信息,須要避開這段抖動期。
設置3個變量Kready、Ktemp和Kinput,并設置定時中斷周期為20ms。在定時中斷服務程序中讀取按鍵,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)當前按鍵的狀態(tài),考慮到Kready中是20ms抖動后的有效鍵信息,則Kready、Ktemp和Kinput之間,在不同時刻的狀態(tài)關(guān)系如表1所列。
表1
| 時 刻 | Kready | Ktemp | Kinput |
| 1 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 0 | 0 | 1 |
| 3 | 0 | 1 | 0 |
| 4 | 0 | 0 | 1 |
| 5 | 1 | 1 | 1 |
| 6 | 1 | 1 | 1 |
| 7 | 1 | 1 | 0 |
| 8 | 1 | 0 | 1 |
| 9 | 1 | 1 | 0 |
| 10 | 0 | 0 | 0 |
| 11 | 0 | 0 | 0 |
時刻1為沒有鍵按下的初始狀態(tài);時刻2的Kinput為1,但時刻3的Kinput又變?yōu)?,說明時刻2的Kinput為1并不是有鍵按下,可能只是干擾,所以Kreqdy為0;時刻4同時刻2的情況類似,但是時刻4和時刻5時Kinput都為1,說明有按鍵按下,在時刻5時Kready為1;雖然時刻7時Kinput為0,但時刻5、6、8時Kinput都為1,說明按鍵一直按下,只不過有干擾,Kready保持為1;時刻9、10連續(xù)兩個時刻Kinput為0,表示按鍵抬起,時刻10時Kready為0。
通過分析可以看出,Kready中是消除了抖動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,最長時間約為40ms,
最短約為20ms。其時間長短取決于鍵按下時處于定時中斷周期的所在時刻。如果按鍵一直按下,則有效鍵信息以20ms的間隔重復輸出。
仔細分析表1,還可知道當前時刻Kready的值不但與Ktemp和Kinput有關(guān),還與Kready前一時刻的值有關(guān)。我們把Keady的當前時刻記作Kreadyn,作為因變量;前一時刻記作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。
表達式（1）就是由圖1的卡諾圖得出的最簡邏輯表達式。
二、實際應用擴展
表達式（1）中的Kready提供的是間隔20ms的重復鍵信息;有的地址不需要重復鍵值,按一次鍵獲得一次鍵值就夠了;而有的應用系統(tǒng)則兩種鍵值都要有,比如電視監(jiān)控系統(tǒng)的控制鍵盤中對鏡頭云臺的控制需要重復鍵值,其他命令鍵則不需要。為了滿足這種要求,就要對表達式（1）進行擴展。為此,引入了另外兩個變量和1個常量。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后的鍵信息;Kconst是常量,它的值需要先給定;0對應非重復鍵,1則對應重復鍵。
表露Koutput、Kconst、Kstore和Kready之間關(guān)系的真值表如表2所列。
表2
