【单片机】按键消抖及原理(硬件和软件方法详解)
浅谈:在设计单片机按键输入的时候,进行按键消抖是防止按键输入被CPU误读多次的必要手段。一、按键抖动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,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,为了不产生这种现象而作的措施就是按键消抖。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
浅谈:在设计单片机按键输入的时候,进行按键消抖是防止按键输入被CPU误读多次的必要手段。
一、按键抖动
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,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,为了不产生这种现象而作的措施就是按键消抖。
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。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。
二、按键消抖方法
1.硬件消抖:适用于按键较少时
(1)RS触发器
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0;当键按下时,输出为1。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),只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。
(2)电容器
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。如图所示,由于电容两端电压不能突变,使得按键两端的电压平缓变化,直至电容充放电到达一定电压阈值时,单片机才读取到电平变化。
2.软件消抖
如果按键较多,常用软件方法消抖
(1)延时函数按键消抖
检测出键闭合后执行一个延时程序,5ms~10ms(取决于机械特性)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。
优点:简单方便
缺点:程序在空跑浪费CPU资源、不够精准
例子:
if(PXin(x)==KEY_PRESS)
{
delay_ms(10);
if(PXin(x)==KEY_PRESS)
{
//按键处理
}
}
注:如果按键是用中断方式实现的,那就更不能在中断服务函数里面使用延时函数,因为中断服务函数最基本的要求就是快进快出!
(2)定时器按键消抖
原理:按键采用中断驱动方式,当按键按下以后触发按键中断,在按键中断中开启一个定时器,定时周期为 10ms,当定时时间到了以后就会触发定时器中断,最后在定时器中断处理函数中读取按键的值,如果按键值还是按下状态那就表示这是一次有效的按键。
如图所示:
图中 t1 ~ t3 这一段时间就是按键抖动,是需要消除的。设置按键为下降沿触发(由按键的电路决定),因此会在 t1、t2 和 t3 这三个时刻会触发按键中断,每次进入中断处理函数都会重新开器定时器中断,所以会在 t1、t2 和 t3 这三个时刻开器定时器中断。但是 t1 ~ t2 和 t2 ~ t3 这两个时间段是小于我们设置的定时器中断周期(也就是消抖时间,比如 10ms),所以虽然 t1 开启了定时器,但是定时器定时时间还没到 t2 时刻就重置了定时器,最终只有 t3 时刻开启的定时器能完整的完成整个定时周期并触发中断,我们就可以在定时器中断处理函数里面做按键处理了。
优点:节约CPU资源
缺点:消耗一个定时器
例子:
//初始化按键
void KEY_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; //PA0
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //上拉输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}
//初始化按键IO中断
void EXTIX_Init(void)
{
EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
KEY_Init();
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA,GPIO_PinSource0); //中断线0
EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line0;
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling; //下降沿触发
EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x00;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x02;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
//初始化定时器中断
void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //重装载值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //时钟预分频值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);
TIM_ITConfig( TIM3, TIM_IT_Update ,ENABLE ); //使能定时器溢出中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}
//按键的中断处理函数
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0)!=RESET)
{
TIM3_Int_Init(99,7199);//72M/(7199+1)=10Khz计数频率,(99+1)/10KHz=10ms定时时间
}
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);
}
//定时器3中断处理函数
void TIM3_IRQHandler(void)
{
if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET)
{
if(PAin(0)==0) //按键仍然按下
{
//进行按键处理
LED0=!LED0;
TIM_SetCounter(TIM3,0); //清零定时器
TIM_Cmd(TIM3, DISABLE); //失能定时器
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);
}
}
注:
1.消抖的定时时间由按键的机械特性决定,多调试。
2.中断处理函数处理完要清除相应中断标志。
3.进行按键处理后要清零和失能定时器,否则无按键按下时也在定时。
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