单片机的四种按键硬件、软件设计方式

nuiga

在单片机系统里，按键是常见的输入设备，在本文将介绍几种按键硬件、软件设计方面的技巧。一般的在按键的设计上，一般有四种方案。
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一是 GPIO 口直接检测单个按键，如图 1.1 所示;

  T/ r4 r' W, C" N1 E0 y二是按键较多则使用矩阵键盘，如图 1.2 所示;
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5 j5 ~# w. J$ r2 l0 J0 t: k$ Y/ s! {三是将按键接到外部中断引脚上，利用按键按下产生的边沿信号进行按键检测，如图 1.3 所示;
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四是利用单片机的 ADC，在不同的按键按下后，能够使得 ADC 接口上的电压不同，根据电压的不同，则可以识别按键，如图 1.4 所示。

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图 1.1 方案一
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图 1.2 方案二

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图 1.3 方案三

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图 1.4 方案四
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* _! L: s0 {) Y: {  ?* g' B8 w在以上四种设计上，各有优点和不足。

& K0 N/ g/ Q5 |/ J: B8 k2 p第一种，是最简单和最基础的，对于单片机初学者很容易理解和使用，但是缺点是，需要在主循环中不断检测按键是否按下，并且需要做消抖处理。若主循环中某个函数任务占用时间较长，则按键会有不同程度的“失灵”。

( n& M& P; J0 A, l. ^; f第二种，优点是能够在有限的 GPIO 情况下，扩展尽可能多的按键。但缺点同上，需要不停检测按键是否按下。

* m# E: S8 w7 z) a( Y5 Q第三种，是效率最高，不需要循环检测按键是否按下，但是缺点是，需要单片机有足够的外部中断接口以供使用。

第四种，优点是，只需要单片机的一个 ADC 接口，一根线，就能对多个按键进行识别，缺点是按键一旦内部接触不良，则可能按键串位，且按键产生的抖动，会造成一定的识别错误。

% i3 E$ G% Z8 V9 p. W在以上的三种常见按键设计的基础上，现在分享我学习和工作中总结的按键方案。

改进一：在原方案一的基础上，加上与门电路，使得任何一个按键按下，都能产生中断，然后在中断里面识别是哪个按键被按下。因此不需要循环扫描，大大提高了效率。方案如图 1.5 所示。只需要每个按键对应地增加一个二极管，利用二极管的线与特性，可以实现按下任何按键，都能产生中断信号，但是按键之间互不影响。二极管选用普通整流二极管即可，本人亲测可行。

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图 1.5 改进一
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改进二：在原有的 ADC 按键的基础上，也可用增加二极管的方式，实现按键中断，并在中断服务程序里进行 AD 转换，从而识别按键。电路如图 1.6 所示。

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图 1.6 改进二
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9 z) a( j1 H' F: p) P3 p, F改进三：因为按键不可避免的有抖动，因此按键消抖可以通过硬件消痘和软件消抖。现在分享一个十分简单且有效的硬件消痘方法：给按键并联一个 104 左右的电容。软件上基本不用处理即可避免抖动。
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改进四：在按键扫描检测的方案下，如果主循环中有某个函数占用时间较长，则按键会发生或长或短的“失灵”，现分享我的一个解决方案。将按键扫描放到定时器中断里面，这样就可周期性地检测按键按下情况，不受主循环的影响。
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并且，能解析出按键的不同状态，即按下、按住、弹起、为按下这四种状态，用以实现更丰富的功能。
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但需注意两点：一是定时器的定时时间，不可过长也不可过短，过长容易检测不到按下，过短会占用大量时间资源。二是中断服务程序需简单明了，只做检测用，通过全局变量传递，在主循环内完成按键响应，中断服务函数内尽量不要占用太多时间。

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定时器的定时时间，不可过长也不可过短

道法自然

按键消抖可以通过硬件消抖和软件消抖

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中断服务程序需简单明了