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C51按键程序编写的基础

作者: 时间:2016-11-25 来源:网络 收藏
从这一章开始,我们步入按键程序设计的殿堂。在基于单片机为核心构成的应用系统中,用户输入是必不可少的一部分。输入可以分很多种情况,譬如有的系统支持PS2键盘的接口,有的系统输入是基于编码器,有的系统输入是基于串口或者USB或者其它输入通道等等。在各种输入途径中,更常见的是,基于单个按键或者由单个键盘按照一定排列构成的矩阵键盘(行列键盘)。我们这一篇章主要讨论的对象就是基于单个按键的程序设计,以及矩阵键盘的程序编写

◎按键检测的原理
常见的独立按键,相信大家并不陌生,各种常见的开发板学习板上随处可以看到他们的身影。

本文引用地址://m.amcfsurvey.com/article/201611/321164.htm

总共有四个引脚,一般情况下,处于同一边的两个引脚内部是连接在一起的,如何分辨两个引脚是否处在同一边呢?可以将按键翻转过来,处于同一边的两个引脚,有一条突起的线将他们连接一起,以标示它们俩是相连的。如果无法观察得到,用数字万用表的二极管挡位检测一下即可。搞清楚这点非常重要,对于我们画PCB的时候的封装很有益。
它们和我们的单片机系统的I/O口连接一般如下:


对于单片机I/O内部有上拉电阻微控制器而言,还可以省掉外部的那个上拉电阻。简单分析一下按键检测的原理。当按键没有按下的时候,单片机I/O通过上拉电阻R接到VCC,我们在程序中读取该I/O的电平的时候,其值为1(高电平); 当按键S按下的时候,该I/O被短接到GND,在程序中读取该I/O的电平的时候,其值为0(低电平) 。这样,按键的按下与否,就和与该按键相连的I/O的电平的变化相对应起来。结论:我们在程序中通过检测到该I/O口电平的变化与否,即可以知道按键是否被按下,从而做出相应的响应。一切看起来很美好,是这样的吗?

◎现实并非理想
在我们通过上面的按键检测原理得出上述的结论的时候,其实忽略了一个重要的问题,那就是现实中按键按下时候的电平变化状态。我们的结论是基于理想的情况得出来的,就如同下面这幅按键按下时候对应电平变化的波形图一样:

而实际中,由于按键的弹片接触的时候,并不是一接触就紧紧的闭合,它还存在一定的抖动,尽管这个时间非常的短暂,但是对于我们执行时间以us为计算单位的微控制器来说,
它太漫长了。因而,实际的波形图应该如下面这幅示意图一样。
这样便存在这样一个问题。假设我们的系统有这样功能需求:在检测到按键按下的时候,将某个I/O的状态取反。由于这种抖动的存在,使得我们的微控制器误以为是多次按键的按下,从而将某个I/O的状态不断取反,这并不是我们想要的效果,假如该I/O控制着系统中某个重要的执行的部件,那结果更不是我们所期待的。于是乎有人便提出了软件消除抖动的思想,道理很简单:抖动的时间长度是一定的,只要我们避开这段抖动时期,检测稳定的时候的电平不久可以了吗?听起来确实不错,而且实际应用起来效果也还可以。于是,各种各样的书籍中,在提到按键检测的时候,总也不忘说道软件消抖。就像下面的伪代码所描述的一样。(假设按键按下时候,低电平有效)

If(0 == io_KeyEnter)//如果有键按下了
{
Delayms(20) ;//先延时20ms避开抖动时期
If(0 == io_KeyEnter)//然后再检测,如果还是检测到有键按下
{
return KeyValue ;//是真的按下了,返回键值
}
else
{
return KEY_NULL//是抖动,返回空的键值
}
while(0 == io_KeyEnter) ;//等待按键释放
}

乍看上去,确实挺不错,实际中呢?在实际的系统中,一般是不允许这么样做的。为什么呢?首先,这里的Delayms(20) , 让微控制器在这里白白等待了20 ms 的时间,啥也没干,考虑我在《学会释放CPU》一章中所提及的几点,这是不可取的。其次while(0 == io_KeyEnter) ;更是程序设计中的大忌(极少的特殊情况例外)。任何非极端情况下,都不要使用这样语句来堵塞微控制器的执行进程。原本是等待按键释放,结果CPU就一直死死的盯住该按键,其它事情都不管了,那其它事情不干了吗?你同意别人可不会同意所以合理的分配好微控制的处理时间,是编写按键程序的基础。


◎消除抖动有必要吗?

的确,软件上的消抖确实可以保证按键的有效检测。但是,这种消抖确实有必要吗?有人提出了这样的疑问。抖动是按键按下的过程中产生的,如果按键没有按下,抖动会产生吗?如果没有按键按下,抖动也会在I/O上出现,我会立刻把这个微控制器锤了,永远不用这样一款微控制器。所以抖动的出现即意味着按键已经按下,尽管这个电平还没有稳定。所以只要我们检测到按键按下,即可以返回键值,问题的关键是,在你执行完其它任务的时候,再次执行我们的按键任务的时候,抖动过程还没有结束,这样便有可能造成重复检测。所以,如何在返回键值后,避免重复检测,或者在按键一按下就执行功能函数,当功能函数的执行时间小于抖动时间时候,如何避免再次执行功能函数,就成为我们要考虑的问题了。这是一个仁者见仁,智者见智的问题,就留给大家去思考吧。所以消除抖动的目的是:防止按键一次按下,多次响应。



关键词:C51按键程序编

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