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一种软件去除键抖动的方法

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:单片机控制系统中大多使用控制键来实现控制功能。消除按键瞬间的抖动是设计者必须要考虑的问题。本文介绍一种很实用的软件去抖动方法,它借助于单片机内的定时中断资源,只要运算一下逻辑表达就完成了去抖动。这个方法效率高,不耗机时且易实现。文中使用的逻辑表达式由简单卡诺图和真值表推出,使该方法的机理容易理解。文中还提供用C51单片机编程语言编写的实用例程。
  关键词:单片机键处理控制系统去抖动键盘
  
  概述
  
  在单片机控制系统中,通过按键实现控制功能是很常见的。对按键处理的重要环节是去抖动,包括去除按下和抬起瞬间的抖动。去抖动的方法有很多种,如使用R-S触发器的硬件方法、运用不同算法的各种软件方法等。硬件方法会增加成本和体积,对于按键较多的矩阵式键盘,会用硬件方法;软件方法用的比较普遍,但有一种加固定延时的去抖动法效率最低,它以无谓地耗费机时来实现去抖动。
  
  此处介绍的是一种软件方法。简单说来是一种运算法,配合定时中断读取按键,通过运算逻辑表达式:
  
  Keradyn=KtempKinput+Kreadyn-1(Ktemp⊙Kinput)(1)
  
  Ktemp=Kinput(2)
  
  可以获得消除抖动的按键消息。这种方法效率高,不需耗时的循环等待,而且算法简单、使用方便。
  
  一、基本原理
  
  由于按键的按下与抬起都会有10~20ms的抖动毛刺存在,因此,为了获取稳定的按键信息,须要避开这段抖动期。
  
  设置3个变量Kready、Ktemp和Kinput,并设置定时中断周期为20ms。在定时中断服务程序中读取按键,并把读取的数据存于变量Kinput中。变量Kready中是所需要的稳定的按键信息;Ktemp是中间变量,它的值是上一次的Kinput。
  
  根据当前按键的状态,考虑到Kready中是20ms抖动后的有效键信息,则Kready、Ktemp和Kinput之间,在不同时刻的状态关系如表1所列。
  
  表1
  
  时刻KreadyKtempKinput1000200130104001511161117110810191101000011000
  时刻1为没有键按下的初始状态;时刻2的Kinput为1,但时刻3的Kinput又变为0,说明时刻2的Kinput为1并不是有键按下,可能只是干扰,所以Kreqdy为0;时刻4同时刻2的情况类似,但是时刻4和时刻5时Kinput都为1,说明有按键按下,在时刻5时Kready为1;虽然时刻7时Kinput为0,但时刻5、6、8时Kinput都为1,说明按键一直按下,只不过有干扰,Kready保持为1;时刻9、10连续两个时刻Kinput为0,表示按键抬起,时刻10时Kready为0。
  
  通过分析可以看出,Kready中是消除了抖动并在一定程度上排除了干扰的有效按键信息。从按键按下到Kready为1,最长时间约为40ms,最短约为20ms。其时间长短取决于键按下时处于定时中断周期的所在时刻。如果按键一直按下,则有效键信息以20ms的间隔重复输出。
  
  仔细分析表1,还可知道当前时刻Kready的值不但与Ktemp和Kinput有关,还与Kready前一时刻的值有关。我们把Keady的当前时刻记作Kreadyn,作为因变量;前一时刻记作Kreadyn-1,并和Ktemp、Kinput一起作为自变量,依照表1绘出卡诺图如图1所示。
  
  表达式(1)就是由图1的卡诺图得出的最简逻辑表达式。
  
  二、实际应用扩展
  
  表达式(1)中的Kready提供的是间隔20ms的重复键信息;有的地址不需要重复键值,按一次键获得一次键值就够了;而有的应用系统则两种键值都要有,比如电视监控系统的控制键盘中对镜头云台的控制需要重复键值,其他命令键则不需要。为了满足这种要求,就要对表达式(1)进行扩展。为此,引入了另外两个变量和1个常量。它们分别是Koutput、Kstore和Kconst。Koutput作为最终的键信息输出;Kstore作为中间变量用作保存上一次去抖动后的键信息;Kconst是常量,它的值需要先给定;0对应非重复键,1则对应重复键。
  
  表露Koutput、Kconst、Kstore和Kready之间关系的真值表

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