【92.1 獨立按鍵的硬件電路簡介。】

上圖92.1.1 獨立按鍵電路
按鍵有兩種驅動方式,一種是獨立按鍵,一種是矩陣按鍵。1個獨立按鍵要占用1個IO口,IO口不能共用。而矩陣按鍵的IO口是分時片選復用的,用少量的IO口就可以驅動翻倍級別的按鍵數量。比如,用8個IO口只能驅動8個獨立按鍵,但是卻可以驅動16個矩陣按鍵(4x4)。因此,按鍵少的時候就用獨立按鍵,按鍵多的時候就用矩陣按鍵。這兩種按鍵的驅動本質是一樣的,都是靠識別輸入信號的下降沿(或上升沿)來識別按鍵的觸發。
獨立按鍵的硬件原理基礎,如上圖,P2.2這個IO口,在按鍵K1沒有被按下的時候,P2.2口因為單片機內部自帶上拉電阻把電平拉高,此時P2.2口是高電平的輸入狀態。當按鍵K1被按下的時候,按鍵K1左右像一根導線連接到電源的負極(GND),直接把原來P2.2口的電平拉低,此時P2.2口變成了低電平的輸入狀態。編寫按鍵驅動程序,就是要識別這個電平從高到低的過程,這個過程也叫下降沿。多說一句,51單片機的P1,P2,P3口是內部自帶上拉電阻的,而P0口是內部沒有上拉電阻的,需要外接上拉電阻。除此之外,很多單片機內部其實都沒有上拉電阻的,因此,建議大家在做獨立按鍵電路的時候,養成一個習慣,凡是按鍵輸入狀態都外接上拉電阻。
識別按鍵的下降沿觸發有四大要素:自鎖,消抖,非阻塞,清零式濾波。
“自鎖”,按鍵一旦進入到低電平,就要“自鎖”起來,避免不斷觸發按鍵,只有當按鍵被松開變成高電平的時候,才及時“解鎖”為下一次觸發做準備。
“消抖”,按鍵是一個機械觸點器件,在接觸的瞬間必然存在微觀上的機械抖動,反饋到電平的瞬間就是“高,低,高,低...”這種不穩定的電平狀態是一種干擾,但是,按鍵一旦按下去穩定了之后,這種狀態就消失,電平就一直保持穩定的低電平。消抖的本質就是濾波,要把這種接觸的瞬間抖動過濾掉,避免按鍵的“一按多觸發”。
“非阻塞”,在處理消抖的時候,必須用到延時,如果此時用阻塞的delay延時就會影響其它任務的運行效率,因此,用非阻塞的定時延時更加有優越性。
“清零式濾波”,在消抖的時候,有兩種境界,第一種境界是判斷兩次電平的狀態,中間插入“固定的時間”延時,這種方法前后一共判斷了兩次,第一次是識別到低電平就進入延時的狀態,第二次是延時后再確認一次是否繼續是低電平的狀態,這種方法的不足是,“固定的時間”全憑經驗值,但是不同的按鍵它們的抖動時間長度是不同的,除此之外,前后才判斷了兩次,在軟件的抗干擾能力上也弱了很多,“密碼等級”不夠高。第二種境界就是“清零式濾波”,“清零式濾波”非常巧妙,抗擾能力超強,它能自動過濾不同按鍵的“抖動時間”,然后再進入一個“穩定時間”的“N次識別判斷”,更加巧妙的是,在“抖動時間”和“穩定時間”兩者時間內,只要發現一次是高電平的干擾,就馬上自動清零計時器,重新開始計時。“穩定時間”一般取20ms到30ms之間,而“抖動時間”是隱藏的,在代碼上并沒有直接描寫出來,但是卻無形地融入了代碼之中,只有慢慢體會才能發現它的存在。
具體的代碼如下,實現的功能是按一次K1或者K2按鍵,就觸發一次蜂鳴器鳴叫。
\#include "REG52.H"
\#define KEY\_VOICE\_TIME 50 //按鍵觸發后發出的聲音長度
\#define KEY\_FILTER\_TIME 25 //按鍵濾波的“穩定時間”25ms
void T0\_time();
void SystemInitial(void) ;
void Delay(unsigned long u32DelayTime) ;
void PeripheralInitial(void) ;
void BeepOpen(void);
void BeepClose(void);
void VoiceScan(void);
void KeyScan(void); //按鍵識別的驅動函數,放在定時中斷里
void KeyTask(void); //按鍵任務函數,放在主函數內
sbit P3\_4=P3^4;
sbit KEY\_INPUT1=P2^2; //K1按鍵識別的輸入口。
sbit KEY\_INPUT2=P2^1; //K2按鍵識別的輸入口。
volatile unsigned char vGu8BeepTimerFlag=0;
volatile unsigned int vGu16BeepTimerCnt=0;
volatile unsigned char vGu8KeySec=0; //按鍵的觸發序號,全局變量意味著是其它函數的接口。
void main()
{
SystemInitial();
Delay(10000);
PeripheralInitial();
while(1)
{
KeyTask(); //按鍵任務函數
}
}
void T0\_time() interrupt 1
{
VoiceScan();
KeyScan(); //按鍵識別的驅動函數
TH0=0xfc;
TL0=0x66;
}
void SystemInitial(void)
{
TMOD=0x01;
TH0=0xfc;
TL0=0x66;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
}
void Delay(unsigned long u32DelayTime)
{
for(;u32DelayTime>0;u32DelayTime--);
}
void PeripheralInitial(void)
{
}
void BeepOpen(void)
{
P3\_4=0;
}
void BeepClose(void)
{
P3\_4=1;
}
void VoiceScan(void)
{
static unsigned char Su8Lock=0;
if(1==vGu8BeepTimerFlag&&vGu16BeepTimerCnt>0)
{
if(0==Su8Lock)
{
Su8Lock=1;
BeepOpen();
}
else
{
vGu16BeepTimerCnt--;
if(0==vGu16BeepTimerCnt)
{
Su8Lock=0;
BeepClose();
}
}
}
}
/\* 注釋一:
\* 獨立按鍵掃描的詳細過程,以按鍵K1為例,如下:
\* 第一步:平時沒有按鍵被觸發時,按鍵的自鎖標志,去抖動延時計數器一直被清零。
\* 第二步:一旦有按鍵被按下,去抖動延時計數器開始在定時中斷函數里累加,在還沒累加到
\* 閥值KEY\_FILTER\_TIME時,如果在這期間由于受外界干擾或者按鍵抖動,而使
\* IO口突然瞬間觸發成高電平,這個時候馬上把延時計數器Su16KeyCnt1清零了,這個過程
\* 非常巧妙,非常有效地去除瞬間的雜波干擾。以后凡是用到開關感應器的時候,
\* 都可以用類似這樣的方法去干擾。
\* 第三步:如果按鍵按下的時間達到閥值KEY\_FILTER\_TIME時,則觸發按鍵,把編號vGu8KeySec賦值。
\* 同時,馬上把自鎖標志Su8KeyLock1置1,防止按住按鍵不松手后一直觸發。
\* 第四步:等按鍵松開后,自鎖標志Su8KeyLock1及時清零(解鎖),為下一次自鎖做準備。
\* 第五步:以上整個過程,就是識別按鍵IO口下降沿觸發的過程。
\*/
void KeyScan(void) //此函數放在定時中斷里每1ms掃描一次
{
static unsigned char Su8KeyLock1; //1號按鍵的自鎖
static unsigned int Su16KeyCnt1; //1號按鍵的計時器
static unsigned char Su8KeyLock2; //2號按鍵的自鎖
static unsigned int Su16KeyCnt2; //2號按鍵的計時器
//1號按鍵
if(0!=KEY\_INPUT1)//IO是高電平,說明按鍵沒有被按下,這時要及時清零一些標志位
{
Su8KeyLock1=0; //按鍵解鎖
Su16KeyCnt1=0; //按鍵去抖動延時計數器清零,此行非常巧妙,是全場的亮點。
}
else if(0==Su8KeyLock1)//有按鍵按下,且是第一次被按下。這行很多初學者有疑問,請看專題分析。
{
Su16KeyCnt1++; //累加定時中斷次數
if(Su16KeyCnt1>=KEY\_FILTER\_TIME) //濾波的“穩定時間”KEY\_FILTER\_TIME,長度是25ms。
{
Su8KeyLock1=1; //按鍵的自鎖,避免一直觸發
vGu8KeySec=1; //觸發1號鍵
}
}
//2號按鍵
if(0!=KEY\_INPUT2)
{
Su8KeyLock2=0;
Su16KeyCnt2=0;
}
else if(0==Su8KeyLock2)
{
Su16KeyCnt2++;
if(Su16KeyCnt2>=KEY\_FILTER\_TIME)
{
Su8KeyLock2=1;
vGu8KeySec=2; //觸發2號鍵
}
}
}
void KeyTask(void) //按鍵任務函數,放在主函數內
{
if(0==vGu8KeySec)
{
return; //按鍵的觸發序號是0意味著無按鍵觸發,直接退出當前函數,不執行此函數下面的代碼
}
switch(vGu8KeySec) //根據不同的按鍵觸發序號執行對應的代碼
{
case 1: //1號按鍵
vGu8BeepTimerFlag=0;
vGu16BeepTimerCnt=KEY\_VOICE\_TIME; //觸發按鍵后,發出固定長度的聲音
vGu8BeepTimerFlag=1;
vGu8KeySec=0; //響應按鍵服務處理程序后,按鍵編號必須清零,避免一直觸發
break;
case 2: //2號按鍵
vGu8BeepTimerFlag=0;
vGu16BeepTimerCnt=KEY\_VOICE\_TIME; //觸發按鍵后,發出固定長度的聲音
vGu8BeepTimerFlag=1;
vGu8KeySec=0; //響應按鍵服務處理程序后,按鍵編號必須清零,避免一直觸發
break;
}
}
【92.2 專題分析:else if(0==Su8KeyLock1)。】
疑問:
if(0!=KEY\_INPUT1)
{
Su8KeyLock1=0;
Su16KeyCnt1=0;
}
else if(0==Su8KeyLock1)//有按鍵按下,且是第一次被按下。為什么?為什么?為什么?
{
Su16KeyCnt1++;
if(Su16KeyCnt1>KEY\_FILTER\_TIME)
{
Su8KeyLock1=1;
vGu8KeySec=1;
}
}
解答:
首先,我們要明白C語言的語法中,
if(條件1)
{
}
else if(條件2)
{
}
以上語句是一對組合語句,不能分開來看。當(條件1)成立的時候,它是絕對不會判斷(條件2)的。當(條件1)不成立的時候,才會判斷(條件2)。
回到剛才的問題,當程序執行到(條件2) else if(0==Su8KeyLock1)的時候,就已經默認了(條件1) if(0!=KEY\_INPUT1)不成立,這個條件不成立,就意味著0==KEY\_INPUT1,也就是有按鍵被按下,因此,這里的else if(0==Su8KeyLock1)等效于else if(0==Su8KeyLock1&&0==KEY\_INPUT1),而Su8KeyLock1是一個自鎖標志位,一旦按鍵被觸發后,這個標志位會變1,防止按鍵按住不松手的時候不斷觸發按鍵。這樣,按鍵只能按一次觸發一次,松開手后再按一次,又觸發一次。
【92.3 專題分析:if(0!=KEY\_INPUT1)。】
疑問:為什么不用if(1==KEY\_INPUT1)而用if(0!=KEY\_INPUT1)?
解答:其實兩者在功能上是完全等效的,在這里都可以用。之所以本教程優先選用后者if(0!=KEY\_INPUT1),是因為考慮到了代碼在不同單片機平臺上的可移植性和兼容性。很多32位的單片機提供的是庫函數,庫函數返回的按鍵狀態是一個字節變量來表示,當被按下的時候是0,但是,當沒有按下的時候并不一定等于1,而是一個“非0”的數值。
【92.4 專題分析:把KeyScan函數放在定時器中斷里。】
疑問:為什么把KeyScan函數放在定時器中斷里?
解答:中斷函數里放的函數或者代碼越少越好,但是KeyScan函數是特殊的函數,是涉及到IO口輸入信號的濾波,濾波就涉及到時間的及時性與均勻性,放在定時中斷函數里更加能保證時間的一致性。比如,蜂鳴器驅動,動態數碼管驅動,按鍵掃描驅動,我個人都習慣放在定時中斷函數里。
【92.5 專題分析:if(0==vGu8KeySec)return。】
疑問:if(0==vGu8KeySec)return是不是多此一舉?
解答:在KeyTask函數這里,if(0==vGu8KeySec)return這行代碼刪掉,對程序功能是沒有影響的,這里之所以多插入這行判斷語句,是因為,當按鍵多達幾十個的時候,避免主函數每次進入KeyTask函數,都挨個掃描判斷switch的狀態進行多次判斷,如果增加了這行if(0==vGu8KeySec)return代碼,就可以直接退出省事,在理論上感覺更加運行高效。其實,不同單片機不同的C編譯器可能對switch語句的翻譯不一樣,因此,這里的是不是更加高效我不敢保證。但是可以保證的是,加了這行代碼也沒有其它副作用。
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- 第一節:我的價值觀
- 第二節:初學者的疑惑
- 第三節:單片機最重要的一個特性
- 第四節:平臺軟件和編譯器軟件的簡介
- 第五節:用Keil2軟件關閉,新建,打開一個工程的操作流程
- 第六節:把.c源代碼編譯成.hex機器碼的操作流程
- 第七節:本節預留
- 第八節:把.hex機器碼程序燒錄到單片機的操作流程
- 第九節:本節預留
- 第十節:程序從哪里開始,要到哪里去?
- 第十一節:一個在單片機上練習C語言的模板程序
- 第十二節:變量的定義和賦值
- 【TODO】第十三節:賦值語句的覆蓋性
- 【TODO】第十四節:二進制與字節單位,以及常用三種變量的取值范圍
- 【TODO】第十五節:二進制與十六進制
- 【TODO】第十六節:十進制與十六進制
- 【TODO】第十七節:加法運算的5種常用組合
- 【TODO】第十八節:連加、自加、自加簡寫、自加1
- 【TODO】第十九節:加法運算的溢出
- 【TODO】第二十節:隱藏中間變量為何物?
- 【TODO】第二十一節:減法運算的5種常用組合。
- 【TODO】第二十二節:連減、自減、自減簡寫、自減1
- 【TODO】第二十三節:減法溢出與假想借位
- 【TODO】第二十四節:借用unsigned long類型的中間變量可以減少溢出現象
- 【TODO】第二十五節:乘法運算中的5種常用組合
- 【TODO】第二十六節:連乘、自乘、自乘簡寫,溢出
- 【TODO】第二十七節:整除求商
- 【TODO】第二十八節:整除求余
- 【TODO】第二十九節:“先余后商”和“先商后余”提取數據某位,哪家強?
- 【TODO】第三十節:邏輯運算符的“與”運算
- 【TODO】第三十一節:邏輯運算符的“或”運算
- 【TODO】第三十二節:邏輯運算符的“異或”運算
- 【TODO】第三十三節:邏輯運算符的“按位取反”和“非”運算
- 【TODO】第三十四節:移位運算的左移
- 【TODO】第三十五節:移位運算的右移
- 【TODO】第三十六節:括號的強制功能---改變運算優先級
- 【TODO】第三十七節:單字節變量賦值給多字節變量的疑惑
- 【TODO】第三十八節:第二種解決“運算過程中意外溢出”的便捷方法
- 【TODO】第三十九節:if判斷語句以及常量變量的真假判斷
- 【TODO】第四十節:關系符的等于“==”和不等于“!=”
- 【TODO】第四十一節:關系符的大于“>”和大于等于“>=”
- 【TODO】第四十二節:關系符的小于“<”和小于等于“<=”
- 【TODO】第四十三節:關系符中的關系符:與“&&”,或“||”
- 【TODO】第四十四節:小括號改變判斷優先級
- 【TODO】第四十五節: 組合判斷if...else if...else
- 【TODO】第四十六節: 一維數組
- 【TODO】第四十七節: 二維數組
- 【TODO】第四十八節: while循環語句
- 【TODO】第四十九節: 循環語句do while和for
- 【TODO】第五十節: 循環體內的continue和break語句
- 【TODO】第五十一節: for和while的循環嵌套
- 【TODO】第五十二節: 支撐程序框架的switch語句
- 【TODO】第五十三節: 使用函數的三要素和執行順序
- 【TODO】第五十四節: 從全局變量和局部變量中感悟“棧”為何物
- 【TODO】第五十五節: 函數的作用和四種常見書寫類型
- 【TODO】第五十六節: return在函數中的作用以及四個容易被忽略的功能
- 【TODO】第五十七節: static的重要作用
- 【TODO】第五十八節: const(./book/或code)在定義數據時的作用
- 【TODO】第五十九節: 全局“一鍵替換”功能的#define
- 【TODO】第六十節: 指針在變量(./book/或常量)中的基礎知識
- 【TODO】第六十一節: 指針的中轉站作用,地址自加法,地址偏移法
- 【TODO】第六十二節: 指針,大小端,化整為零,化零為整
- 【TODO】第六十三節: 指針“化整為零”和“化零為整”的“靈活”應用
- 【TODO】第六十四節: 指針讓函數具備了多個相當于return的輸出口
- 【TODO】第六十五節: 指針作為數組在函數中的入口作用
- 【TODO】第六十六節: 指針作為數組在函數中的出口作用
- 【TODO】第六十七節: 指針作為數組在函數中既“入口”又“出口”的作用
- 【TODO】第六十八節: 為函數接口指針“定向”的const關鍵詞
- 【TODO】第六十九節: 宏函數sizeof(./book/)
- 【TODO】第七十節: “萬能數組”的結構體
- 【TODO】第七十一節: 結構體的內存和賦值
- 【TODO】第七十二節: 結構體的指針
- 【TODO】第七十三節: 結構體數據的傳輸存儲和還原
- 【TODO】第七十四節: 結構體指針在函數接口處的頻繁應用
- 【TODO】第七十五節: 指針的名義(例:一維指針操作二維數組)
- 【TODO】第七十六節: 二維數組的指針
- 【TODO】第七十七節: 指針唯一的“單向輸出”通道return
- 【TODO】第七十八節: typedef和#define和enum
- 【TODO】第七十九節: 各種變量常量的命名規范
- 【TODO】第八十節: 單片機IO口驅動LED
- 【TODO】第八十一節: 時間和速度的起源(指令周期和晶振頻率)
- 【TODO】第八十二節: Delay“阻塞”延時控制LED閃爍
- 【TODO】第八十三節: 累計主循環的“非阻塞”延時控制LED閃爍
- 【TODO】第八十四節: 中斷與中斷函數
- 【TODO】第八十五節: 定時中斷的寄存器配置
- 【TODO】第八十六節: 定時中斷的“非阻塞”延時控制LED閃爍
- 【TODO】第八十七節: 一個定時中斷產生N個軟件定時器
- 【TODO】第八十八節: 兩大核心框架理論(四區一線,switch外加定時中斷)
- 【TODO】第八十九節: 跑馬燈的三種境界
- 【TODO】第九十節: 多任務并行處理兩路跑馬燈
- 【TODO】第九十一節: 蜂鳴器的“非阻塞”驅動
- 【TODO】第九十二節: 獨立按鍵的四大要素(自鎖,消抖,非阻塞,清零式濾波)
- 【TODO】第九十三節: 獨立按鍵鼠標式的單擊與雙擊
- 【TODO】第九十四節: 兩個獨立按鍵構成的組合按鍵
- 【TODO】第九十五節: 兩個獨立按鍵的“電腦鍵盤式”組合按鍵
- 【TODO】第九十六節: 獨立按鍵“一鍵兩用”的短按與長按
- 【TODO】第九十七節: 獨立按鍵按住不松手的連續均勻觸發
- 【TODO】第九十八節: 獨立按鍵按住不松手的“先加速后勻速”的觸發
- 【TODO】第九十九節: “行列掃描式”矩陣按鍵的單個觸發(原始版)
- 【TODO】第一百節: “行列掃描式”矩陣按鍵的單個觸發(優化版)
- 【TODO】第一百零一節: 矩陣按鍵鼠標式的單擊與雙擊
- 【TODO】第一百零二節: 兩個“任意行輸入”矩陣按鍵的“有序”組合觸發
- 【TODO】第一百零三節: 兩個“任意行輸入”矩陣按鍵的“無序”組合觸發
- 【TODO】第一百零四節: 矩陣按鍵“一鍵兩用”的短按與長按
- 【TODO】第一百零五節: 矩陣按鍵按住不松手的連續均勻觸發
- 【TODO】第一百零六節: 矩陣按鍵按住不松手的“先加速后勻速”觸發
- 【TODO】第一百零七節: 開關感應器的識別與軟件濾波
- 【TODO】第一百零八節: 按鍵控制跑馬燈的啟動和暫停和停止
- 【TODO】第一百零九節: 按鍵控制跑馬燈的方向
- 【TODO】第一百一十節: 按鍵控制跑馬燈的速度
- 第一百一十一節: 工業自動化設備的開關信號的運動控制
- 【TODO】第一百一十二節: 數碼管顯示的基礎知識
- 【TODO】第一百一十三節: 動態掃描的數碼管顯示數字
- 【TODO】第一百一十四節: 動態掃描的數碼管顯示小數點
- 【TODO】第一百一十五節: 按鍵控制數碼管的秒表
- 【TODO】第一百一十六節: 按鍵控制數碼管的倒計時
- 【TODO】第一百一十七節: 按鍵切換數碼管窗口來設置參數
- 【TODO】第一百一十八節: 按鍵讓某位數碼管閃爍跳動來設置參數
- 【TODO】第一百一十九節: 一個完整的人機界面的程序框架的脈絡
- 【TODO】第一百二十節: 按鍵切換窗口切換局部來設置參數
- 【TODO】第一百二十一節: 可調參數的數碼管倒計時
- 【TODO】第一百二十二節: 利用定時中斷做的“時分秒”數顯時鐘
- 【TODO】第一百二十三節: 一種能省去一個lock自鎖變量的按鍵驅動程序
- 【TODO】第一百二十四節: 數顯儀表盤顯示“速度、方向、計數器”的跑馬燈
- 【TODO】第一百二十五節: “雙線”的肢體接觸通信
- 【TODO】第一百二十六節: “單線”的肢體接觸通信
- 【TODO】第一百二十七節: 單片機串口接收數據的機制
- 【TODO】第一百二十八節: 接收“固定協議”的串口程序框架
- 【TODO】第一百二十九節: 接收帶“動態密匙”與“累加和”校驗數據的串口程序框架
- 【TODO】第一百三十節: 接收帶“動態密匙”與“異或”校驗數據的串口程序框架
- 【TODO】第一百三十一節: 靈活切換各種不同大小“接收內存”的串口程序框架
- 【TODO】第一百三十二節:“轉發、透傳、多種協議并存”的雙緩存串口程序框架
- 【TODO】第一百三十三節:常用的三種串口發送函數
- 【TODO】第一百三十四節:“應用層半雙工”雙機串口通訊的程序框架