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。
5 K% _) G) z# L6 y( {
  o' [' I0 U  i" o, T9 g( x
' [0 t2 n$ P  i3 q! q8 [: Q8 i一是 GPIO 口直接检测单个按键，如图 1.1 所示;

二是按键较多则使用矩阵键盘，如图 1.2 所示;
  w& v8 k% L/ y# e) D
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;
% v! }; p# e) u! Q) n! h
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。
& I* B2 A! k" X( ]7 {! E; [& w

% \6 @' F; L( K

图 1.1 方案一

4 A/ ~0 w! c* a

) _& q! u% V  D/ j% O" y

图 1.2 方案二

图 1.3 方案三

图 1.4 方案四
3 `& V) _" V. M: q2 n0 K4 J6 Q( v2 M

在以上四种设计上，各有优点和不足。
( p! m: ~% C" A3 p8 F: \$ s
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”。

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。

' B  S  z4 f6 U6 z" n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。
. O1 @2 P/ V- `$ B1 ~2 o' \0 N
1 m* j- ~! \/ Q+ D4 g+ k  S$ f# K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。
& Q- e# L! d2 r/ E
0 C" n; A' T8 a8 h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。

2 q$ F9 ?) a  S# w( M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。

% _3 y. Y5 r6 H, B) K/ Q5 W

图 1.5 改进一

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。
2 ^( u- K5 Y* n
5 A# w6 R/ D$ o/ y! i0 c& [/ n

图 1.6 改进二
3 E7 l7 q) c9 Y# d6 e8 |' x

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。
( ]$ {2 y: s9 O
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。

3 Z! f( f0 K% [( [; D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。

2 J4 I- @$ w* s1 i3 e3 M( F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。
5 Q7 X3 \" V" r# r6 ?: I! F2 g

damengshu

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

grand

中断服务程序需简单明了