一种键盘去抖动的方法 -ken解读

K注：本文理解的关键是：卡诺图 

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逻辑符号表

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http://www.21ic.com/app/mcu/200412/709.htm

一种软件去除键抖动的方法
 

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。

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按键开关的抖动问题

组成键盘的按键有触点式和非触点式两种，单片机中应用的一般是由机械触点构成的。在下图中，当开

图1

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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（k注：可定时调用函数来读取，不一定非要在中断函数中读取），通过运算逻辑表达式：

Kreadyn=Ktemp Kinput+Kreadyn-1 (Ktemp ⊙ Kinput)      (1)   // 这是网络原始写法。K注：同或：符号为⊙，似乎不对？应该是异或！！

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。

K注：(1)式的意思，应该是这样？：Kreadyn = (Ktemp)(Kinput) + (Kreadyn-1) (Ktemp ⊙ Kinput)  

//**********注1：摘录自程序***********

/*以下是去除键抖动表达式*/

K注：Ktemp^Kinput，异或，似乎符合卡诺图？Kready =  Ktemp & Kinput | Kready & (Ktemp + Kinput);   这也是成立的！！！

采用卡诺图进行化简，不同的圈法，会有不同的简化逻辑表达式，但只有逻辑值是正确的，就OK。
Kready = Ktemp & Kinput | Kready & (Ktemp^Kinput);   // 软件将Kreadyn和Kreadyn-1放在一个变量，靠软件处理顺序来判断
Ktemp=Kinput；

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异或:：“?”是异或运算符号，a^b=(a' and b) or (a and b')（a'为非a）。

同或：符号为⊙。（圆圈内为点），a⊙b=ab+a'b'(a'为非a，b'为非b)；

同或 和 异或互为非运算。

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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。

K注１：如重复输出按键值，程序可以接受，那么变量Kready就是这个所需要的值了。

K注２：共需要３个变量：Kinput，Kready，Ktemp，还需要一些标志位。

 

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。

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Kready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。（k注：由于20ms的扫描周期，Ktemp? 必须2次同样才确认有效，因此，当按键在本次扫描之后的时刻按下，则要40ms后才能确认有效；当按键在本次扫描之前的时刻按下，则要20ms才能确认有效）。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。

//***************

？？？理解：不需要重复键值？需要重复键值

1、重复键值：Kready每隔20ms更新一次键值，如遥控器应用，将出现不断重复发射同一个按键码

2、不重复键值：即只输出1次有效的按键值，见表2，当Kconst = 0时，Koutput在输出第一次有效1后（表2第1行），将接着变为0（表2第3行）。

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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；？？？Kstore中是上一次的Kready

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。

表示Koutput、Kconst、Kstore和Kready之间关系的真值表如表2所列。

由图2获得了如下最简逻辑表达式，作为表达式（1）的扩展：

Kstore中是上一次的Kready，所以

Kstroe=Kready    （4）

//****************************************************

Koutput = Kready & (～Kstore | Kconst);      (3)    摘录自程序，这是表达式3吗？k注：精辟
Kstore=Kready;

//****************************************************

Kready = Ktemp & Kinput | Kready & (Ktemp^Kinput);   （1）

//****************************************************

 

根据表2绘出的卡诺图如图2所示。

 

表达式（3）是1个包含了表达式（1）的通用逻辑表达式 (k注：将(1)代入(3))。它用于既有重复键输出也有非重复键输出的系统中。

 

对于只有重复键输出的系统，Kconst全为1，则Koutput=Kready，所以只用表达式（1）就可以了。

 

如果系统只要求非重复键输出，则Kconst全为0，表达式（3）简化为：

 

Koutput = Kready & (～Kstore | Kconst);      (3)  //--->>> Koutput = Kready & (～Kstore)

在实际应用中，1个比特表示1个键。

 

C51中的字符变量可以处理8个键，如果系统需要更多的键，可选用整型变量、长整型变量或数组。

如果系统的按键数量过多，则会占用较多单片机宝贵的内部寄存器，这是该方法的不足之处。

 

 k注：上面的例子，只是演示1个按键的情形，多个按键如何处理？见下例

 

三.应用程序实例

为了进一步理解上述方法如何在编程中得以实现，在此提供了1个用C51单片机编程语言编制的8个按键的键处理程序，以供参考。该程序在KEIL C51 V6.02/uVsion2 demo编译环境下编译通过。

 

 // 由于20ms调用一次，因此Kinput等标量，必须是全局或static的。

 #include

#include

 

//共8个字节，7个unsigned char +  1个flag标志。

unsigned char key_value;     // ？

unsigned char Kinput;

unsigned char Ktemp;

unsigned char Kstore;

unsigned char Kready;

unsigned char Koutput;

code unsigned char Kconst=0xaa;    /*重复键和非重复键格式*/ K注: ???  0xaa = 0b 1010 1010

 

unsigned char bdata flag;     // 存储在bdata区的char型变量flag，为后面定义bit型数据用

sbit endebounce=flag^0;    // ？/*置标志位准备去抖动*/ bit型变量endebounce定义在flag的0位上

sbit getkey=flag^1;      // ？getkey定义在flag的1位上

sbit kprocess=flag^2;      // ？

sbit ACC_7=ACC^7;       // ？ACC_7定义在ACC的第7位上，这样可以吗？

 

void main(void);

void debounce(void);    // 去抖动函数

void get_key_value(void);     // ？获取键值

 

//************************************************************************************

void main(void)

{

 

/*初始化*/

kinput=Ktemp=kready=Kstore=0;      // ？？？

endebounce=0;   //bit型变量，上面定义的

getkey=0;     //bit型变量，上面定义的

kprocess=0;     //bit型变量，上面定义的

 

TMOD=0x01;

TL0=0xe0;

TH0=0xb1;

TR0=1;

ET0=1;

EA=1;

 

/*……*/

while(1)/*循环*/

  {

debounce();   /*调用去除键抖动函数*/

get_key_value();   /*调用获取键值函数*/

key_processing();   /*调用键处理函数*/

 

/*other functions*/

  }

}

 

//************************************************************************************

void debounce(void)

{

if (endebounce)   //bit型变量endebounce定义在flag的0位上

   {

// Kready 等等，在上面定义为unsigned char

// 如果不用设置重复/非重复输出，那么，Kready就相当于Koutput了，也就是A1，A2两句不需要。

/*以下是去除键抖动表达式*/

Kready = Ktemp & Kinput | Kready & (Ktemp^Kinput);   //??? 见上表及卡诺图

Ktemp = Kinput；

 

/*以下表示式用于输出重复键和非重复键*/

Koutput = Kready &(～Kstore | Kconst);    // A1

Kstore = Kready;     //A2                               

 

if (Koutput ! =0)   /*如果有键按下，置标志准备获取键值*/  Koutput = 1 意味着去抖动之后，获得了按键有效的信息

getkey=1;     // 有按键有效按下，指示get_key_value() 函数去扫描并确定是哪个按键有效。

                    // 这个函数，就只是为了设置getkey吗？

   }

}

 

//************************************************************************************

void get_key_value(void)

{

if(getkey)

  {

  unsigned char temp;

  unsigned char j;

  getkey=0;   /*清标志*/

  for(j=0;j<8;j++)

     {

      temp=_cror_(koutput,1);     /*循环右移寻找按下的键*/

      if(_testbit_(ACC_7))     /*如果ACC_7=1，找到了按下的键*/

         {

          //1、获取键值

         key_value = j;   /*获得键值*/

         // 如果需要同时确认２个按键有效的功能，如何处理？？？有些应用：似乎直接对koutput的值进行处理就可以了？？？

 

           //退出for循环，意味着后面的按键，即使有效，也被忽略？

         j=8;   /*找到按下的键就退出循环*/ 直接设置为for的中止条件，似乎也可以用return;

 

          //2、设置处理标志有效，通知处理函数干活。

         kprocess=1;    /*置标志，准备进行键处理*/

         }

      else Koutput=temp;    /*准备下一次寻找*/ ?  temp=_cror_(koutput,1)

     }

  }

}

 

//************************************************************************************

void timer0_interrupt_handler(void) interrupt using1

{

TL0=0xe0;/*加载定时器参数，使晶振频率12MHz时中断周期为20ms*/

TH0=0xb1；

 

/*键扫描*/

P2_0；/*使能键扫描位*/  ？？？应该和其他程序公用IO，比如和LED Display？

Kinput = ～P0;   /*从P0读入按键信息，反相后保存*/

 

//似乎这里还缺少一些语句，即：判断有按键按下，然后再设置endebounce，通知 debounce()函数。

endebounce;   /*置标志位准备去抖动*/

 

/*其它与定时器有关的语句*/

}

K注：本程序流程似乎这样？

1、在中断函数中扫描按键，当有按键按下时，获取Kinput，设置endebounce = 1；Kinput是未去抖动的值。     

      每20ms调用，如有键按下，均不断设置Kinput和endebounce。Kinput是一次性获取的所有按键按下的信息，只要有按键按下。

2、debounce()经过20ms的在此调用，以去抖动后，如按键去抖动后有效，则Koutput=1，设置getkey=1通知按键读取函数get_key_value()。

3、get_key_value()：getkey=0清标志，获得有效键值，设置kprocess=1，通知按键处理函数。       

     如果没有有效按键，8次后自动退出for循环。本函数获取的是具体的按键信息。

4、多个按键同时有效时，get_key_value() for似乎只有排在前面的才能得到处理，排序在后面的被忽略？？？

5、如需要增加* #等功能键+数字键有效，或者说2个按键同时有效才能调用某个模块，本程序需要改造，如何改造？？？？？？？

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