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    一種軟件去除鍵抖動的方法

    時間:2023-02-21 00:19:13 電子通信論文 我要投稿
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    一種軟件去除鍵抖動的方法

    摘要:單片機控制系統中大多使用控制鍵來實現控制功能。消除按鍵瞬間的抖動是設計者必須要考慮的問題。本文介紹一種很實用的軟件去抖動方法,它借助于單片機內的定時中斷資源,只要運算一下邏輯表達就完成了去抖動。這個方法效率高,不耗機時且易實現。文中使用的邏輯表達式由簡單卡諾圖和真值表推出,使該方法的機理容易理解。文中還提供用C51單片機編程語言編寫的實用例程。
      關鍵詞:單片機鍵處理控制系統去抖動鍵盤
      
      概述
      
      在單片機控制系統中,通過按鍵實現控制功能是很常見的。對按鍵處理的重要環節是去抖動,包括去除按下和抬起瞬間的抖動。去抖動的方法有很多種,如使用R-S觸發器的硬件方法、運用不同算法的各種軟件方法等。硬件方法會增加成本和體積,對于按鍵較多的矩陣式鍵盤,會用硬件方法;軟件方法用的比較普遍,但有一種加固定延時的去抖動法效率最低,它以無謂地耗費機時來實現去抖動。
      
      此處介紹的是一種軟件方法。簡單說來是一種運算法,配合定時中斷讀取按鍵,通過運算邏輯表達式:
      
      Keradyn=KtempKinput+Kreadyn-1(Ktemp⊙Kinput)(1)
      
      Ktemp=Kinput(2)
      
      可以獲得消除抖動的按鍵消息。這種方法效率高,不需耗時的循環等待,而且算法簡單、使用方便。
      
      一、基本原理
      
      由于按鍵的按下與抬起都會有10~20ms的抖動毛刺存在,因此,為了獲取穩定的按鍵信息,須要避開這段抖動期。
      
      設置3個變量Kready、Ktemp和Kinput,并設置定時中斷周期為20ms。在定時中斷服務程序中讀取按鍵,并把讀取的數據存于變量Kinput中。變量Kready中是所需要的穩定的按鍵信息;Ktemp是中間變量,它的值是上一次的Kinput。
      
      根據當前按鍵的狀態,考慮到Kready中是20ms抖動后的有效鍵信息,則Kready、Ktemp和Kinput之間,在不同時刻的狀態關系如表1所列。
      
      表1
      
      時刻KreadyKtempKinput1000200130104001511161117110810191101000011000
      時刻1為沒有鍵按下的初始狀態;時刻2的Kinput為1,但時刻3的Kinput又變為0,說明時刻2的Kinput為1并不是有鍵按下,可能只是干擾,所以Kreqdy為0;時刻4同時刻2的情況類似,但是時刻4和時刻5時Kinput都為1,說明有按鍵按下,在時刻5時Kready為1;雖然時刻7時Kinput為0,但時刻5、6、8時Kinput都為1,說明按鍵一直按下,只不過有干擾,Kready保持為1;時刻9、10連續兩個時刻Kinput為0,表示按鍵抬起,時刻10時Kready為0。
      
      通過分析可以看出,Kready中是消除了抖動并在一定程度上排除了干擾的有效按鍵信息。從按鍵按下到Kready為1,最長時間約為40ms,最短約為20ms。其時間長短取決于鍵按下時處于定時中斷周期的所在時刻。如果按鍵一直按下,則有效鍵信息以20ms的間隔重復輸出。
      
      仔細分析表1,還可知道當前時刻Kready的值不但與Ktemp和Kinput有關,還與Kready前一時刻的值有關。我們把Keady的當前時刻記作Kreadyn,作為因變量;前一時刻記作Kreadyn-1,并和Ktemp、Kinput一起作為自變量,依照表1繪出卡諾圖如圖1所示。
      
      表達式(1)就是由圖1的卡諾圖得出的最簡邏輯表達式。
      
      二、實際應用擴展
      
      表達式(1)中的Kready提供的是間隔20ms的重復鍵信息;有的地址不需要重復鍵值,按一次鍵獲得一次鍵值就夠了;而有的應用系統則兩種鍵值都要有,比如電視監控系統的控制鍵盤中對鏡頭云臺的控制需要重復鍵值,其他命令鍵則不需要。為了滿足這種要求,就要對表達式(1)進行擴展。為此,引入了另外兩個變量和1個常量。它們分別是Koutput、Kstore和Kconst。Koutput作為最終的鍵信息輸出;Kstore作為中間變量用作保存上一次去抖動后的鍵信息;Kconst是常量,它的值需要先給定;0對應非重復鍵,1則對應重復鍵。
      
      表露Koutput、Kconst、Kstore和Kready之間關系的真值表如表2所列。
      
      表2
      
      KoutputKconstKstoreKready1x01111100110x100x00
      由圖2獲得了如下最簡邏輯表達式,作為表達式(1)的擴展:
      
      Kstore中是上一次的Kready,所以
      
      Kstroe=Kready(4)
      
      根據表2繪出的卡諾圖如圖2所示。
      
      表達式(3)是1個包含了表達式(1)的通用邏輯表達式。它用于既有重復鍵輸出也有非重復鍵輸出的系統中。對于只有重復鍵輸出的系統,Kconst全為1,則Koutput=Kready,所以只用表達式(1)就可以了。如果系統只要求非重復鍵輸出,則Kconst全為0,表達式(3)簡化為:
      
      
      
      在實際應用中,1個比特表示1個鍵。C51中的字符變量可以處理8個鍵,如果系統需要更多的鍵,可選用整型變量、長整型變量或數組。如果系統的按鍵數量過多,則會占用較多單片機寶貴的內部寄存器,這是該方法的不足之處。
      
      三.應用程序實例
      
      為了進一步理解上述方法如何在編程中得以實現,在此提供了1個用C51單片機編程語言編制的8個按鍵的鍵處理程序,以供參考。該程序在KEILC51V6.02/uVsion2demo編譯環境下編譯通過。
      
      #include<intrins.h>
      
      #include<at89x51.h>
      
      unsignedcharkey_value;
      
      unsignedcharKinput;
      
      unsignedcharKtemp;
      
      unsignedcharKstore;
      
      unsignedcharKready;
      
      unsignedcharKoutput;
      
      unsignedcharbdataflag;
      
      codeunsignedcharKconst=0xaa;/*重復鍵和非重復鍵格式*/
      
      sbitendebounce=flag^0;
      
      sbitgetkey=iag^1;
      
      sbitkprocess=flag^2;
      
      sbitACC_7=ACC^7;
      
      voidmain(void);
      
      voiddebounce(void);
      
      voidget_key_value(void);
      
      voidmain(void)
      
      {
      
      /*初始化*/
      
      kinput=Ktemp=kready=Kstore=0;
      
      endebounce=0;
      
      getkey=0;
      
      kprocess=0;
      
      TMOD=0x01;
      
      TL0=0xe0;
      
      TH0=0xb1;
      
      TR0=1;
      
      ET0=1;
      
      EA=1;
      
      /*……*/
      
      while(1)/*循環*/
      
      {
      
      debounce();/*調用去除鍵抖動函數*/
      
      get_key_value();/*調用獲取鍵值函數*/
      
      key_processing();/*調用鍵處理函數*/
      
      /*otherfunctions*/
      
      }
      
      }
      
      voiddebounce(void)
      
      {
      
      if(endebounce)
      
      {
      
      /*以下是去除鍵抖動表達式*/
      
      Kreqdy=Ktemp&Kinput|Kready&(Ktemp^Kinput);
      
      Ktemp=Kinput;
      
      /*以下表示式用于輸出重復鍵和非重復鍵*/
      
      Koutput=Kready&(~Kstore|Kconst);
      
      Kstore=Kready;
      
      if(Koutput!=0)/*如果有鍵按下,置標志準備獲取鍵值*/
      
      getkey=1;
      
      }
      
      }
      
      voidget_key_value(void)
      
      {
      
      if(getkey)
      
      {
      
      unsignedchartemp;
      
      unsignedcharj;
      
      getkey=0;/*清標志*/
      
      for(j=0;j<8;j++)
      
      {
      
      temp=_cror_(koutput,1);/*循環右移尋找按下的鍵*/
      
      if(_testbit_(ACC_7))/*如果ACC_7=1,找到了按下的鍵*/
      
      {
      
      key_value=j;/*獲得鍵值*/
      
      j=8;/*找到按下的鍵就退出循環*/
      
      kprocess=1;/*置標志,準備進行鍵處理*/
      
      }
      
      elseKoutput=temp;/*準備下一次尋找*/
      
      }
      
      }
      
      }
      
      voidtimer0_interrupt_handler(void)interruptusing1
      
      {
      
      TL0=0xe0;/*加載定時器參數,使晶振頻率12MHz時中斷周期為20ms*/
      
      TH0=0xb1;
      
      /*鍵掃描*/
      
      P2_0;/*使能鍵掃描位*/
      
      Kinput=~P0;/*從P0讀入按鍵信息,反相后保存*/
      
      endebounce;/*置標志位準備去抖動*/
      
      /*其它與定時器有關的語句*/
      
      }

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