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。
　　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之间关系的真值表如表2所列。
　　
　　表2
　　
　　KoutputKconstKstoreKready1x01111100110x100x0