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一種軟件去除鍵抖動(dòng)的方法
摘要:?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)中大多使用控制鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。消除按鍵瞬間的抖動(dòng)是設(shè)計(jì)者必須要考慮的問(wèn)題。本文介紹一種很實(shí)用的軟件去抖動(dòng)方法,它借助于單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)中斷資源,只要運(yùn)算一下邏輯表達(dá)就完成了去抖動(dòng)。這個(gè)方法效率高,不耗機(jī)時(shí)且易實(shí)現(xiàn)。文中使用的邏輯表達(dá)式由簡(jiǎn)單卡諾圖和真值表推出,使該方法的機(jī)理容易理解。文中還提供用C51單片機(jī)編程語(yǔ)言編寫(xiě)的實(shí)用例程。
關(guān)鍵詞:?jiǎn)纹瑱C(jī)鍵處理控制系統(tǒng)去抖動(dòng)鍵盤(pán)
概述
在單片機(jī)控制系統(tǒng)中,通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)控制功能是很常見(jiàn)的。對(duì)按鍵處理的重要環(huán)節(jié)是去抖動(dòng),包括去除按下和抬起瞬間的抖動(dòng)。去抖動(dòng)的方法有很多種,如使用R-S觸發(fā)器的硬件方法、運(yùn)用不同算法的各種軟件方法等。硬件方法會(huì)增加成本和體積,對(duì)于按鍵較多的矩陣式鍵盤(pán),會(huì)用硬件方法;軟件方法用的比較普遍,但有一種加固定延時(shí)的去抖動(dòng)法效率最低,它以無(wú)謂地耗費(fèi)機(jī)時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)去抖動(dòng)。
此處介紹的是一種軟件方法。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)是一種運(yùn)算法,配合定時(shí)中斷讀取按鍵,通過(guò)運(yùn)算邏輯表達(dá)式:
Keradyn=KtempKinput+Kreadyn-1(Ktemp⊙Kinput)(1)
Ktemp=Kinput(2)
可以獲得消除抖動(dòng)的按鍵消息。這種方法效率高,不需耗時(shí)的循環(huán)等待,而且算法簡(jiǎn)單、使用方便。
一、基本原理
由于按鍵的按下與抬起都會(huì)有10~20ms的抖動(dòng)毛刺存在,因此,為了獲取穩(wěn)定的按鍵信息,須要避開(kāi)這段抖動(dòng)期。
設(shè)置3個(gè)變量Kready、Ktemp和Kinput,并設(shè)置定時(shí)中斷周期為20ms。在定時(shí)中斷服務(wù)程序中讀取按鍵,并把讀取的數(shù)據(jù)存于變量Kinput中。變量Kready中是所需要的穩(wěn)定的按鍵信息;Ktemp是中間變量,它的值是上一次的Kinput。
根據(jù)當(dāng)前按鍵的狀態(tài),考慮到Kready中是20ms抖動(dòng)后的有效鍵信息,則Kready、Ktemp和Kinput之間,在不同時(shí)刻的狀態(tài)關(guān)系如表1所列。
表1
時(shí)刻KreadyKtempKinput1000200130104001511161117110810191101000011000
時(shí)刻1為沒(méi)有鍵按下的初始狀態(tài);時(shí)刻2的Kinput為1,但時(shí)刻3的Kinput又變?yōu)?,說(shuō)明時(shí)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(shí)刻4同時(shí)刻2的情況類(lèi)似,但是時(shí)刻4和時(shí)刻5時(shí)Kinput都為1,說(shuō)明有按鍵按下,在時(shí)刻5時(shí)Kready為1;雖然時(shí)刻7時(shí)Kinput為0,但時(shí)刻5、6、8時(shí)Kinput都為1,說(shuō)明按鍵一直按下,只不過(guò)有干擾,Kready保持為1;時(shí)刻9、10連續(xù)兩個(gè)時(shí)刻Kinput為0,表示按鍵抬起,時(shí)刻10時(shí)Kready為0。
通過(guò)分析可以看出,Kready中是消除了抖動(dòng)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(zhǎng)時(shí)間約為40ms,最短約為20ms。其時(shí)間長(zhǎng)短取決于鍵按下時(shí)處于定時(shí)中斷周期的所在時(shí)刻。如果按鍵一直按下,則有效鍵信息以20ms的間隔重復(fù)輸出。
仔細(xì)分析表1,還可知道當(dāng)前時(shí)刻Kready的值不但與Ktemp和Kinput有關(guān),還與Kready前一時(shí)刻的值有關(guān)。我們把Keady的當(dāng)前時(shí)刻記作Kreadyn,作為因變量;前一時(shí)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(dá)式(1)就是由圖1的卡諾圖得出的最簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式。
二、實(shí)際應(yīng)用擴(kuò)展
表達(dá)式(1)中的Kready提供的是間隔20ms的重復(fù)鍵信息;有的地址不需要重復(fù)鍵值,按一次鍵獲得一次鍵值就夠了;而有的應(yīng)用系統(tǒng)則兩種鍵值都要有,比如電視監(jiān)控系統(tǒng)的控制鍵盤(pán)中對(duì)鏡頭云臺(tái)的控制需要重復(fù)鍵值,其他命令鍵則不需要。為了滿(mǎn)足這種要求,就要對(duì)表達(dá)式(1)進(jìn)行擴(kuò)展。為此,引入了另外兩個(gè)變量和1個(gè)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(dòng)后的鍵信息;Kconst是常量,它的值需要先給定;0對(duì)應(yīng)非重復(fù)鍵,1則對(duì)應(yīng)重復(fù)鍵。
表露Koutput、Kconst、Kstore和Kready之間關(guān)系的真值表如表2所列。
表2
KoutputKconstKstoreKready1x01111100110x100x00
由圖2獲得了如下最簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式,作為表達(dá)式(1)的擴(kuò)展:
Kstore中是上一次的Kready,所以
Kstroe=Kready(4)
根據(jù)表2繪出的卡諾圖如圖2所示。
表達(dá)式(3)是1個(gè)包含了表達(dá)式(1)的通用邏輯表達(dá)式。它用于既有重復(fù)鍵輸出也有非重復(fù)鍵輸出的系統(tǒng)中。對(duì)于只有重復(fù)鍵輸出的系統(tǒng),Kconst全為1,則Koutput=Kready,所以只用表達(dá)式(1)就可以了。如果系統(tǒng)只要求非重復(fù)鍵輸出,則Kconst全為0,表達(dá)式(3)簡(jiǎn)化為:
在實(shí)際應(yīng)用中,1個(gè)比特表示1個(gè)鍵。C51中的字符變量可以處理8個(gè)鍵,如果系統(tǒng)需要更多的鍵,可選用整型變量、長(zhǎng)整型變量或數(shù)組。如果系統(tǒng)的按鍵數(shù)量過(guò)多,則會(huì)占用較多單片機(jī)寶貴的內(nèi)部寄存器,這是該方法的不足之處。
三.應(yīng)用程序?qū)嵗?br />
為了進(jìn)一步理解上述方法如何在編程中得以實(shí)現(xiàn),在此提供了1個(gè)用C51單片機(jī)編程語(yǔ)言編制的8個(gè)按鍵的鍵處理程序,以供參考。該程序在KEILC51V6.02/uVsion2demo編譯環(huán)境下編譯通過(guò)。
#include<intrins.h>
#include<at89x51.h>
unsignedcharkey_value;
unsignedcharKinput;
unsignedcharKtemp;
unsignedcharKstore;
unsignedcharKready;
unsignedcharKoutput;
unsignedcharbdataflag;
codeunsignedcharKconst=0xaa;/*重復(fù)鍵和非重復(fù)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(huán)*/
{
debounce();/*調(diào)用去除鍵抖動(dòng)函數(shù)*/
get_key_value();/*調(diào)用獲取鍵值函數(shù)*/
key_processing();/*調(diào)用鍵處理函數(shù)*/
/*otherfunctions*/
}
}
voiddebounce(void)
{
if(endebounce)
{
/*以下是去除鍵抖動(dòng)表達(dá)式*/
Kreqdy=Ktemp&Kinput|Kready&(Ktemp^Kinput);
Ktemp=Kinput;
/*以下表示式用于輸出重復(fù)鍵和非重復(fù)鍵*/
Koutput=Kready&(~Kstore|Kconst);
Kstore=Kready;
if(Koutput!=0)/*如果有鍵按下,置標(biāo)志準(zhǔn)備獲取鍵值*/
getkey=1;
}
}
voidget_key_value(void)
{
if(getkey)
{
unsignedchartemp;
unsignedcharj;
getkey=0;/*清標(biāo)志*/
for(j=0;j<8;j++)
{
temp=_cror_(koutput,1);/*循環(huán)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(huán)*/
kprocess=1;/*置標(biāo)志,準(zhǔn)備進(jìn)行鍵處理*/
}
elseKoutput=temp;/*準(zhǔn)備下一次尋找*/
}
}
}
voidtimer0_interrupt_handler(void)interruptusing1
{
TL0=0xe0;/*加載定時(shí)器參數(shù),使晶振頻率12MHz時(shí)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(biāo)志位準(zhǔn)備去抖動(dòng)*/
/*其它與定時(shí)器有關(guān)的語(yǔ)句*/
}
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