单片机的按键触发设计原理图解析

在学习单片机的时候想必大家都接触过按键，按键是一个人机交互的接口设备，在刚开始接触的时候最简单也是最直接的办法就是将按键直接接到一个I/O口上，然后检测I/O上的电平变化，假设按键另一端接在GND上，则一旦检测到低电平就认为是按键触发了（此处假设已经进行了去抖，软件去抖也好，硬件去抖也好），乍一看，no problem！而且还是very good！其实这对于初学者而言确实是入门的不二选择，但对大佬而言就是错误的设计思想。

问题出在去检测I/O口这个过程，CPU必须每隔一段时间检测，一般用定时器去实现，间隔时间太长了达不到实时的性能，时间太短了有浪费CPU资源，因为在很多场合按键处于触发的时间段时相当少的，比如学校的自动圈存机，一般情况下时没人用的，那就意味着CPU每间隔时间去查看I/O是非常不合理的，只有当按键按下采取查看，这才是最合理的方式。

这样就必须引入外部中断的设计方案，一个按键的设计原理图如下：

如果有两个甚至多个按键，那如何弄了，很简单，使用或门来解决这个问题。电路图如下：

单片机常用电路3-按键检测、LED驱动电路

在单片机入门学习中，最简单、最常见的两种入门元器件大概就是按键和LED了，围绕按键和LED可以基本上把单片机的功能学很多，例如按键可以用来学习单片机的端口输入功能、端口外部中断功能、定时/计数器的计数功能等等；而LED可以用来学习单片机的端口输出功能，定时/计数器的定时功能、PWM功能，位操作功能，电压比较器功能，以及单片机多种操作控制、流程指示等功能。

现在我们就来简单了解一下按键检测和LED驱动电路。

1、按键检测电路

图1是按键检测电路。该电路图包含两种电路：

图1 按键检测电路

一种是连接按键的单片机端口在按键未按下时，处于低电平状态，当按键按下后，单片机端口变为高电平，也就是说，当单片机端口检测到端口电平由低电平变为高电平后，可以判断为按键按下。

另一种是连接按键的单片机端口在按键未按下时，处于高电平状态，当按键按下后，单片机端口变为低电平，也就是说，当单片机端口检测到端口电平由高电平变为低电平后，可以判断为按键按下。

这种按键检测电路的缺点是没有防抖动功能，所以要实现消抖功能，必须通过单片机软件编程实现。

另外，电路中的电阻的作用是为了保护端口，避免电源直接连到单片机端口导致的烧毁端口情况发生。

2、带消抖功能的按键检测电路

图2是带消抖功能的按键检测电路，同样的，带消抖功能的按键检测电路也分为按键平时处于高电平还是低电平两种。我们以按键未按下时处于高电平，按下后处于低电平为例来了解一下电路原理。

图2 硬件消抖电路

当按键断开时，电源电压通过电阻对电容充电，电容上的电压与电源电压相等，当按键按下时，由于按键内阻很小，电容通过按键迅速放电，按键两端电压迅速降到接近0V，单片机输入端为低电平，在按键按下时，由于抖动导致按键会短时断开，电源电压经电阻对电容充电，由于电阻的阻值较大，短时间内电容充电量很少，所以电容两端电压基本不变，单片机输入端的电平也基本保持不变，从而保证了按键抖动时仍可以使单片机输入端保持稳定的低电平信号。

这种硬件消抖电路需要根据实际情况选择R和C的值，具体请参考我在头条里的文章《基于proteus的51单片机开发实例（7）--按键的检测》。