上海羊羽卓进出口贸易有限公司详解单片机的按键检测与控制
按键在单片机控制系统中起到人机交互的作用，通过按键可以输入数据、命令和各种参数，按键侧键测处理是单片机系统设计和开发中一个重要的内容，关系到整个系统的交互性能和稳定性。按键处理形式在单片机系统中有两种形式：直接按键和矩阵编码键盘，下面分别对这两种按键检测电路的特点及编程思路和方法进行分析和介绍。
按键抖动问题产生的原因及解决方法
按键的抖动问题是指按键的触点在闭合和断开瞬间由于接触情况不稳定，从而导致电压信号的抖动现象(由按键的机械特性造成，不可避免)。图8-1所示为一次按键的抖动过程，在按键的前沿和后沿都会有5～10ms的抖动。
图8-1 按键抖动示意图
对于时钟是微秒级的单片机而言，键盘的抖动有可能造成单片机对一次按键的多次处理。为了提高系统的稳定性，我们必须采用有效的方式消除抖动。
去除抖动可以采用硬件方式和软件方式。硬件方式一般是在按键与单片机的输入通道上安装硬件去抖电路(如RS触发器)。软件方式的实现方法是：当查询到电路中有按键按下时，先不进行处理，而是先执行10～20ms的延时程序，延时程序结束后，再次查询按键状态，若此时按键仍为按下状态，则视为按键被按下。
按键检测电路及应用
1. 独立式按键
独立式键盘相互独立，每个按键占用一根I/O口线，每根I/O口线上的按键工作状态不会影响其他按键的工作状态，CPU可直接读取该I/O线的高/低电平状态。这种按键硬件、软件结构简单，判键速度快，使用方便，但占用I/O口线较多，适用于按键数量较少的系统中。
独立连接式键盘连接如图8-2所示。当没有键被按下时，所有的数据输入线均为高电平;当任意一个按键被按下时，与之相连的数据输入线将变为低电平;通过相应指令，可以判断是否有键被按下。
图8-2 独立式键盘接口设计
【例8-1】 利用单片机的P1.0～P1.34个I/O口检测4个按键的触发信息，以实现不同功能的控制。
硬件电路参见图8-2所示，C51参考程序如下：
2. 矩阵式按键
在单片机系统中，当按键数量较多时，为了减少IO口的使用，通常将按键排列成矩阵型式。例如下例中的16个按键，被排列成了如图8-3所示的4X4矩阵方式。该矩阵式键盘由4根行线和4根列线组成，每个行线和列线的交叉点是一个按键。
【例8-2】 将矩阵式键盘的按键值通过数码管显示出来。
电路连接如图8-3所示(电源和震荡电路未标出)。
图8-3 矩阵式键盘按键显示电路图
如何判断被按下的键值呢?
分析如下：
根据下面的电路图，如果已知P1.0端口被置为低电平“0”，那么当按键K0被按下时，可以肯定P1.4端口的电平也变为了低电平“0”。基于这个原理，总结矩阵键盘识别按键的步骤如下：
a)首先判断是否有按键被按下
本例中矩阵键盘中P1端口低4位连接的是列线，高4位连接的是行线。将全部行线置为低电平“0”，全部列线置为高电平“1”。然后检测列线的状态。只要有一根列线的电平为低，则表示有按键被按下。否则没有按键按下。
b)按键消抖
当判断到有按键被按下后，还要进行消抖处理，以确认真正有按键被按下。
c)按键识别
当确认有键被按下后，采用逐行扫描的方法来确定是哪一个按键被按下。先扫描第一行，即将第一行输出低电平“0”，然后读取列值，那一列出现低电平“0”，则说明该列与第一行交叉处的按键被按下。如果读入的列值全部为"1"，说明与第一行连接的按键均没有被按下。那么接下来开始扫描第二行，以此类推。直到完成全部行线的扫描。
C51程序如下：
矩阵式键盘与I/O接口应用
【例8-3】 四位数字密码锁
四位数字密码锁功能：通过键盘输入密码，当输入密码与内置密码相同时，继电器动作，表示密码锁解开。为了简化功能，该密码锁只使用12个键(即4x3键盘)，其中S1~S9为1~9数字键，S10为0数字键，S11为“*”键作为确认键使用，而S12为“#”键作为复位键，键盘接口电路如图8-4所示，键值布局如表8-1所示。
图8-4 行列式键盘电路连接图
表8-1 键盘布局表
单片机上电时，数码管显示“0000”，此时输入数字，数码管将显示按键值，数字逐个向左递增，四次输入完毕，四个数码管显示输入的数，此时按“*”号按键将启动比较，若输入数字与内设密码相同，继电器动作。如不同，则系统复位等待重新输入密码。当按“#”号键，系统复位，数码管显示“0000”。
在上面键扫描程序基础上增加的源程序如下：
单片机键盘消抖“独门”汇编方案分享，不用延时还能用什么？
用单片机或ARM做的产品经常会遇到有键盘输入的产品，而键盘输入有一个绕不过去的问题就是：键盘去抖。见下图
当按键开关闭合或者断开时各有一段电平不稳定的时期，按键开关在闭合时不会马上就稳定的接通，在断开时也不会一下子彻底断开，而是在闭合和断开的瞬间伴随了一连串的电平抖动。这种抖动一般都在 10ms 左右。为了确保程序对按键的一次闭合或者一次断开只响应一次，必须进行按键的去抖处理。当检测到按键状态变化时，不是立即去响应动作，而是先等待闭合或断开稳定后再进行处理。
按键去抖方法可分为硬件去抖和软件去抖，硬件去抖不在本文的讨论中，本文只讨论软件去抖。
一般的软件去抖就是程序在检测到按键闭合或断开时调用一段延时子程序（在 C 语言中叫函数），程序在此死等 10ms 或更长。延时过后再检测按键的状态是否与延时前的状态一致，若一致就执行键盘程序部分，若不一致，则跳过执行键盘程序。
这种方法在程序工作量不是很大时是没有问题的。但在一些 CPU负荷量比较大的程序中，特别是在一些程序运转中有比较多的在不确定时间就会发生的中断的情况下（外部中断、串口中断、定时器中断等），在这里死等，就有可能造成某部分程序不能很好地被执行，甚至程序跑飞等严重问题。
本人经过多年的编程，总结了一套解决这问题的方法，供大家参考。
程序是用 51 汇编语言写的，大家若要用 C 语言编写，参考这流程图改一下就成。
先解释这流程图中的变量和子程序：
KSTEP：步进指示变量，当程序从主程序进入到此子程序后，立刻根据这 KSTEP 的值跳到相应的程序段。
KEYSCAN：读键盘子程序，若你的按键数量不多的话，直接读 IO 口。按键数量多的话，就要用矩阵方式读键盘，这里不作赘述。
HASK：位变量，读键盘子程序中的位变量，当读键盘子程序 KEYSCAN 检测到有键闭合时置“1”，反之置“0”。
R2：键值变量，读键盘子程序 KEYSCAN 读出的键值。
KVALU：键值变量，R2 的键值送到这里，供此子程序下一次判断或主程序使用。
K20MS：20ms 计时器变量，当第一次检测到有键闭合时往里面送值 10。程序初始化中设定定时器中断为 2ms 时间间隔。进入定时器中断后，首先判断 K20MS 是否为 0？若为 0 则直接退出定时器中断；若不为 0 则将 K20MS 减 1 后再退出定时器中断。这样 K20MS 变量从 10 减到 0 时间为 20ms。键断开时也是一样地执行。
KAVA：位变量，告诉主程序：键闭合（断开）有效。
程序解释：
1. 程序初始化时 KSTEP 的值为 0，所以一进入本子程序，程序马上就跳到标号 KSC0 处，在此处调用读键盘子程序 KEYSCAN。
1.1 从 KEYSCAN 出来后，若位变量 HASK 的值为 0，说明没有键闭合，程序直接跳到标号 RET 处退出。
1.2 若位变量 HASK 的值为 1，就是有键闭合，此时将数值 1 送入步进指示变量 KSTEP 中，便于下次进入本子程序时，程序直接跳到标号 KSC1 处。再将从 KEYSCAN 子程序读出来的键值送入变量 KVALU 中，用于下次再调用读键盘子程序 KEYSCAN 时与 R2 读出的键值进行比较。
最后将数值 10 送入 20ms 计时器变量 K20MS 中，用于 2ms 定时器中断后减 1，然后退出子程序。
2. 当主程序再次调用本子程序时，程序马上就跳到标号 KSC1 处。
2.1 在此处首先判别 20ms 计时器变量 K20MS 是否减到 0（也就是判别 20ms 延时到了没有？），若 K20MS 不为 0（20ms 延时还没有到），则立即退出。
2.2 若 K20MS 为 0（说明 20ms 延时时间到了），再次调用读键盘子程序 KEYSCAN。调用 KEYSCAN 子程序后，再次判别位变量 HASK 是否有效？
2.2.1 若 HASK 无效，说明上次（KSC0 处）可能是受到一次干扰。于是复位 KSTEP（清 0），退出。使下次调用本程序时，又从头开始。
2.2.2 若 HASK 有效，则将这次从 KEYSCAN 读出的键值与上次读出并存在 KVALU 中的键值进行比较。
2.2.2.1 若比较值不同，则程序跳到标号 KE1 处，将新的键值存入 KAVALU 中，20ms 后再调用 KEYSCAN 子程序，再次比较。
2.2.2.2 若比较值相同，则说明本次键闭合有效，于是置位 KAVA（当主程序是键按下执行时），告诉主程序，键闭合有效，可以执行此键所要做的程序了。同时将数值 2 送入步进指示变量 KSTEP 中，便于下次进入本子程序时，程序直接跳到标号 KSC2 处。最后将数值 10 送入 20ms 计时器变量 K20MS 中，在下次进入 KSC2 标号处，也得等 20ms 之后再判别键是否断开。
3. 现在主程序调用本子程序时，程序马上就跳到标号 KSC2 处，在此也一样，首先判别 20ms 计时器变量 K20MS 是否减到 0（也就是判别 20ms 延时到了没有？），若 K20MS 不为 0（20ms 延时还没有到），则立即退出。若 K20MS 为 0，调用读键盘子程序 KEYSCAN。
调用 KEYSCAN 子程序后，判别位变量 HASK 是否有效？
3.1 若 HASK 无效，说明按键可能被释放断开，于是将数值 3 送入步进指示变量 KSTEP 中，便于下次进入本子程序时程序可以直接跳到标号 KSC3 处。最后将数值 10 送入 20ms 计时器变量 K20MS 中，在下次进入 KSC3 标号处，也得等 20ms 之后再判别键是否继续断开状态。
3.2 若 HASK 有效，说明按键继续闭合状态，再比较 KEYSCAN 读出的键值与上次读出在 KVALU 中的键值进行比较。
3.2.1 若比较值不同，则程序跳到标号 KE0 处，重新开始。
3.2.1 若比较值相同，则说明按键还没有断开，继续将数值 10 送入 20ms 计时器变量 K20MS 中，等 20ms 之后再进入标号 KSC2 处，再次判别按键是否断开。
4. 当主程序调用本子程序时，程序程序马上跳到标号 KSC3 处，还是首先判别 20ms 计时器变量 K20MS 是否减到 0，若 K20MS 不为 0（20ms 延时还没有到），则立即退出。若 K20MS 为 0，调用读键盘子程序 KEYSCAN。
调用 KEYSCAN 子程序后，判别位变量 HASK 是否有效？
4.1 若 HASK 无效，说明按键已经完全释放断开，于是将数值 0 送入步进指示变量 KSTEP 中，便于下次进入本子程序时，程序从头开始，同时置位 KAVA（当主程序是键释放执行时），告诉主程序，键释放有效，可以执行此键所要做的程序了。
4.2 如果位变量 HASK 继续有效，说明又有键闭合了（虽然这种概率比较小，但程序得编进去），根据新键值与老键值的相同与不同，分别跳到标号 KE3 处，或者标号 KE0 处执行。
说明：KE3 标号和 KE7 标号下面都有 SETBKAVA，实际编程时只用一次，根据你的主程序是在键按下执行还是键释放执行选用。
本程序的特点就是：在等键闭合或断开去抖的那 20ms 时间，不是死等，而是做好标记及置好必要的变量值后立即退出到主程序去做其他事情。程序每次从进入到退出这个子程序中所花的时间一般为十几微秒（不含读键盘子程序 KEYSCAN 所花的时间，KEYSCAN 花的时间根据按键数量的多少而不同，一般为几个微秒到几十微秒）。
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