單片機去鍵抖動程序的可移植性設計

龔松顯，王殷廷，張愛民

（總參通信訓練基地，宣化075100）

引 言

在單片機控制系統中，對按鍵操作進行去抖動處理，是整個系統設計中必須考慮的一個重要問題。目前常用的去鍵抖動設計方法與對應的硬件環境結合較為緊密，考慮到單片機硬件種類繁多，此實現方法可移植性差。文章通過使用定時器中斷，在軟件程序中實現了對按鍵抖動的處理，程序代碼可以在不同的單片機硬件環境中快速移植，縮短了項目開發的周期，增加項目的靈活性。

1 按鍵抖動的原理描述

單片機應用系統中的按鍵通常為機械彈性開關，由于機械觸點的彈性作用，其在實際的閉合及斷開瞬間，常常會產生如圖1所示的一連串電壓的抖動［1]。對按鍵處理的重要環節就是去抖動，即去除鍵按下和抬起瞬間的電壓抖動問題。如果對抖動不做任何處理，則會引起程序的誤操作，對整個系統產生較大的負面影響。

圖1 按鍵電壓抖動波形

對于常用的8051單片機，如果使用的是下降沿觸發中斷的工作方式，則在電壓低于0.7V時會產生一次觸發。在圖1中，如果A點的電壓高于0.7V，則在鍵按下的過程中會觸發單片機產生兩次中斷。在鍵釋放的階段，如果B點的電壓高于0.7V，而C點電壓低于0.7V，同樣會觸發單片機產生兩次中斷。按鍵抖動的時間長短與按鍵的機械特性、操作人員的按鍵動作和習慣有關，一般而言，認為抖動的時間大概為5～10ms。按鍵抖動會導致一次按鍵被誤判為多次，為了確保對按鍵動作的正確處理，必須去除按鍵抖動。

2 常用的去鍵抖動硬件和軟件消除方法

按鍵抖動的硬件消除方法有很多，如R－S去抖、積分型去抖、翻轉式去抖等［2]，其設計原理在大量論文及書籍中均有介紹，這里不再贅述。硬件實現的方法只適合按鍵數目比較少、對項目要求比較高的情況。在實際的項目中，考慮到電路的復雜程度以及成本、體積等問題，常用的方法是軟件去抖動［3]，其思路是：在按鍵處理程序中首先執行一個延時函數產生5～10ms的延時，在前沿抖動消失后檢測按鍵的狀態，如果保持閉合狀態電平，則認為真正有按鍵被按下。當檢測到按鍵釋放后同樣進行延時處理，讓后沿抖動消失后才轉入該鍵的處理代碼。以外部中斷的按鍵為例，代碼的一種C語言實現如下［4－5]：

采用以上軟件去抖動的方法存在以下兩個問題：

①在代碼實現中，延時子函數空循環，消耗了單片機CPU的時間，造成資源的浪費，程序的效率不高。

②代碼的可移植性不高。按鍵抖動的時間取決于按鍵的機械特性，按鍵開關的抖動波形、抖動次數、抖動時間都是隨機的，不同的按鍵抖動時間不同；不同的操作者按鍵動作習慣也會導致抖動的時間不同。綜合考慮以上因素，如果單片機系統的硬件有變化，或者代碼有移植的需求，則在新的硬件環境中必須對延時子函數進行調試，找出適合該硬件系統的延時時間，而這將增加程序調試的時間成本，不利于在不同硬件系統中進行快速移植。

3 去鍵抖動程序的可移植性設計

結合系統設計時對正常按鍵頻率的考慮，比如最快0.5s按鍵一次，可以在程序中使用定時器來控制按鍵抖動。具體的思路是：在軟件中定義一個全局變量，設定其初始值為0。當按鍵中斷處理程序被調用時，首先讀取該全局變量的值。如果變量值為0，即此時是第一次檢測按鍵抖動，將該變量置為1，同時啟動定時器并進行按鍵事件的處理；如果由于按鍵抖動導致按鍵中斷處理程序被重復調用時，在該全局變量的值為1的情況下就跳過按鍵事件處理代碼。另一方面，在定時器的中斷處理程序中，經過設定的時間后將該全局變量重置為0，保證程序對下一次按鍵的正確處理。程序的流程圖如圖2所示。

圖2 程序流程圖

采取以上處理方法，雖然按鍵抖動會導致中斷處理程序被反復調用，但在定時器設定的時間內，中斷程序實質上只處理第一次按鍵事件，避免了對按鍵事件的重復處理以及使用延時子函數造成的空循環，提高了CPU的執行效率。當工程的硬件環境有變動時，根據項目對按鍵使用的要求，開發人員只需根據具體情況更改定時器的預設值即可，程序的其他部分保持不變，這樣就提高了程序的可移植性。程序框架的一種C語言實現如下：

結 語

筆者在工程項目中驗證了該設計方法實際可行，具有較好的靈活性和可移植性，對于類似的單片機去抖程序的開發具有一定的借鑒意義。

［1] 曾旖，奚大順，李向陽.按鍵開關的抖動與消除方法［J] .電子世界，2005（9）：55－56.

［2] 方龍，肖獻保，李威.關于消除按鍵機械抖動的研究［J] .廣西輕工業計算機與技術，2008，1（1）：92－105.

［3] 肖廣安.一種軟件去除鍵抖動的方法［J] .單片機與嵌入式系統應用，2001（7）：63－65.

［4] 王為青，程國鋼.單片機Keil C51應用開發技術［M] .北京：人民郵電出版社，2007.

［5] 劉文濤.MCS－51單片機培訓教程［M] .北京：電子工業出版社，2005.