鍵盤抖動(dòng)的檢測(cè)及消除方法

李秋霞

【摘要】 通常的按鍵所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通，斷開時(shí)也不會(huì)一下子斷開，因而在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動(dòng)，引起一次按鍵被誤讀多次。為確保CPU對(duì)按鍵的一次閉合僅作一次處理，必須消除按鍵抖動(dòng)。本文對(duì)鍵盤抖動(dòng)的檢測(cè)及消除方法進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】 鍵盤抖動(dòng) 檢測(cè) 消除

鍵盤是計(jì)算機(jī)和工業(yè)控制等領(lǐng)域不可缺少的輸入設(shè)備，通過它可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話， 完成各種功能操作。通常的按鍵所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用， 一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通，斷開時(shí)也不會(huì)一下子斷開，因而在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動(dòng)，會(huì)引起一次按鍵被誤讀多次。為了確保CPU對(duì)按鍵的一次閉合僅作一次處理，必須消除按鍵抖動(dòng)。

一、鍵盤抖動(dòng)的檢測(cè)

按鍵的檢測(cè)與消抖是處理非編碼鍵盤必須考慮的一部分。在FPGA中鍵盤的檢測(cè)主要通過“脈沖邊緣檢測(cè)法”進(jìn)行。按鍵與單片機(jī)的連接方式為按鍵的一端與地相連，另一端直接與單片機(jī)的I/O口相連。此時(shí)我們?cè)诔绦蛑邢冉oI/O口賦值高電平，然后不斷的檢測(cè)I/O口電平的變化。當(dāng)按鍵沒有被按下時(shí)，此I/O口的電平一直為高；當(dāng)按鍵被按下時(shí)，由于按鍵的另一端直接與地相連，相當(dāng)于低電平，此時(shí)我們從I/O口讀出的即為高電平，程序一旦檢測(cè)到I/O口由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，說明按鍵被按下，此時(shí)馬上執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，這就是按鍵檢測(cè)的原理。

具體檢測(cè)方法如下：不停的讀取端口，假設(shè)讀取的序列為：按下表示為0，沒有按下就是1。將數(shù)據(jù)存入另一個(gè)寄存器。根據(jù)數(shù)電知識(shí)，存入數(shù)據(jù)會(huì)存在一個(gè)時(shí)鐘的移動(dòng)。這樣按鍵的檢測(cè)到的時(shí)間是一按下就會(huì)檢測(cè)到，而不是松開時(shí)。同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)松開過程的干擾。這樣就會(huì)看見這樣在按鍵以后存在一個(gè)脈沖，也就是1，那個(gè)1可以表示有按鍵被按下，而且是在按下的瞬間就能檢測(cè)到。這樣延時(shí)20ms左右再次用同樣的方法檢測(cè)確定那個(gè)鍵被按下。這樣也就實(shí)現(xiàn)了鍵盤的消抖和檢測(cè)，不會(huì)每次都檢測(cè)，只有有檢測(cè)到有按鍵按下的脈沖才會(huì)判斷哪個(gè)鍵被按下。新存入寄存器的數(shù)據(jù)是原寄存器上個(gè)時(shí)鐘的數(shù)值，即寄存器的基本原理。取反電路時(shí)組合電路，不會(huì)出現(xiàn)時(shí)延，取反的值與原寄存器值對(duì)齊。

二、鍵盤抖動(dòng)的消除

（1）硬件消抖。在鍵數(shù)較少時(shí)，可用硬件方法消除鍵抖動(dòng)。RS觸發(fā)器為常用的硬件去抖，兩個(gè)“與非”門構(gòu)成一個(gè)RS觸發(fā)器。當(dāng)按鍵未按下時(shí)，輸出為1；當(dāng)鍵按下時(shí)，輸出為 0。此時(shí)即使用按鍵的機(jī)械性能，使按鍵因彈性抖動(dòng)而產(chǎn)生瞬時(shí)斷開（抖動(dòng)跳開B），中要按鍵不返回原始狀態(tài)A，雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)不改變，輸出保持為 0，不會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)的波形。也就是說，即使 B點(diǎn)的電壓波形是抖動(dòng)的，但經(jīng)雙穩(wěn)態(tài)電路之后，其輸出為正規(guī)的矩形波。這一點(diǎn)通過分析RS 觸發(fā)器的工作過程很容易得到驗(yàn)證。此外，利用電容的放電延時(shí)，采用并聯(lián)電容法，也可以實(shí)現(xiàn)硬件消抖。

（2）軟件消抖。如果按鍵較多，常用軟件方法去抖。軟件消抖主要是采用延時(shí)多次讀取鍵盤接口數(shù)據(jù)，通過比較前后兩次讀取鍵盤端口的數(shù)據(jù)通過RC振蕩電路實(shí)現(xiàn)鍵盤消抖，適合對(duì)消除抖動(dòng)要求不高的場(chǎng)合。軟件消抖的實(shí)質(zhì)在于降低鍵盤輸入端口的采樣頻率，將高頻抖動(dòng)略去。實(shí)際應(yīng)用中通常采用延時(shí)跳過高頻抖動(dòng)區(qū)間，然后再檢測(cè)輸入做出相應(yīng)處理。即檢測(cè)出鍵閉合后執(zhí)行一個(gè)延時(shí)程序，產(chǎn)生5ms～10ms 的延時(shí)，讓前沿抖動(dòng)消失后再一次檢測(cè)鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合 狀態(tài)電平，則確認(rèn)為真正有鍵按下。當(dāng)檢測(cè)到按鍵釋放后，也要給5ms～10ms 的延時(shí)，待后沿抖動(dòng)消失后才能轉(zhuǎn)入該鍵的處理程序。一般來說，軟件消抖的方法是不斷檢測(cè)按鍵值，直到按鍵值穩(wěn)定。實(shí)現(xiàn)方法：假設(shè)未按鍵時(shí)輸入1，按鍵后輸入為0，抖動(dòng)時(shí)不定。可以做以下檢測(cè)：檢測(cè)到按鍵輸入為0之后，延時(shí)5ms～10ms，再次檢測(cè)，如果按鍵還為0，那么就認(rèn)為有按鍵輸入。延時(shí)的5ms～10ms恰好避開了抖動(dòng)期。為節(jié)省硬件，通常在單片機(jī)系統(tǒng)中，一般不采用硬件方法消除鍵的抖動(dòng)，而是用軟件消抖方法。 軟件消抖要占用系統(tǒng)資源，在系統(tǒng)資源充足的情況下使用軟件消抖更加簡(jiǎn)單。軟件延時(shí)消抖并不需要增加新的硬件，但采用這種方式來設(shè)計(jì)， 一般通過軟件指令或者定時(shí)器的方式來設(shè)定延時(shí)的時(shí)間， 采用通用處理器，由于運(yùn)行速度不一致，需要將軟件做相應(yīng)的 修改，比較麻煩。

此外，在鍵盤消抖實(shí)驗(yàn)中用到的方法，是建立2個(gè)寄存器，形成二級(jí)寄存器，在時(shí)鐘觸發(fā)中，首先把數(shù)據(jù)送入第一個(gè)寄存器中，然后在下一個(gè)時(shí)鐘上沿到來時(shí)，將第一個(gè)寄存器中的數(shù)據(jù)存入第二個(gè)寄存器，也就是說第二個(gè)寄存器中的數(shù)據(jù)始終比第一個(gè)寄存器晚一個(gè)周期，即晚一個(gè)數(shù)據(jù)，然后再將第一個(gè)寄存器中的數(shù)據(jù)取反與第二個(gè)寄存器的數(shù)據(jù)相與，產(chǎn)生的數(shù)存入一個(gè)新的寄存器里，這樣產(chǎn)生的結(jié)果是當(dāng)?shù)谝粋€(gè)寄存器中的數(shù)據(jù)由1變?yōu)?時(shí)，就會(huì)在新的寄存器里產(chǎn)生一個(gè)高電平，并維持一個(gè)周期。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]李運(yùn)兵；微控制器中按鍵處理技巧及應(yīng)用[J]；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用；2010年02期

[2]劉天時(shí)；劉賞；付春；一種單片機(jī)鍵盤電路設(shè)計(jì)與消抖處理[J]；計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)；2010年10期

[3]趙鵬飛；俞建定；基于嵌入式微控制器的一種新型GPIO擴(kuò)展鍵盤技術(shù)[J]；寧波大學(xué)學(xué)報(bào)（理工版）；2013年02期