51单片机之独立按键

按键介绍

  按键种类繁多，功能有简有繁，极大的充斥着我们的生活。但是无论如何，所有的按键其实都有一个原型，来源于同一种原理，所有的按键无论多复杂，多华丽，都是从这样一个原型发展而成的。好比你就算长的再帅，你也是只猩猩变来的，呵呵。我们平日所见到的绝大部分的按键，其实都可以归类为一种，叫“接触式按键”。下图为一个典型的接触式按键（又称轻触开关）。

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    需要特别说明的是，这里说的“接触”，是指机械层面上的接触，而不是感光或者某些特殊涂层（比如触摸屏）一类的接触。所以，按键的工作特性其实是一种机械特性，下文会详细说明。 

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       如上图，请对照图一想象，1、2、3、4 分别对应按键的四个引脚，其中蓝色的线表示按键未被按下之时的状态，我成为初始状态，它是不导通的；而绿色的线是却永久导通的。各位明白了么，其实是两个相同的结构连在一起了。我们只要将需要按键开关作用的线路分别接在1、3 和2、4 的任意取一组合，概括起来就是（1，2）、（1，4）、（3，2）、（3，4）四种组合，都可以起到我们预期的开关作用。

    相信以上说明使大家对按键的工作原理有了个比较清晰的认识了，现在来说说一个小知识。先看下图（图4）：

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          首先说明的是，上图的连法是不允许的，因为当按键按下之后，电源和地短接，会将导线直接烧毁。但是此处用作特例，假设导线不会烧毁。现在来提出一个问题，当按键按下以后，请问如果这时用万用表测量导线上任何一处的电压，得到的结果是VCC 还是GND 的电压？

        答案是：GND，即表示测出的电压为0V。为什么呢，因为导线上，对于两端的电平是一种类似于程序语言逻辑运算里面的“与”，即对于导线两端：有零即为零，只有全为一是才为一。理解了这点，按键的工作前提就有了。

       键盘分为编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专用的硬件编码器实现，并产生键编码号或键值的称为编码键盘，如计算机键盘。而靠软件编程来识别的键盘称为非编码键盘，在单片机组成的各种系统中，用的较多的是非编码键盘。非编码键盘又分为独立键盘和行列式键盘（常说的矩阵键盘）。在这一讲中我们介绍一下单片机中键盘使用。

    单片机的IO口既可作为输出也可作为输入使用，当检测按键时用的是它的输入功能，我们把按键的一端接地，另一端与单片机的某个I/O口相连，开始时先给该IO口赋一高电平，然后让单片机不断地检测该I/O口是杏变为低电平，当按键闭合时，即相当于该I/O口通过按键与地相连，变成低电平，程序一旦检测到I/O口变为低电平则说明按键被按下，然后执行相应的指令。

     我们先来说一下，按键常常遇到的问题—抖动问题。

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          还以图4为例，按键未按下之前，图4按键左端的导线因为连在VCC 上而显示高电平，右端显示低电平，按键按下后，按键闭合，整个导线都显示低电平，然后按键松开，又回到按键按下之前的电平状态。如果只考察按键左端的电平变化，应该是上图中所显示的一个负脉冲波形。但是，实际上，正确的波形应该是下图。相比于上图，大家都看到了在高低电平直接有一段锯齿一样的波形，这就是所谓的按键抖动。

         为什么会有按键抖动呢，原因很简单，接触式按键是靠机械的接触来实现开关作用的。这种接触方式就注定了它要经历一个“接触不稳定——正在稳定中——彻底稳定”的一种过程。就好比你用手抓紧一颗石头，即使你一开始就很用力的握紧，也不可能马上就达到最紧的状态，也要经历一个从握住到最紧握的过程。那么在这个过程里，接触式按键就处于一种徘徊在“闭合”与“断开”两者之间的状态。体现在电路中，就是在一小段时间内有非常多的“按下——抬起”动作。而这段抖动的时间，大概是10~20 毫秒，依不同的环境条件而定。

      解决这个问题常见的方法有软件去抖动和硬件去抖动。

      我们解释一下抖动：关于按键去抖动的解释，我们在手动按键的时候，由于机械抖动或是其它一些非人为的因素很有可能会造成误识别，一般手动按下一次键然后接着释放，按键两片金属膜接触的时间大约为50ms 左右，在按下瞬间到稳定的时间为5-10ms,在松开的瞬间到稳定的时间也为5-10ms，如果我们再首次检测到键被按下后延时10ms 左右再去检测，这时如果是干扰信号将不会被检测到，如果确实是有键被按下，则可确认，以上为按键识别去抖动的原理。

    独立键盘 

    开发板独立按键电路图如下： 

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    独立按键一共8个，有对应的插槽可以连接在单片机的任意IO口。去抖动的方式，我们采用软件延时的方法。过程如下：

先设置IO口为高电平（一般上电默认就为高）

读取IO口电平确认是否有按键按下

如有IO电平为低电平后，延时几个ms

再读取该IO电平，如果任然为低电平，说明对应按键按下

执行相应按键的程序

   独立键盘程序示例：

#include "reg52.h"

typedef unsigned char u8;

typedef unsigned int u16;

sbit led = P0^0; //设置灯的控制IO口

sbit k1  = P1^0; //设置按键的控制IO口

void delay(u16 i) //延时函数

{

    while(i--);

}

void keyprocess()

{

if(k1 == 0) //判断按键是否按下

{

    delay(1000); //延时消抖

    if(k1 == 0)  //再次判断按键是否按下

    {

        led = 1; //如果按键按下，则灯亮

    }

    else

    {

        led = 0; //如果按键没有按下，则灯灭

    }

}

}

void main()

{

  led = 0; //初始灯灭

  while(1)

  {

  keyprocess(); //处理按键事件

  }

}