按键消抖及原理（硬件和软件方法详解）

在设计单片机按键输入的时候，进行按键消抖是防止按键输入被CPU误读多次的必要手段。

一、按键抖动
     

按键接法

 

  抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5ms～10ms。这是一个很重要的时间参数，在很多场合都要用到。按键稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作决定的，一般为零点几秒至数秒。为确保CPU对键的一次闭合仅作一次处理，必须去除键抖动。在键闭合稳定时读取键的状态，并且必须判别到键释放稳定后再作处理。

二、按键消抖方法

1.硬件消抖：适用于按键较少时

（1）RS触发器

  图中两个“与非”门构成一个RS触发器。当按键未按下时，输出为0;当键按下时，输出为1。此时即使用按键的机械性能，使按键因弹性抖动而产生瞬时断开（抖动跳开B），只要按键不返回原始状态A，双稳态电路的状态不改变，输出保持为0，不会产生抖动的波形。也就是说，即使B点的电压波形是抖动的，但经双稳态电路之后，其输出为正规的矩形波。这一点通过分析RS触发器的工作过程很容易得到验证。

（2）电容器

   如图所示，由于电容两端电压不能突变，使得按键两端的电压平缓变化，直至电容充放电到达一定电压阈值时，单片机才读取到电平变化。

 

2.软件消抖：如果按键较多，常用软件方法消抖

（1）延时函数按键消抖

   检测出键闭合后执行一个延时程序，5ms～10ms（取决于机械特性）的延时，让前沿抖动消失后再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认为真正有键按下。当检测到按键释放后，也要给5ms～10ms的延时，待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。
优点：简单方便
缺点：程序在空跑浪费CPU资源、不够精准

例子：

if(PXin(x)==KEY_PRESS)
{
    delay_ms(10);
    if(PXin(x)==KEY_PRESS)
    {
        //按键处理
    }
}

注：如果按键是用中断方式实现的，那就更不能在中断服务函数里面使用延时函数，因为中断服务函数最基本的要求就是快进快出！

（2）定时器按键消抖

       原理：按键采用中断驱动方式，当按键按下以后触发按键中断，在按键中断中开启一个定时器，定时周期为 10ms，当定时时间到了以后就会触发定时器中断，最后在定时器中断处理函数中读取按键的值，如果按键值还是按下状态那就表示这是一次有效的按键。
如图所示：

       图中 t1 ~ t3 这一段时间就是按键抖动，是需要消除的。设置按键为下降沿触发（由按键的电路决定），因此会在 t1、t2 和 t3 这三个时刻会触发按键中断，每次进入中断处理函数都会重新开器定时器中断，所以会在 t1、t2 和 t3 这三个时刻开器定时器中断。但是 t1 ~ t2 和 t2 ~ t3 这两个时间段是小于我们设置的定时器中断周期(也就是消抖时间，比如 10ms)，所以虽然 t1 开启了定时器，但是定时器定时时间还没到 t2 时刻就重置了定时器，最终只有 t3 时刻开启的定时器能完整的完成整个定时周期并触发中断，我们就可以在定时器中断处理函数里面做按键处理了。
优点：节约CPU资源
缺点：消耗一个定时器

例子：

//初始化按键
void KEY_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_0; //PA0
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;  //上拉输入
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
} 

//初始化按键IO中断
void EXTIX_Init(void)
{ 
    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;    
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);     
    KEY_Init();
    
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA,GPIO_PinSource0);    //中断线0
    EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line0;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;    
    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;    //下降沿触发
    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);         

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;        
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x00;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x02;                
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;                                
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);       
}

//初始化定时器中断
void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); 
    
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;   //重装载值
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc;  //时钟预分频值
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; 
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); 
    
    TIM_ITConfig( TIM3, TIM_IT_Update ,ENABLE );  //使能定时器溢出中断
    
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn; 
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; 
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; 
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); 

    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);                               
}

//按键的中断处理函数
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0)!=RESET)
    {      
        TIM3_Int_Init(99,7199);//72M/(7199+1)=10Khz计数频率，(99+1)/10KHz=10ms定时时间 
    }
    EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);  
}

//定时器3中断处理函数
void TIM3_IRQHandler(void) 
{
    if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) 
    {        
        if(PAin(0)==0)      //按键仍然按下
        {    
            //进行按键处理
            LED0=!LED0;
            TIM_SetCounter(TIM3,0);     //清零定时器       
            TIM_Cmd(TIM3, DISABLE);  //失能定时器
        }
    TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);  
    } 
}

注：
1.消抖的定时时间由按键的机械特性决定，多调试。
2.中断处理函数处理完要清除相应中断标志。
3.进行按键处理后要清零和失能定时器，否则无按键按下时也在定时。