在單片機系統里，按鍵是常見的輸入設備。本文將介紹四種按鍵硬件設計上的方案和一些軟件設計方面的技巧。

四種按鍵硬件設計

方案一：單個按鍵

直接檢測GPIO口單個按鍵，如圖1所示。

圖1 方案一

方案二：矩陣鍵盤

在按鍵較多的情況下，則使用矩陣鍵盤，如圖2所示。

圖2 方案二

方案三：外部中斷

將按鍵接到外部中斷引腳上，利用按鍵按下產生的邊沿信號進行按鍵檢測，如圖3所示。

圖3 方案三

方案四：利用ADC

利用單片機的數字轉換器（ADC），設定按鍵按下前后經過ADC接口電壓的不同，根據電壓的差異來識別按鍵，如圖4所示。

圖4 方案四

優缺點分析

以上四種設計分別各有優點和不足。

第一種設計是最簡單、基礎的做法，對于單片機初學者很容易理解和使用，但缺點是需要在主循環中不斷檢測按鍵是否按下，并且需要做消抖處理。若主循環中某個函數任務占用時間較長，則按鍵會有不同程度的“失靈”。

第二種設計的優點是能夠在GPIO數量有限的情況下，擴展盡可能多的按鍵。但缺點同上，需要不停檢測按鍵是否按下。

第三種設計的效率Z高，不需要循環檢測按鍵是否按下，但缺點是需要單片機有足夠的外部中斷接口供使用。

第四種設計的優點是只需要單片機有一個ADC接口、一根線，就能對多個按鍵進行識別，缺點是按鍵內部一旦接觸不良，則可能導致按鍵串位，并且按鍵產生的抖動有可能會造成識別錯誤。

改進方法

在以上常見按鍵設計的基礎上，分享一下筆者學習和工作中總結的按鍵方案。

改進一：

在原方案一的基礎上，加上與門電路，使得任何一個按鍵按下都能產生中斷，然后在中斷里面識別是哪個按鍵被按下。這改動令電路不需要循環掃描，大大提高了效率。方案如圖5所示。只需要在每個按鍵對應地增加一個二極管，利用二極管的線與特性，就可以實現按下任何按鍵都能產生中斷信號，同時按鍵之間互不影響。二極管選用普通整流二極管即可，經過測試，可靠可行。

圖5 改進一

改進二：

在原有ADC按鍵的基礎上，也可以增加二極管的方式，實現按鍵中斷，并在中斷服務程序里進行AD轉換，從而識別按鍵。電路如圖6所示。

圖6 改進二

改進三：

按鍵時難免會造成抖動，因此必須按鍵消抖。消抖也可以通過硬件消抖和軟件消抖，這里分享一個十分簡單且有效的硬件消抖方法：給按鍵并聯一個104左右的電容，這樣軟件上基本不用處理即可消除抖動。

改進四：

在按鍵掃描檢測的方案下，如果主循環中有某個函數占用時間較長，按鍵或會發生長短不一的“失靈”。對此可以將按鍵掃描放到定時器中斷里面，這樣就可周期性地檢測按鍵按下的情況，在不受主循環的影響下解析出按鍵的不同狀態。（按下、按住、彈起和未按下）

如果都設置了以上的改進，仍要注意以下兩點：

• 定時器的定時時間不可過長也不可過短。過長容易檢測不到按下，過短會占用大量時間資源。

• 中斷服務程序需簡單明了。只做檢測用，通過全局變量傳遞，在主循環內完成按鍵響應，盡量不要在中斷服務函數內占用太多時間。

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