單片機按鍵設計的四個方案詳解

在單片機系統里，按鍵是常見的輸入設備，在本文江介紹幾種按鍵硬件、軟件設計方面的技巧。一般的在按鍵的設計上，一般有四種方案：

一是GPIO口直接檢測單個按鍵，如圖1.1所示;

二是按鍵較多則使用矩陣鍵盤，如圖1.2所示;

三是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1.3所示;

四是利用單片機的ADC，在不同的按鍵按下后，能夠使得ADC接口上的電壓不同，根據電壓的不同，則可以識別按鍵，如圖1.4所示。圖1.1方案一

圖1.2方案二

圖1.3方案三

圖1.4方案四

在以上四種設計上，各有優點和不足。

第一種是最簡單和最基礎的，對于單片機初學者很容易理解和使用，但是缺點是，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，優點是能夠在有限的GPIO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。

第三種方式是效率最高，不需要循環檢測按鍵是否按下，但是缺點是，需要單片機有足夠的外部中斷接口以供使用。

第四種的優點是，只需要單片機的一個ADC接口，一根線，就能對多個按鍵進行識別，缺點是按鍵一旦內部接觸不良，則可能按鍵串位，且按鍵產生的抖動，會造成一定的識別錯誤。

在以上的三種常見按鍵設計的基礎上，現在分享我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。因此不需要循環掃描，大大提高了效率。方案如圖1.5所示。只需要每個按鍵對應地增加一個二極管，利用二極管的線與特性，可以實現按下任何按鍵，都能產生中斷信號，但是按鍵之間互不影響。二極管選用普通整流二極管即可，本人親測可行。圖1.5 改進一

改進二：在原有的ADC按鍵的基礎上，也可用增加二極管的方式，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1.6所示。圖1.6 改進二

改進三：因為按鍵不可避免的有抖動，因此按鍵消抖可以通過硬件消痘和軟件消抖。現在分享一個十分簡單且有效的硬件消痘方法：給按鍵并聯一個104左右的電容。軟件上基本不用處理即可避免抖動。

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，則按鍵會發生或長或短的“失靈”，現分享我的一個解決方案。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情況，不受主循環的影響。并且，能解析出按鍵的不同狀態，即按下、按住、彈起、為按下這四種狀態，用以實現更豐富的功能。

但需注意兩點，一是定時器的定時時間，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。二是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，中斷服務函數內盡量不要占用太多時間。