在單片機(jī)（MCU）的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，按鍵作為人機(jī)交互的重要接口，其穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)系到系統(tǒng)的整體性能。然而，機(jī)械式按鍵在按下或釋放時(shí)，由于觸點(diǎn)的彈性作用，往往會(huì)產(chǎn)生一種稱(chēng)為“按鍵抖動(dòng)”的現(xiàn)象。這種抖動(dòng)現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致按鍵被誤讀多次，從而影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，在單片機(jī)中消除按鍵抖動(dòng)成為了一個(gè)必須解決的問(wèn)題。本文將探討幾種常見(jiàn)的消除按鍵抖動(dòng)的方法，并詳細(xì)分析其優(yōu)缺點(diǎn)。

一、按鍵抖動(dòng)的原因與影響

按鍵抖動(dòng)主要源于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用。當(dāng)按鍵被按下或釋放時(shí)，觸點(diǎn)不會(huì)立即穩(wěn)定接通或斷開(kāi)，而是會(huì)經(jīng)歷一段短暫的抖動(dòng)期。這段抖動(dòng)期的時(shí)間長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為5ms至10ms。在抖動(dòng)期間，單片機(jī)可能會(huì)多次檢測(cè)到按鍵的狀態(tài)變化，從而誤認(rèn)為進(jìn)行了多次操作。這種誤操作不僅會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定，還可能引發(fā)嚴(yán)重的故障。

二、消除按鍵抖動(dòng)的方法

針對(duì)按鍵抖動(dòng)問(wèn)題，可以采取多種方法進(jìn)行消除。以下是幾種常見(jiàn)的方法：

1. 延時(shí)消抖法

延時(shí)消抖法是最簡(jiǎn)單、最直觀的一種方法。其基本原理是在檢測(cè)到按鍵狀態(tài)變化后，通過(guò)延時(shí)一段時(shí)間（通常為10ms至20ms）來(lái)等待抖動(dòng)結(jié)束，然后再讀取按鍵的狀態(tài)。如果此時(shí)按鍵狀態(tài)仍然保持不變，則認(rèn)為按鍵被真正按下或釋放。

c

#include <reg52.h>

sbit S1 = P2^0; // 定義按鍵IO口

void delay(unsigned int ms) {

   unsigned int i, j;

   for (i = ms; i > 0; i--)

       for (j = 110; j > 0; j--); // 粗略延時(shí)，具體值需根據(jù)單片機(jī)時(shí)鐘頻率調(diào)整

}

void main() {

   while (1) {

       if (S1 == 0) { // 檢測(cè)按鍵按下

           delay(20); // 延時(shí)消抖

           if (S1 == 0) { // 再次檢測(cè)按鍵狀態(tài)

               // 執(zhí)行按鍵按下時(shí)的操作

               while (S1 == 0); // 等待按鍵釋放

               delay(20); // 延時(shí)消抖（釋放抖動(dòng)）

           }

       }

   }

}

延時(shí)消抖法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、使用方便，不占用其他資源。然而，其缺點(diǎn)也很明顯：降低了單片機(jī)的使用效率。在按鍵按下期間，單片機(jī)需要等待延時(shí)結(jié)束才能繼續(xù)執(zhí)行其他程序，這在一定程度上影響了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

2. 外圍元件消抖電路

外圍元件消抖電路通過(guò)添加電阻、電容等元件來(lái)過(guò)濾按鍵抖動(dòng)。當(dāng)按鍵被按下時(shí)，電容會(huì)充電并穩(wěn)定電壓，從而消除抖動(dòng)。這種方法不需要編寫(xiě)額外的程序，只需在硬件設(shè)計(jì)中進(jìn)行配置。

外圍元件消抖電路的優(yōu)點(diǎn)是外圍電路簡(jiǎn)單、不占用單片機(jī)資源。然而，其缺點(diǎn)是增加了開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本。需要焊接額外的元件，并且如果大量使用會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。

3. 定時(shí)器消抖法

定時(shí)器消抖法利用單片機(jī)的定時(shí)器中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)按鍵抖動(dòng)的消除。當(dāng)檢測(cè)到按鍵狀態(tài)變化時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器并等待其溢出。在定時(shí)器溢出中斷中再次檢測(cè)按鍵狀態(tài)，如果此時(shí)按鍵狀態(tài)仍然保持不變，則認(rèn)為按鍵被真正按下或釋放。

c

// 定時(shí)器初始化代碼（省略）

void main() {

   bit ss = 0; // 按鍵消抖標(biāo)志位

   // 定時(shí)器初始化代碼（省略）

   while (1) {

       if (S1 == 0) { // 檢測(cè)按鍵按下

           TR0 = 1; // 啟動(dòng)定時(shí)器

           // 等待定時(shí)器中斷（此處省略其他程序）

       }

       // 定時(shí)器中斷服務(wù)函數(shù)（省略）

       // 在中斷服務(wù)函數(shù)中，當(dāng)定時(shí)器溢出時(shí)設(shè)置ss=1，并關(guān)閉定時(shí)器

       // 如果ss=1且S1仍然為0，則執(zhí)行按鍵按下時(shí)的操作

   }

}

定時(shí)器消抖法的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)外圍電路、效率高，且消抖時(shí)其他程序可以正常運(yùn)行。然而，其缺點(diǎn)是占用一個(gè)定時(shí)器資源。如果系統(tǒng)中定時(shí)器資源緊張，這種方法可能不太適用。

三、結(jié)論

消除按鍵抖動(dòng)是單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問(wèn)題。本文介紹了三種常見(jiàn)的消除按鍵抖動(dòng)的方法：延時(shí)消抖法、外圍元件消抖電路和定時(shí)器消抖法。每種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，具體選擇哪種方法需要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需求進(jìn)行權(quán)衡。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求、硬件資源情況以及開(kāi)發(fā)成本等因素綜合考慮，選擇最適合的消除按鍵抖動(dòng)的方法。

總之，通過(guò)合理的硬件設(shè)計(jì)和軟件編程，可以有效地消除按鍵抖動(dòng)問(wèn)題，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。這對(duì)于提升用戶(hù)體驗(yàn)、保障系統(tǒng)正常運(yùn)行具有重要意義。