单片机系统中按键功能的发掘

王士莹 张学

摘要： 提出了一种连续状态法的按键检测滤波方法，可以准确稳定地读取按键状态。对按键的“按下”、 “弹起”等基本状态进行分析，结合时间长短和动作次数，提出了“短按”、“长按”、“双击”等功能及其判定流程。实现了对按键的功能的扩展，由单功能按键扩展为多功能按键，充分发挥了按键的潜能。通过实例，对按键功能的实际应用进行了讨论。

【关键词】按键检测 软件滤波 功能扩展

按键是机器与人交互（HMI）所必不可少的器件，在单片机系统中有着广泛的应用。按键在实际使用中存在着功能单一，不能正确使用或充分使用的问题。本文对此进行研究并深入发掘，力求使按键最大化地发挥其功能。

1 软件滤波

机械按键在状态切换时通常会有状态不稳定的一个阶段，在这个阶段产生的毛刺夹杂着高低电平，如果单片机直接读取，很大概率会出现误读。因此除了硬件上要有相应的滤波措施外，还要在程序中加入滤波功能，把不稳定的状态滤掉，以读取按键的稳定真实状态。本文介绍一种连续状态法来读取按键状态。基本思路为：读取按键状态并与前一次读取的状态进行比较，若一致则记下读取次数并延时后进行下一次的读取；若不一致，则把读取次数清零重新读取；重复上述过程，直到读取次数达到10次。也就是说，只有读到的按键状态连续10次都一致，才认为该状态是正确稳定的按键状态；若中间有一次不一致，则重新读取，直到出现连续10次一致。流程图如图1所示。

2 按键功能

2.1 基本功能

按键的基本功能状态有四個，分别是：无动作、按下、弹起、一直按下。定义一直按下的状态是“1”，无动作的状态是“O”，则按下是从0到1上升沿，弹起是从1到O的下降沿。

对四个基本功能的定义流程如表1。

按键的“单击”包括“按下”和“弹起”，是最常用的功能。使用“按下”触发单片机的某个功能时，单片机检测到按键按下即运行对应功能，弹起按键时该功能已经在运行了；使用“弹起”时，要等到按键弹开后再运行对应功能。因此，使用“按下”比“弹起”反应更快，操作更流畅。

2.2 “短按”和“长按”功能

在一直按下的状态，根据按下的时间长短，可以定义“短按”和“长按”，可以把一直按下的时间在1秒到2秒以内的动作定义为“短按”，把3秒以上的动作定义为“长按”。判断流程如图2。

2.3 “双击”功能

还可以根据两次按下的时间间隔的长短定义“双击”功能。根据功能需要和操作习惯，一般把间隔在0.5秒以内的连续两次按下定义为“双击”。如图3。

经过以上处理，按键的功能由单一的“按下”，扩展出了“短按”、“长按”、“双击”。给每个动作赋予处理函数，则可以实现多个功能，该按键也可称为多功能按键。

3 应用实例

LCD是单片机系统中的常用显示器件。若显示的信息量大，一屏不够，则需要多屏显示，在各显示界面之间用按键切换。另外，处于节省成本的考虑，多个单片机系统共用一个显示器，需要查看参数时把LCD显示器装上，用完拆下随身带走。由于LCD显示器需要初始化才能工作，因此安装上后需要用按键通知单片机对LCD进行初始化操作。基于以上分析，使用多功能按键的“按下”功能进行切换显示页面的操作，用“双击”功能对LCD屏幕进行初始化操作。

在位置跟踪系统中，常用到“校准”操作。校准分为对当前位置的校准和对定位开关的校准。由于校准会改变位置角度的数值，故该操作需要慎重使用。因此，可以用多功能按键的“短按”和“长按”，进行该操作。用“短按”进行当前位置的校准，用“长按”进行定位开关的校准。

4 结论

本文探讨了按键在单片机系统中的功能，尤其是发掘了几个非常实用的扩展功能。通过按键功能扩展，可以用一个按键完成两个甚至多个功能。具有操作方便、节省成本的优点。本文所举的案例已经应用于实际产品和工程中，取得了很好的效果。

参考文献

[1]曾旖，庹先国，李向阳.按键开关的抖动与消除方法[J].电子制作，2005，05，46- 47.

[2]陈晓丽.按键的多种状态检测及消抖处理方法[J].家电科技，2013，04，68-70.

[3]刘天时，刘赏，付春，一种单片机键盘电路设计与消抖处理[J].计算机与网络，2010，10，66-68.

[4]符潇天，黄明，彭召敏等.基于定时中断的实时按键任务处理设计[J]，工业技术创新，2018，02：24-28.

[5]吴允强，吴由松，基于状态机的单片机按键短按长按功能的实现[J].电子技术与软件工程，2017，24，254.