說明

我們在嵌入式開發(fā)過程中，按鍵是必不可少的東西。但是如何使用好按鍵，這也是一個非常難的事情。對于一個嵌入式工程師來說，想要做好用戶體驗，按鍵的響應(yīng)是非常的考驗人的。這里涉及到按鍵的抖動相關(guān)知識，關(guān)于如何去抖問題，將會在這篇文章中進行深度分析。

一般的機械式按鍵的構(gòu)造是兩個金屬片和一個復(fù)位彈簧，按鍵按下時，兩個金屬片便被壓在了一起。

如圖所示，當(dāng)按鍵向下按的時候，由于接觸的面積和時間問題，并不是立即就會形成一個穩(wěn)定的信號，大概的波形如下圖所示：

隨著抖動，那么我們可能會產(chǎn)生多個按鍵中斷，那么我們該如何去處理這個問題呢？

02

硬件消抖

要解決抖動問題，我們可以通過對硬件進行一定的修改，設(shè)計一個RC積分電路進行消抖。

由于RC積分電路有延時處理的問題，所以我們可以利用這個特性進行抖動消除。但是，這個方法在實際產(chǎn)品中真的穩(wěn)定嗎？從原理上來說，我們通過調(diào)節(jié)RC電路延遲，電阻越大，延遲越大。同時也過濾掉了前期可能會引起中斷的雜波，但是電路設(shè)計必須非常合理，同時也需要軟件的配合。所以硬件消抖只能從一定程度上解決問題，并不能根本上解決問題。

03

軟件去抖

中斷消抖

單片機中，一般消抖處理可以通過這樣的方式進行，第一次產(chǎn)生中斷后，然后在中斷函數(shù)中去讀取按鍵的電平，如果判決確實是按鍵按下時的電平，然后再過10ms再讀一次電平。如果兩次讀到的值都是一樣的，那么認為該電平是按鍵按下的。

這種方式，有一個問題，就是對于實時性要求比較高的場合，顯然這就是一個問題了。中斷處理函數(shù)中，做了過多的事情，這顯然是一個不合理的設(shè)計方案。

設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志消抖

在上面的設(shè)想中，如果用到了rtos，那么我們可以在中斷中讀引腳電平，并且設(shè)置一個狀態(tài)標(biāo)志位，將線程資源釋放給其他資源，等10ms后再次切換到這個線程，去讀取按鍵的狀態(tài)，如果狀態(tài)一致，則認為按鍵按下，這顯然是比第一種直接在中斷中去讀狀態(tài)好了許多。

但是，也會存在隨機的可能性，比如我們在移動設(shè)備的過程中，并不是人為操作的按鍵，但是恰好兩次10ms都讀到了觸發(fā)中斷的電平，這是極有可能的，雖然可能性比較小，但是對于產(chǎn)品而已，我們不能抱有僥幸心理，要解決這個問題。

多點采樣方案消抖

于是，我們提出了多次取點采樣的方案進行設(shè)計。

我們知道，機械按鍵觸發(fā)了中斷，無論是否人為操作，我們都需要去讀取電平狀態(tài)，我們用一個字節(jié)表示電平的狀態(tài)，每一位代表一個采樣點，則我們可以抽象出如下的模型：

如果我們每10ms采樣一次，將這個采樣的信號用一個字節(jié)的數(shù)據(jù)表示。

那么我們每次采樣都往這個字節(jié)的最低位補充，直到這個數(shù)據(jù)變成全0或者全1為止。

下面是一個誤觸造成的抖動過程的抽象模型

當(dāng)進行采樣的時候，黑色表示讀到的是觸發(fā)時的電平，白色表示未觸發(fā)是的電平，當(dāng)我們讀到連續(xù)的都是白色的時候，則我們認為這次的采樣是無效的。同理我們來看一下正常按下時的操作。

也是一個同理的過程，當(dāng)我們讀到0xFF是，則認為電平穩(wěn)定有效，此時表按下狀態(tài)。

從程序上表示如下：

//key_ptr 按鍵GPIO的引腳指針

//step_time采樣間隔

//timeout 超時時間

KeyStatus key_val_get（volatile unsigned long *key_ptr， tu32 step_time， tu32 timeout）

{

static tu8 keybuf = 0xff;

KeyStatus keysta = key_Unstable;

rt_tick_t start_time = rt_tick_get，cost_time;

while（1）

{

cost_time = rt_tick_get - start_time;

if（cost_time 《 timeout）

{

rt_thread_delay（step_time）;

keybuf = （（ keybuf 《《 1 ） | （*key_ptr）） ;//每次讀取按鍵值

if （ 0x00 == keybuf ）

{

keysta = key_Low;

break;

}

else if （ 0xff == keybuf）

{

keysta = key_High;

break;

}

else

{

//電平不穩(wěn)定，繼續(xù)采樣

}

}

else

{

break; //采樣超時

}

}

return keysta; //返回采樣值

}

上述就是一個完整的濾波采樣過程。

這種方式是在rt-thread系統(tǒng)上設(shè)計的，其好處是在檢測按鍵的時候，我們并沒有空等，而是采樣rt_thread_delay將資源讓出去，多次采樣之后，判決是按鍵按下還是松開。因為如果是人為操作，往往這個過程是200ms左右。

04總結(jié)

本文詳細描述了一個機械按鍵如何去處理按鍵抖動的問題，在以后設(shè)計程序的時候，也需要充分的考慮產(chǎn)品的穩(wěn)定性與合理性，一定需要提高用戶體驗。嵌入式工程師不僅僅是去解決一個又一個技術(shù)上的難題，也要有產(chǎn)品意識以及從用戶角度去思考問題，這樣做出的東西體驗才會更好。