单片机按键设计的四个方案详解

在单片机系统里，按键是常见的输入设备，在本文江介绍几种按键硬件、软件设计方面的技巧。一般的在按键的设计上，一般有四种方案：一是GPIO口直接检测单个按键，如图1.1所示；二是按键较多则使用矩阵键盘，如图1.2所示；三是将按键接到外部中断引脚上，利用按键按下产生的边沿信号进行按键检测，如图1.3所示；四是利用单片机的ADC，在不同的按键按下后，能够使得ADC接口上的电压不同，根据电压的不同，则可以识别按键，如图1.4所示。

图1.1方案一

图1.2方案二

图1.3方案三

图1.4方案四

在以上四种设计上，各有优点和不足。第一种是最简单和最基础的，对于单片机初学者很容易理解和使用，但是缺点是，需要在主循环中不断检测按键是否按下，并且需要做消抖处理。若主循环中某个函数任务占用时间较长，则按键会有不同程度的“失灵”。第二种，优点是能够在有限的GPIO情况下，扩展尽可能多的按键。但缺点同上，需要不停检测按键是否按下。第三种方式是效率最高，不需要循环检测按键是否按下，但是缺点是，需要单片机有足够的外部中断接口以供使用；第四种的优点是，只需要单片机的一个ADC接口，一根线，就能对多个按键进行识别，缺点是按键一旦内部接触不良，则可能按键串位，且按键产生的抖动，会造成一定的识别错误。

在以上的三种常见按键设计的基础上，现在分享我学习和工作中总结的按键方案。

改进一：在原方案一的基础上，加上与门电路，使得任何一个按键按下，都能产生中断，然后在中断里面识别是哪个按键被按下。因此不需要循环扫描，大大提高了效率。方案如图1.5所示。只需要每个按键对应地增加一个二极管，利用二极管的线与特性，可以实现按下任何按键，都能产生中断信号，但是按键之间互不影响。二极管选用普通整流二极管即可，本人亲测可行。

图1.5 改进一

图1.6 改进二

改进二：在原有的ADC按键的基础上，也可用增加二极管的方式，实现按键中断，并在中断服务程序里进行AD转换，从而识别按键。电路如图1.6所示。

改进三：因为按键不可避免的有抖动，因此按键消抖可以通过硬件消痘和软件消抖。现在分享一个十分简单且有效的硬件消痘方法：给按键并联一个104左右的电容。软件上基本不用处理即可避免抖动。

改进四：在按键扫描检测的方案下，如果主循环中有某个函数占用时间较长，则按键会发生或长或短的“失灵”，现分享我的一个解决方案。将按键扫描放到定时器中断里面，这样就可周期性地检测按键按下情况，不受主循环的影响。并且，能解析出按键的不同状态，即按下、按住、弹起、为按下这四种状态，用以实现更丰富的功能。但需注意两点，一是定时器的定时时间，不可过长也不可过短，过长容易检测不到按下，过短会占用大量时间资源。二是中断服务程序需简单明了，只做检测用，通过全局变量传递，在主循环内完成按键响应，中断服务函数内尽量不要占用太多时间。