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(gè)非常難的事情。對(duì)于一個(gè)嵌入式工程師來說，想要做好用戶體驗(yàn)，按鍵的響應(yīng)是非常的考驗(yàn)人的。這里涉及到按鍵的抖動(dòng)相關(guān)知識(shí)，關(guān)于如何去抖問題，將會(huì)在這篇文章中進(jìn)行深度分析。

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

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

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

02

硬件消抖

要解決抖動(dòng)問題，我們可以通過對(duì)硬件進(jìn)行一定的修改，設(shè)計(jì)一個(gè)RC積分電路進(jìn)行消抖。

由于RC積分電路有延時(shí)處理的問題，所以我們可以利用這個(gè)特性進(jìn)行抖動(dòng)消除。但是，這個(gè)方法在實(shí)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(shí)也過濾掉了前期可能會(huì)引起中斷的雜波，但是電路設(shè)計(jì)必須非常合理，同時(shí)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(jī)中，一般消抖處理可以通過這樣的方式進(jìn)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(shí)是按鍵按下時(shí)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(rèn)為該電平是按鍵按下的。

這種方式，有一個(gè)問題，就是對(duì)于實(shí)時(shí)性要求比較高的場合，顯然這就是一個(gè)問題了。中斷處理函數(shù)中，做了過多的事情，這顯然是一個(gè)不合理的設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)線程，去讀取按鍵的狀態(tài)，如果狀態(tài)一致，則認(rèn)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(huì)存在隨機(jī)的可能性，比如我們在移動(dòng)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(duì)于產(chǎn)品而已，我們不能抱有僥幸心理，要解決這個(gè)問題。

多點(diǎn)采樣方案消抖

于是，我們提出了多次取點(diǎn)采樣的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

我們知道，機(jī)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(gè)字節(jié)表示電平的狀態(tài)，每一位代表一個(gè)采樣點(diǎn)，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(gè)采樣的信號(hào)用一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)表示。

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

下面是一個(gè)誤觸造成的抖動(dòng)過程的抽象模型

當(dāng)進(jìn)行采樣的時(shí)候，黑色表示讀到的是觸發(fā)時(shí)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(shí)候，則我們認(rèn)為這次的采樣是無效的。同理我們來看一下正常按下時(shí)的操作。

也是一個(gè)同理的過程，當(dāng)我們讀到0xFF是，則認(rèn)為電平穩(wěn)定有效，此時(shí)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(shí)時(shí)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(shí)

}

}

return keysta; //返回采樣值

}

上述就是一個(gè)完整的濾波采樣過程。

這種方式是在rt-thread系統(tǒng)上設(shè)計(jì)的，其好處是在檢測按鍵的時(shí)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?yàn)槿绻侨藶椴僮鳎@個(gè)過程是200ms左右。

04總結(jié)

本文詳細(xì)描述了一個(gè)機(jī)械按鍵如何去處理按鍵抖動(dòng)的問題，在以后設(shè)計(jì)程序的時(shí)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(yàn)。嵌入式工程師不僅僅是去解決一個(gè)又一個(gè)技術(shù)上的難題，也要有產(chǎn)品意識(shí)以及從用戶角度去思考問題，這樣做出的東西體驗(yàn)才會(huì)更好。