键盘工作原理及接口技术

1.按键的特点

键盘是一组按键开关的集合，组成键盘的按键有触点式和非触点式两种。常用的键盘一般采用由机械触点构成的键盘开关，利用机械触点的接通与断开将电压信号输入到单片机的I/O端口。机械键盘在按键接触过程中通常会产生抖动，按键抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般在5～10ms，如图13-1所示。图中t₁为按键抖动时间；t₂为按键稳定接通时间，时间长短由按键操作人确定；t₃为按键松键期；t₄为按键断开期。

图13-1 键盘与按键开关信号电压波形

a）按键开关 b）按键开关信号电压波形

2.按键的识别

在图13-1中，当按键开关K₁没有按下时，K₁键的两个触点是断开的，这时P1.0输入为高电平；当K₁键被按下时，K₁键的两个触点是接通的，P1.0输入为低电平。通过对连接按键的I/O端口的电平检测，就能识别出K₁键是否被按下。

3.按键抖动的消除方法

由于按键是机械触点，当机械触点闭合和断开时，会有抖动，这种抖动对操作人来说是感觉不到的，但对计算机来说，则是完全可以感应到的。为了准确地判断每次有效按键，对每次按键只做一次响应，就必须考虑消除抖动。(www.xing528.com)

常用的去抖动的方法有两种，即硬件去抖和软件去抖。

硬件去抖采用双稳态去抖和滤波电路去抖。双稳态去抖法使用两个与非门构成RS触发器电路实现按键去抖；滤波电路去抖法采用RC积分电路滤除干扰脉冲达到按键去抖的目的。硬件去抖电路如图13-2所示。

图13-2 硬件去抖电路

a）双稳态去抖 b）滤波电路去抖

单片机常用软件去抖法，即在第一次检测到有键按下时，不是立刻认定键的有效性，而是延时5～10ms或更长时间后再检测一次该键，如果该键仍有效（假如该键与P1.0连接，则P1.0=0），才确认为有效按键。这样就可以避开按键按下时的抖动时间，以免发生误判断。在第一次检测到按键释放后（P1.0=1）应再延时5～10ms，以消除后沿的抖动，然后再对键值处理。

不过，如果不对按键释放的后沿进行处理，通常也能满足要求。当然，实际应用中对按键的要求也千差万别，要根据不同的需要编写处理程序。以上是软件消除键抖动的原则，对矩阵键盘的识别去抖也同样如此。