盛建环境为其国产半导体工艺配套设备及关键零部件项目奠基
06-06
简介 在单片机领域，键盘输入是最常用的人机交互方式。
通常实用的键盘接口方式有：直接输入、矩阵结构、A/D模式、键盘与显示复用、并行扩展、串口扩展、专用键盘与显示控制设备等。
然而，这些解决方案很多都需要占用许多有限的空间。
微控制器的 I/O 端口。
本文提出一种基于ADC的高性价比键盘输入设计方法。
1 ADC按钮原理 ADC按钮原理图如图1所示，串联多个电阻进行分压。
不同的按钮进行不同电压的A/D转换。
根据 ADC 结果，MCU 可以识别按下的按钮。
例如，按下 key1 时，ADC 得到的电压值为： 理论上，只要相邻两个按键按下时的电压差在 ADC 能够区分的最小电压范围内，那么 MCU可以识别按下的是哪个键。
一个n位ADC可以识别2n个不同的电压值，即可以识别2n个按钮。
例如，8位ADC理论上可以串联一个电阻来识别按钮。
但在实际应用中，必须考虑很多外部因素，如电阻本身的误差、ADC误差、软件计算误差等，因此，实际能够识别的按钮数量往往小于理论值。
2 硬件设计 实际硬件电路如图2所示。
为了提高按键响应速度，减轻CPU扫描按键的负担，增加了比较器。
当按键按下时，比较器输出信号触发中断，在中断中第一次获取按键值。
这样不仅避免了将关键程序放在主程序中查询过多的循环而占用CPU资源，而且还提高了CPU的利用率。
当然，为了节省硬件成本，比较器也可以省略。
分压电阻越大，越省电。
但在实际应用中，需要考虑ADC的输入阻抗，且不能太大。
这是 10 kΩ 的经验值。
此外，电压比较器还必须考虑运算放大器的特性。
为了保证第一个按键按下时运放同相端电压低于4V，电阻R1的阻值必须较大，后续电阻可以相同。
价值。
为了减少按键的抖动，电路中串接了电容器C1。
当没有按键按下时，ADC相当于悬空，需要接上拉电阻。
这里R21取kΩ。
3 软件设计 软件设计是ADC按钮的处理核心。
一旦检测到的A/D值不准确，按钮就会得到错误的键值，造成误操作。
当按键数量较多时，这种现象会更加突出。
ADC按钮实际上是一个数据采集过程。
软件需要完成数据采集、数据处理、按钮分析三个步骤。
首先，您需要对按钮有一个了解。
它是一个机械开关。
按钮按下和弹起的过程中很难做到理想的导通和断开。
通常会有一个抖动的过程，需要一段时间才能真正关闭。
并断开连接。
在此设计中，使用带有自己的8通道10位ADC的MCUSTC90C52AD。
驾驶起来相对简单。
只需要配置几个寄存器就可以进行A/D转换，而且转换速度非常快。
ADC代码如下： 按键时，触发进入外部中断。
第一次延迟 20 毫秒。
如果存在抖动，抖动将被有效滤除。
读取第一个 ADC 值，延迟 20 ms（有效按键持续时间大于 80 ms），然后读取第二个 ADC 值。
只有两次时间之差在一定的小范围内，按键才会有效，否则就会出现抖动。
这些时间参数是根据实际测试得出的结果。
经过这样的软件处理，机械抖动被有效滤除。
程序代码如下： 平均后的ADC值不固定，会围绕某个中心点波动。
例如，重复按同一个按键，一个字节对应的数据是BF CO，如果数据波动到一定程度，有时会出现FF 00，说明按键有明显的抖动。
通过软件处理，如果ADC读取的两个值相差较大，则判定按键无效。
实际完整的键盘方案需要多次按键，记录ADC的平均值，建立数组keynum_tab[]，然后给出上下波动范围n。
通过比较判断ADC值，即可得到关键值。
本例共有20个按钮，程序代码如下： 结论 该按钮方案经过实际应用测试，性能可靠，运行稳定； CPU占用率低，实时性好；仅使用1个I/O口，节省了单片机的I/O口资源，并且可以根据实际需要增加或减少按钮数量，具有一定的实用价值。
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