键盘抖动的检测及消除方法

【摘要】 通常的按键所用开关为机械弹性开关，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，断开时也不会一下子断开，因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，引起一次按键被误读多次。为确保CPU对按键的一次闭合仅作一次处理，必须消除按键抖动。本文对键盘抖动的检测及消除方法进行了探讨。

【关键词】 键盘抖动 检测 消除

键盘是计算机和工业控制等领域不可缺少的输入设备，通过它可以实现人机对话， 完成各种功能操作。通常的按键所用开关为机械弹性开关，由于机械触点的弹性作用， 一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，断开时也不会一下子断开，因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，会引起一次按键被误读多次。为了确保CPU对按键的一次闭合仅作一次处理，必须消除按键抖动。

一、键盘抖动的检测

按键的检测与消抖是处理非编码键盘必须考虑的一部分。在FPGA中键盘的检测主要通过“脉冲边缘检测法”进行。按键与单片机的连接方式为按键的一端与地相连，另一端直接与单片机的I/O口相连。此时我们在程序中先给I/O口赋值高电平，然后不断的检测I/O口电平的变化。当按键没有被按下时，此I/O口的电平一直为高；当按键被按下时，由于按键的另一端直接与地相连，相当于低电平，此时我们从I/O口读出的即为高电平，程序一旦检测到I/O口由高电平变为低电平时，说明按键被按下，此时马上执行相应的动作，这就是按键检测的原理。

具体检测方法如下：不停的读取端口，假设读取的序列为：按下表示为0，没有按下就是1。将数据存入另一个寄存器。根据数电知识，存入数据会存在一个时钟的移动。这样按键的检测到的时间是一按下就会检测到，而不是松开时。同时不会出现松开过程的干扰。这样就会看见这样在按键以后存在一个脉冲，也就是1，那个1可以表示有按键被按下，而且是在按下的瞬间就能检测到。这样延时20ms左右再次用同样的方法检测确定那个键被按下。这样也就实现了键盘的消抖和检测，不会每次都检测，只有有检测到有按键按下的脉冲才会判断哪个键被按下。新存入寄存器的数据是原寄存器上个时钟的数值，即寄存器的基本原理。取反电路时组合电路，不会出现时延，取反的值与原寄存器值对齐。

二、键盘抖动的消除

（1）硬件消抖。在键数较少时，可用硬件方法消除键抖动。RS触发器为常用的硬件去抖，两个“与非”门构成一个RS触发器。当按键未按下时，输出为1；当键按下时，输出为 0。此时即使用按键的机械性能，使按键因弹性抖动而产生瞬时断开（抖动跳开B），中要按键不返回原始状态A，双稳态电路的状态不改变，输出保持为 0，不会产生抖动的波形。也就是说，即使 B点的电压波形是抖动的，但经双稳态电路之后，其输出为正规的矩形波。这一点通过分析RS 触发器的工作过程很容易得到验证。此外，利用电容的放电延时，采用并联电容法，也可以实现硬件消抖。

（2）软件消抖。如果按键较多，常用软件方法去抖。软件消抖主要是采用延时多次读取键盘接口数据，通过比较前后两次读取键盘端口的数据通过RC振荡电路实现键盘消抖，适合对消除抖动要求不高的场合。软件消抖的实质在于降低键盘输入端口的采样频率，将高频抖动略去。实际应用中通常采用延时跳过高频抖动区间，然后再检测输入做出相应处理。即检测出键闭合后执行一个延时程序，产生5ms～10ms 的延时，让前沿抖动消失后再一次检测键的状态，如果仍保持闭合 状态电平，则确认为真正有键按下。当检测到按键释放后，也要给5ms～10ms 的延时，待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。一般来说，软件消抖的方法是不断检测按键值，直到按键值稳定。实现方法：假设未按键时输入1，按键后输入为0，抖动时不定。可以做以下检测：检测到按键输入为0之后，延时5ms～10ms，再次检测，如果按键还为0，那么就认为有按键输入。延时的5ms～10ms恰好避开了抖动期。为节省硬件，通常在单片机系统中，一般不采用硬件方法消除键的抖动，而是用软件消抖方法。 软件消抖要占用系统资源，在系统资源充足的情况下使用软件消抖更加简单。软件延时消抖并不需要增加新的硬件，但采用这种方式来设计， 一般通过软件指令或者定时器的方式来设定延时的时间， 采用通用处理器，由于运行速度不一致，需要将软件做相应的 修改，比较麻烦。

此外，在键盘消抖实验中用到的方法，是建立2个寄存器，形成二级寄存器，在时钟触发中，首先把数据送入第一个寄存器中，然后在下一个时钟上沿到来时，将第一个寄存器中的数据存入第二个寄存器，也就是说第二个寄存器中的数据始终比第一个寄存器晚一个周期，即晚一个数据，然后再将第一个寄存器中的数据取反与第二个寄存器的数据相与，产生的数存入一个新的寄存器里，这样产生的结果是当第一个寄存器中的数据由1变为0时，就会在新的寄存器里产生一个高电平，并维持一个周期。

参 考 文 献

[1]李运兵；微控制器中按键处理技巧及应用[J]；计算机系统应用；2010年02期

[2]刘天时；刘赏；付春；一种单片机键盘电路设计与消抖处理[J]；计算机与网络；2010年10期

[3]赵鹏飞；俞建定；基于嵌入式微控制器的一种新型GPIO扩展键盘技术[J]；宁波大学学报（理工版）；2013年02期