引言
   
在單片機(jī)領(lǐng)域中，鍵盤(pán)輸入是最常用的人機(jī)交互方式,。通常實(shí)用鍵盤(pán)接口方式有：直接輸入,、矩陣結(jié)構(gòu)、A／D方式,、鍵盤(pán)和顯示復(fù)用,、并行擴(kuò)展、串口擴(kuò)充以及用鍵盤(pán)和顯示專用控制器件等,。但是其中很多方案都需要占用不少單片機(jī)有限的I／O口,。本文提出一種基于ADC的高性價(jià)比鍵盤(pán)輸入設(shè)計(jì)方法,。

1 ADC按鍵原理
   
ADC按鍵的原理圖如圖1所示，把多個(gè)電阻串聯(lián)分壓,，不同的按鍵將不同的電壓進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換,，根據(jù)ADC結(jié)果，MCU就能識(shí)別按鍵了,。例如,，key1按下，ADC得到的電壓值為：

   



理論上,，只要相鄰的兩個(gè)按鍵按下時(shí),，電壓的差值在ADC能最小分辨的電壓范圍之內(nèi)，那么MCU就能識(shí)別是哪個(gè)鍵被按下了,。一個(gè)n位的ADC,，可以識(shí)別2n個(gè)不同的電壓值，即可以識(shí)別2n個(gè)按鍵,。例如8位ADC,，理論上可以串聯(lián)256個(gè)電阻，識(shí)別256個(gè)按鍵,。但在實(shí)際應(yīng)用中還要考慮很多的外在因素,，如電阻自身的誤差、ADC誤差,、軟件計(jì)算誤差等,，因此往往實(shí)際能識(shí)別的按鍵的個(gè)數(shù)小于理論值。

2 硬件設(shè)計(jì)
   
實(shí)際的硬件電路如圖2所示,。為了提高按鍵響應(yīng)速度和減輕CPU掃描按鍵的負(fù)擔(dān),，增加一個(gè)比較器，當(dāng)按鍵被按下時(shí)比較器輸出信號(hào)觸發(fā)中斷,，在中斷中第一時(shí)間獲得鍵值,。這樣，既避免了把按鍵程序放到主程序中循環(huán)查詢過(guò)多而占用CPU資源,，又提高了CPU的利用率,。當(dāng)然，為了節(jié)省硬件成本,，也可以不要比較器,。



分壓電阻越大越省電，但是實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要考慮ADC的輸入阻抗,，不能太大,，這里給出經(jīng)驗(yàn)值10 kΩ。另外,，電壓比較器還要考慮到運(yùn)放的特性,，為確保第一個(gè)鍵按下時(shí)運(yùn)放同相端電壓低于4 V，電阻R1的值就要相對(duì)大一些,，后面的電阻可以取相同的值,。為了減小按鍵抖動(dòng)，在電路中串聯(lián)一個(gè)電容C1,。當(dāng)沒(méi)有鍵按下時(shí),，ADC相當(dāng)于懸空，需接一上拉電阻,。這里R21取220 kΩ,。

3 軟件設(shè)計(jì)
   
軟件設(shè)計(jì)是ADC按鍵的處理核心，一旦檢測(cè)到的A／D值不準(zhǔn),，按鍵就會(huì)得到錯(cuò)誤的鍵值,，帶來(lái)誤操作。當(dāng)按鍵數(shù)目很多時(shí),，這種現(xiàn)象會(huì)更突出,。
   
ADC按鍵其實(shí)就是一個(gè)數(shù)據(jù)采集過(guò)程，軟件需要完成數(shù)據(jù)采集,、數(shù)據(jù)處理,、按鍵解析這3個(gè)步驟。首先對(duì)按鍵要有一個(gè)認(rèn)識(shí),，它是一個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān),，在鍵按下和彈起的過(guò)程中很難做到理想的導(dǎo)通和斷開(kāi)，通常有一個(gè)抖動(dòng)過(guò)程,，需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能真正地閉合和斷開(kāi),。
   
在本設(shè)計(jì)中使用的是自帶8路10位ADC的MCUSTC90C52AD。驅(qū)動(dòng)起來(lái)比較簡(jiǎn)單,，只需要配置幾個(gè)寄存器就可以進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換了,，并且轉(zhuǎn)換速度很快。ADC代碼如下：



當(dāng)鍵按下時(shí),，觸發(fā)進(jìn)入外部中斷,。先延時(shí)20 ms，如果有抖動(dòng),，這個(gè)抖動(dòng)就被有效地濾除掉了,。讀取第一次ADC值，延時(shí)20 ms(有效按鍵持續(xù)時(shí)間大于80 ms),，再讀取第二次ADC的值,。只有兩次差值在某個(gè)小的范圍內(nèi)，這次按鍵才是有效的，否則就是一次抖動(dòng),。這幾個(gè)時(shí)間參數(shù)是實(shí)際測(cè)試得到的結(jié)果,。經(jīng)過(guò)這樣的軟件處理，機(jī)械抖動(dòng)被有效地濾除掉了,。程序代碼如下：



   
經(jīng)過(guò)求平均值后的ADC值也并不是固定不變的,，會(huì)在某一中心點(diǎn)附近波動(dòng)。例如重復(fù)按下同一個(gè)按鍵,，對(duì)應(yīng)一字節(jié)的數(shù)據(jù)為BF CO,。若數(shù)據(jù)有一定的波動(dòng)，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)FF 00,，說(shuō)明按鍵有明顯的抖動(dòng),。通過(guò)軟件處理，如果ADC兩次讀到的值相差較大,，則確定按鍵無(wú)效,。實(shí)際完整的鍵盤(pán)方案需要經(jīng)過(guò)多次按鍵，記下ADC的平均值,，建立數(shù)組keynum_tab[],，再給出一個(gè)上下波動(dòng)范圍n，通過(guò)ADC的值對(duì)比判斷,，即可得出鍵值,。本例中共有20個(gè)按鍵，程序代碼如下：



結(jié)語(yǔ)
   
本按鍵方案經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)用測(cè)試,，性能可靠,，運(yùn)行穩(wěn)定；CPU占用率低,，實(shí)時(shí)性好,；只用到一個(gè)I／O口，節(jié)省了單片機(jī)的I／O口資源,，并且可以根據(jù)實(shí)際需要增減按鍵數(shù)量,，具有一定的實(shí)用價(jià)值。