引言
鍵盤是智能化測控系統(tǒng)主要的信息輸入方式,，是實現(xiàn)人機對話的重要途徑，因此如何有效地控制鍵盤并為系統(tǒng)服務(wù)是每個設(shè)計者需要切實考慮的問題,。
嵌入式系統(tǒng)鍵盤軟件設(shè)計存在3方面問題：軟件去抖動,、等待按鍵抬起和連擊處理。
1嵌入式系統(tǒng)鍵盤軟件設(shè)計的3個問題
1.1軟件去抖動問題
一次完整按鍵過程的時序波形如圖1所示,。當按鍵未被按下時,，單片機端口輸入為通過上拉電阻獲得的高電平；按下時,，端口接至地,，端口輸入為低電平。當機械觸點斷開,、閉合時會有抖動,，這種抖動對人來說是感覺不到的，但對計算機來說,，則是完全可以感應(yīng)到的,。計算機處理的速度是us級，而機械抖動的時間至少是ms級,，對計算機而言,，這已是漫長的時間了。
為使單片機能正確地讀出端口的狀態(tài),，對每一次按鍵只作一次響應(yīng),，這就必須考慮如何去除抖動的問題。嵌入式系統(tǒng)一般采用軟件延時去除抖動,。軟件延時去除抖動其實很簡單,，就是在單片機獲得端口有按鍵動作時，不是立即認定按鍵開關(guān)已被按下,，而是延時10 ms或更長一段時間后再次檢測端口,，如果仍為動作電平，則說明按鍵開關(guān)的確按下了,，這實際上是避開了按鍵按下時的抖動時間,；而在檢測到按鍵釋放后(端口為高)再延時5～10 ms，消除后沿的抖動,，然后再對鍵值處理,。當然，實際應(yīng)用中對按鍵的要求也是千差萬別,，要根據(jù)不同的需要來編制處理程序,，但以上是軟件延時去除抖動的基本原則。
1.2等待按鍵抬起問題
單片機在查詢讀取按鍵時,，不斷地掃描鍵盤,，掃描到有鍵按下后,，進行鍵值處理。它并不等待鍵盤釋放再退出鍵盤程序,，而是直接退出鍵盤程序,，返回主程序繼續(xù)工作。計算機系統(tǒng)執(zhí)行速度快,，很快又一次執(zhí)行到鍵盤程序,，并再次檢測到鍵還處于按下的狀態(tài)，單片機還會去執(zhí)行鍵值處理程序,。這樣周而復始,，按一次按鍵系統(tǒng)會執(zhí)行相應(yīng)處理程序很多次。而程序員的意圖一般是只執(zhí)行一次,，這就是等待按鍵抬起問題。通常的解決辦法是,，當按鍵抬起后再次按下才再次執(zhí)行相應(yīng)的處理程序,，等待時間一般在幾百ms以上。通常在軟件編程中,，當執(zhí)行完相應(yīng)處理程序后,，要加一個非常大的延時函數(shù)，再向下執(zhí)行,。
對于軟件去抖動問題和等待按鍵抬起問題,，若采用軟件延時，會大大削弱系統(tǒng)的實時性,；若采用中斷方式延時,，會占用定時器，耗費了系統(tǒng)資源,，且軟件的多任務(wù)編程會增大軟件設(shè)計的復雜度,。
1.3連擊處理問題
工業(yè)控制設(shè)備中有這樣一種鍵盤方案設(shè)計要求：如果長時間按下同一個按鍵，表征有重復執(zhí)行該鍵對應(yīng)處理程序的需求,。比如使用“+”和“-”二鍵控制顯示數(shù)值,，要求按一次“+”鍵使顯示值加1，要求按一次“-”鍵使顯示值減1,。如果按“+”鍵超過一定時間(如2 s),，則顯示值將很快地增加，即連擊處理,，減號鍵也是如此,。這樣就可以用很少的鍵完成多位數(shù)的輸人工作。
針對這3個問題,，本文給出一個解決方案,。該軟件方案實現(xiàn)計數(shù)器自然去抖動和等待按鍵抬起功能,，而非采取延時等待的方法，同時實現(xiàn)了連擊處理,。
2智能鍵盤的軟件設(shè)計
為了解決智能鍵盤在應(yīng)用中的一些技術(shù)問題,，下面分析各種擊鍵類型的軟件處理方法。
2.1短擊和長擊區(qū)分的軟件設(shè)計
圖2為短擊／長擊的示意圖,。
軟件流程如下：
①定義1個變量,，KEY_Counter=按鍵閉合計數(shù)器。
②定義1個常數(shù),，c_keyover_time=按鍵長擊時間常數(shù),。
③定時檢測按鍵，當按鍵閉合時,，KEY_Counter按一定的頻率遞增,。
④當KEY_Counter≥c_keyover_time時，確認一次有效長擊,。
⑤當按鍵釋放時,，再判斷一次KEY_Counter，如果KEY_Counter
◆一般來說,，長擊一旦被檢測到就立即執(zhí)行；
◆當按鍵剛被按下時,，系統(tǒng)無法預知本次擊鍵的時間長度,，所以短擊必須在釋放后再執(zhí)行。
⑥當按鍵釋放后,，KEY_Counter應(yīng)當被清零,。
2.2單擊和連擊的軟件識別
一般來說，連擊和單擊是相伴隨的,。事實上,，連擊的本質(zhì)就是多次單擊。軟件流程如下：
①定義1個變量,，KEY_Counter=按鍵響應(yīng)延時時間寄存器,。
②定義2個常數(shù)：
◆c_wobble_time=按鍵初按(消抖)延時(用來確定消抖時間，一般取4～20 ms),；
◆c_keyover_time=按鍵連按延時(用來確定連擊的響應(yīng)頻率,。比如，如果要每秒執(zhí)行10次連擊,，則這個參數(shù)=100 ms),。
③按鍵未閉合前,，先令KEY_Counter=0。
④當按鍵閉合時,，KEY_Counter以一定的頻率加1,。抖動期間，若檢測到按鍵抬起,，令KEY_Counter=0,。當KEY_Counter=c_wobble_time時，抖動時間已經(jīng)過去,，即可先執(zhí)行一次按鍵功能,，此為首次單擊。之后,，若按鍵一直處于閉合狀態(tài),，則進入下一進程。
⑤KEY_Counter超過c_wobble_time,，且按鍵一直閉合時,，KEY_Counter仍以一定的頻率加1。當KEY_Counter=c_keyover_time時,，KEY_Counter=0，形成一次長擊,。
⑥當再次出現(xiàn)KEY_Counter=c_wobble_time時,，即可再執(zhí)行一次按鍵功能，此為連擊,。
⑦如果按鍵一直閉合,，就重復執(zhí)行⑤～⑦三個步驟，直到按鍵釋放,。
單擊／連擊示意圖如圖3所示,。
本文以AVR單片機為例給出設(shè)計軟件。例程中4個按鍵分別連接到PD口的低4位(若按鈕更多,，甚至是矩陣鍵盤也很好仿寫),。WINAVR20071221例程如下(假定連接按鍵的I／O口已經(jīng)成功地初始化)：
工程應(yīng)用中隨著主函數(shù)死循環(huán)中程序量的不同，需要調(diào)整3個參數(shù),。不過,，該程序利用系統(tǒng)的嘀嗒定時中斷定時讀取，只需調(diào)整好一組參數(shù),。
上面的例程中要深入理解static的作用,，即靜態(tài)變量會被分配一個內(nèi)存固定、每次操作的值不會丟失,、卻又被函數(shù)私有處理的類似全局變量的變量,。
結(jié)語
本文針對實時應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)中智能鍵盤軟件設(shè)計的軟件去抖動問題,、等待按鍵抬起問題和連擊處理問題，給出基于查詢結(jié)構(gòu)的軟件解決方案,。該方案不但能夠滿足系統(tǒng)的實時性要求,，而且軟件直接調(diào)用，大大降低了系統(tǒng)開發(fā)的難度,。
