用戶與單片機(jī)之間的信息交互需要依賴于兩類設(shè)備：輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。前邊講的LED小燈、數(shù)碼管、點(diǎn)陣都是輸出設(shè)備，本章我們就來學(xué)習(xí)一下最常用的輸入設(shè)備——按鍵，同時(shí)還會(huì)學(xué)到一些硬件電路的基礎(chǔ)知識(shí)與C語言函數(shù)的一些進(jìn)階知識(shí)。

8.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)解析

8.1.1 電源

我們?cè)趯W(xué)習(xí)過程中，很多指標(biāo)都是直接用的概念指標(biāo)，比如我們說+5V代表1，GND代表0等等。但在實(shí)際電路中的電壓值并不是完全精準(zhǔn)的，那這些指標(biāo)允許范圍是什么呢？隨著我們所學(xué)的內(nèi)容不斷增多，大家要慢慢培養(yǎng)一種閱讀數(shù)據(jù)手冊(cè)的能力。

比如，我們要使用STC89C52RC單片機(jī)的時(shí)候，找到它的數(shù)據(jù)手冊(cè)第11頁，看第二項(xiàng)——工作電壓：5.5V～3.4V（5V單片機(jī)），這個(gè)地方就說明這個(gè)單片機(jī)正常的工作電壓是個(gè)范圍值，只要電源VCC在5.5V～3.4V之間都可以正常工作，電壓超過5.5V是絕對(duì)不允許的，會(huì)燒壞單片機(jī)，電壓如果低于3.4V，單片機(jī)不會(huì)損壞，但是也不能正常工作。而在這個(gè)范圍內(nèi)，最典型、最常用的電壓值就是5V，這就是后面括號(hào)里“5V單片機(jī)”這個(gè)名稱的由來。除此之外，還有一種常用的工作電壓范圍是2.7V～3.6V、典型值是3.3V的單片機(jī)，也就是所謂的“3.3V單片機(jī)”。日后隨著大家接觸更多的器件，對(duì)這點(diǎn)會(huì)有更深刻的理解。

現(xiàn)在我們?cè)夙槺愣嗔私庖稽c(diǎn)，大家打開74HC138的數(shù)據(jù)手冊(cè)，會(huì)發(fā)現(xiàn)74HC138手冊(cè)的第二頁也有一個(gè)表格，上邊寫了74HC138的工作電壓范圍，最小值是4.75V，額定值是5V，最大值是5.25V，可以得知它的工作電壓范圍是4.75V～5.25V。這個(gè)地方講這些目的是讓大家清楚的了解，我們獲取器件工作參數(shù)的一個(gè)最重要、也是最權(quán)威的途徑，就是查閱該器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)。

8.1.2 晶振

晶振通常分為無源晶振和有源晶振兩種類型，無源晶振一般稱之為crystal（晶體），而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。

有源晶振是一個(gè)完整的諧振振蕩器，它是利用石英晶體的壓電效應(yīng)來起振，所以有源晶振需要供電，當(dāng)我們把有源晶振電路做好后，不需要外接其它器件，只要給它供電，它就可以主動(dòng)產(chǎn)生振蕩頻率，并且可以提供高精度的頻率基準(zhǔn)，信號(hào)質(zhì)量也比無源信號(hào)要好。

無源晶振自身無法振蕩起來，它需要芯片內(nèi)部的振蕩電路一起工作才能振蕩，它允許不同的電壓，但是信號(hào)質(zhì)量和精度較有源晶振差一些。相對(duì)價(jià)格來說，無源晶振要比有源晶振價(jià)格便宜很多。無源晶振兩側(cè)通常都會(huì)有個(gè)電容，一般其容值都選在10pF~40pF之間，如果手冊(cè)中有具體電容大小的要求則要根據(jù)要求來選電容，如果手冊(cè)沒有要求，我們用20pF就是比較好的選擇，這是一個(gè)長(zhǎng)久以來的經(jīng)驗(yàn)值，具有極其普遍的適用性。

有源晶振通常有4個(gè)引腳，VCC，GND，晶振輸出引腳和一個(gè)沒有用到的懸空引腳（有些晶振也把該引腳作為使能引腳）。無源晶振有2個(gè)或3個(gè)引腳，如果是3個(gè)引腳的話，中間引腳接是晶振的外殼，使用時(shí)要接到GND，兩側(cè)的引腳就是晶體的2個(gè)引出腳了，這兩個(gè)引腳作用是等同的，就像是電阻的2個(gè)引腳一樣，沒有正負(fù)之分。對(duì)于無源晶振，用我們的單片機(jī)上的兩個(gè)晶振引腳接上去即可，而有源晶振，只接到單片機(jī)的晶振的輸入引腳上，輸出引腳上不需要接，如圖8-3和圖8-4所示。

圖8-3 無源晶振接法

圖8-4 有源晶振接法

8.1.3 復(fù)位電路

我們先來分析一下KST-51開發(fā)板上的復(fù)位電路，如圖8-5所示。

圖8-5 單片機(jī)復(fù)位電路

當(dāng)這個(gè)電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電容起到隔離直流的作用，隔離了+5V，而左側(cè)的復(fù)位按鍵是彈起狀態(tài)，下邊部分電路就沒有電壓差的產(chǎn)生，所以按鍵和電容C11以下部分的電位都是和GND相等的，也就是0V。我們這個(gè)單片機(jī)是高電平復(fù)位，低電平正常工作，所以正常工作的電壓是0V，沒有問題。

我們?cè)賮矸治鰪臎]有電到上電的瞬間，電容C11上方電壓是5V，下方是0V，根據(jù)我們初中所學(xué)的知識(shí)，電容C11要進(jìn)行充電，正離子從上往下充電，負(fù)電子從GND往上充電，這個(gè)時(shí)候電容對(duì)電路來說相當(dāng)于一根導(dǎo)線，全部電壓都加在了R31這個(gè)電阻上，那么RST端口位置的電壓就是5V，隨著電容充電越來越多，即將充滿的時(shí)候，電流會(huì)越來越小，那RST端口上的電壓值等于電流乘以R31的阻值，也就會(huì)越來越小，一直到電容完全充滿后，線路上不再有電流，這個(gè)時(shí)候RST和GND的電位就相等了也就是0V了。

從這個(gè)過程上來看，我們加上這個(gè)電路，單片機(jī)系統(tǒng)上電后，RST引腳會(huì)先保持一小段時(shí)間的高電平而后變成低電平，這個(gè)過程就是上電復(fù)位的過程。那這個(gè)“一小段時(shí)間”到底是多少才合適呢？每種單片機(jī)不完全一樣，51單片機(jī)手冊(cè)里寫的是持續(xù)時(shí)間不少于2個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間。復(fù)位電壓值，每種單片機(jī)不完全一樣，我們按照通常值0.7VCC作為復(fù)位電壓值，復(fù)位時(shí)間的計(jì)算過程比較復(fù)雜，我這里只給大家一個(gè)結(jié)論，時(shí)間t=1.2RC，我們用的R是4700歐，C是0.0000001法，那么計(jì)算出t就是0.000564秒，即564us，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2個(gè)機(jī)器周期(2us)，在電路設(shè)計(jì)的時(shí)候一般留夠余量就行。

按鍵復(fù)位（即手動(dòng)復(fù)位）有2個(gè)過程，按下按鍵之前，RST的電壓是0V，當(dāng)按下按鍵后電路導(dǎo)通，同時(shí)電容也會(huì)在瞬間進(jìn)行放電，RST電壓值變化為4700VCC/(4700+18)，會(huì)處于高電平復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)松開按鍵后就和上電復(fù)位類似了，先是電容充電，后電流逐漸減小直到RST電壓變0V的過程。我們按下按鍵的時(shí)間通常都會(huì)有幾百毫秒，這個(gè)時(shí)間足夠復(fù)位了。按下按鍵的瞬間，電容兩端的5V電壓（注意不是電源的5V和GND之間）會(huì)被直接接通，此刻會(huì)有一個(gè)瞬間的大電流沖擊，會(huì)在局部范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁干擾，為了抑制這個(gè)大電流所引起的干擾，我們這里在電容放電回路中串入一個(gè)18歐的電阻來限流。

如果有的同學(xué)已經(jīng)想開始DIY設(shè)計(jì)自己的電路板，那單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)現(xiàn)在已經(jīng)有了足夠的理論依據(jù)了，可以考慮嘗試了?；A(chǔ)比較薄弱的同學(xué)先不要著急，繼續(xù)跟著往下學(xué)，把課程都學(xué)完了再動(dòng)手操作也不遲，磨刀不誤砍柴工。

8.2 函數(shù)的調(diào)用

在一個(gè)程序的編寫過程中，隨著代碼量的增加，如果把所有的語句都寫到main函數(shù)中，一方面程序會(huì)顯得的比較亂，另外一個(gè)方面，當(dāng)同一個(gè)功能需要在不同地方執(zhí)行時(shí)，我們就得再重復(fù)寫一遍相同的語句。此時(shí)，如果把一些零碎的功能單獨(dú)寫成一個(gè)函數(shù)，在需要它們時(shí)只需進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的函數(shù)調(diào)用，這樣既有助于程序結(jié)構(gòu)的清晰條理，又可以避免大塊的代碼重復(fù)。

在實(shí)際工程項(xiàng)目中，一個(gè)程序通常都是由很多個(gè)子程序模塊組成的，一個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)一個(gè)特定的功能，在C語言中，這個(gè)模塊就用函數(shù)來表示。一個(gè)C程序一般由一個(gè)主函數(shù)和若干個(gè)其他函數(shù)構(gòu)成。主函數(shù)可以調(diào)用其它函數(shù)，其它函數(shù)也可以相互調(diào)用，但其它函數(shù)不能調(diào)用主函數(shù)。在我們的51單片機(jī)程序中，還有中斷服務(wù)函數(shù)，是當(dāng)相應(yīng)的中斷到來后自動(dòng)調(diào)用的，不需要也不能由其它函數(shù)來調(diào)用。

函數(shù)調(diào)用的一般形式是：

函數(shù)名 (實(shí)參列表)

函數(shù)名就是需要調(diào)用的函數(shù)的名稱，實(shí)參列表就是根據(jù)實(shí)際需求調(diào)用函數(shù)要傳遞給被調(diào)用函數(shù)的參數(shù)列表，不需要傳遞參數(shù)時(shí)只保留括號(hào)就可以了，傳遞多個(gè)參數(shù)時(shí)參數(shù)之間要用逗號(hào)隔開。

那么我先舉例看一下函數(shù)調(diào)用使程序結(jié)構(gòu)更加條理清晰方面的作用。回顧一下圖6-1所示的程序流程圖和為實(shí)現(xiàn)它而編寫的程序代碼，相對(duì)來說這個(gè)主函數(shù)的結(jié)構(gòu)就比較復(fù)雜了，很難一眼看清楚它的執(zhí)行流程。那么如果我們把其中最重要的兩件事——秒計(jì)數(shù)和數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描功能都用單獨(dú)的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)會(huì)怎樣呢？來看程序。

看一下，主函數(shù)的結(jié)構(gòu)是不是清晰的多了——每隔1ms就去干兩件事，至于這兩件事是什么交由各自的函數(shù)去實(shí)現(xiàn)。還請(qǐng)大家注意一點(diǎn)：原來程序中的i、cnt、sec這三個(gè)變量在放到單獨(dú)的函數(shù)中后，都加了static關(guān)鍵字而變成了靜態(tài)變量。因?yàn)樵瓉淼膍ain()永遠(yuǎn)不會(huì)結(jié)束所以它們的值也總是得到保持的，但現(xiàn)在它們?cè)诟髯缘墓δ芎瘮?shù)內(nèi)，如不加static修飾那么每次函數(shù)被調(diào)用時(shí)它們的值就都成了初值了，借此也把靜態(tài)變量再加深一下理解吧。

當(dāng)然，這是我們刻意把程序功能做了這樣的劃分，主要目的還是來講解函數(shù)的調(diào)用，對(duì)于這個(gè)程序即使你不劃分函數(shù)也復(fù)雜不到哪里去，但繼續(xù)學(xué)下去你就能領(lǐng)會(huì)到劃分功能函數(shù)的必要了?，F(xiàn)在我們還是把注意力放在學(xué)習(xí)函數(shù)調(diào)用上，有以下幾點(diǎn)需要大家注意：

1、函數(shù)調(diào)用的時(shí)候，不需要加函數(shù)類型。我們?cè)谥骱瘮?shù)內(nèi)調(diào)用SecondCount()和LedRefresh()時(shí)都沒有加void。

2、調(diào)用函數(shù)與被調(diào)用函數(shù)的位置關(guān)系，C語言規(guī)定：函數(shù)在被調(diào)用之前，必須先被定義或聲明。意思就是說：在一個(gè)文件中，一個(gè)函數(shù)應(yīng)該先定義，然后才能被調(diào)用，也就是調(diào)用函數(shù)應(yīng)位于被調(diào)用函數(shù)的下方。但是作為一種通常的編程規(guī)范，我們推薦main函數(shù)寫在最前面（因?yàn)樗鸬教峋V挈領(lǐng)的作用），其后再定義各個(gè)功能函數(shù)，而中斷函數(shù)則寫在文件的最后。那么主函數(shù)要調(diào)用定義在它之后的函數(shù)怎么辦呢？我們就在文件開頭，所有函數(shù)定義之前，開辟一塊區(qū)域，叫做函數(shù)聲明區(qū)，用來把被調(diào)用的函數(shù)聲明一下，如此，該函數(shù)就可以被隨意調(diào)用了。如上述例程所示。

3、函數(shù)聲明的時(shí)候必須加函數(shù)類型，函數(shù)的形式參數(shù)，最后加上一個(gè)分號(hào)表示結(jié)束。函數(shù)聲明行與函數(shù)定義行的唯一區(qū)別就是最后的分號(hào)，其它的都必須保持一致。這點(diǎn)請(qǐng)尤其注意，初學(xué)者很容易因粗心大意而搞錯(cuò)分號(hào)或是修改了定義行中的形參卻忘了修改聲明行中的形參，導(dǎo)致程序編譯不過。

8.3 函數(shù)的形式參數(shù)和實(shí)際參數(shù)

上一個(gè)例程中在進(jìn)行函數(shù)調(diào)用的時(shí)候，不需要任何參數(shù)傳遞，所以函數(shù)定義和調(diào)用時(shí)括號(hào)內(nèi)都是空的，但是更多的時(shí)候我們需要在主調(diào)函數(shù)和被調(diào)用函數(shù)之間傳遞參數(shù)。在調(diào)用一個(gè)有參數(shù)的函數(shù)時(shí)，函數(shù)名后邊括號(hào)中的參數(shù)叫做實(shí)際參數(shù)，簡(jiǎn)稱實(shí)參。而被調(diào)用的函數(shù)在進(jìn)行定義時(shí)，括號(hào)里的參數(shù)叫做形式參數(shù)，簡(jiǎn)稱形參。我們用個(gè)簡(jiǎn)單程序例子做說明。

這個(gè)演示程序雖然很簡(jiǎn)單，但是函數(shù)調(diào)用的全部?jī)?nèi)容都囊括在內(nèi)了。主調(diào)函數(shù)main和被調(diào)用函數(shù)add之間的數(shù)據(jù)通過形參和實(shí)參發(fā)生了傳遞關(guān)系，而函數(shù)運(yùn)算完后把值傳遞給了變量c，函數(shù)只要不是void類型，就都會(huì)有返回值，返回值類型就是函數(shù)的類型。關(guān)于形參和實(shí)參，還有以下幾點(diǎn)需要注意。

1、函數(shù)定義中指定的形參，在未發(fā)生函數(shù)調(diào)用時(shí)不占內(nèi)存，只有函數(shù)調(diào)用時(shí)，函數(shù)add中的形參才被分配內(nèi)存單元。在調(diào)用結(jié)束后，形參所占的內(nèi)存單元也被釋放，這個(gè)前邊講過了，形參是局部變量。

2、實(shí)參可以是常量，也可以是簡(jiǎn)單或者復(fù)雜的表達(dá)式，但是要求他們必須有確定的值，在調(diào)用發(fā)生時(shí)將實(shí)參的值傳遞給形參。如上邊這個(gè)程序也可以寫成：c = add(1, a+b);

3、形參必須要指定數(shù)據(jù)類型，和定義變量一樣，因?yàn)樗緛砭褪蔷植孔兞俊?/p>

4、實(shí)參和形參的數(shù)據(jù)類型應(yīng)該相同或者賦值兼容。和變量賦值一樣，當(dāng)形參和實(shí)參出現(xiàn)不同類型時(shí)，則按照不同類型數(shù)值的賦值規(guī)則進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

5、主調(diào)函數(shù)在調(diào)用函數(shù)之前，應(yīng)對(duì)被調(diào)函數(shù)做原型聲明。

6、實(shí)參向形參的數(shù)據(jù)傳遞是單向傳遞，不能由形參再回傳給實(shí)參。也就是說，實(shí)參值傳遞給形參后，調(diào)用結(jié)束，形參單元被釋放，而實(shí)參單元仍保留并且維持原值。

8.4 按鍵

8.4.1 獨(dú)立按鍵

常用的按鍵電路有兩種形式，獨(dú)立式按鍵和矩陣式按鍵，獨(dú)立式按鍵比較簡(jiǎn)單，它們各自與獨(dú)立的輸入線相連接，如圖8-6所示。

圖8-6 獨(dú)立式按鍵原理圖

4條輸入線接到單片機(jī)的IO口上，當(dāng)按鍵K1按下時(shí)，+5V通過電阻R1然后再通過按鍵K1最終進(jìn)入GND形成一條通路，那么這條線路的全部電壓都加到了R1這個(gè)電阻上，KeyIn1這個(gè)引腳就是個(gè)低電平。當(dāng)松開按鍵后，線路斷開，就不會(huì)有電流通過，那么KeyIn1和+5V就應(yīng)該是等電位，是一個(gè)高電平。我們就可以通過KeyIn1這個(gè)IO口的高低電平來判斷是否有按鍵按下。

這個(gè)電路中按鍵的原理我們清楚了，但是實(shí)際上在我們的單片機(jī)IO口內(nèi)部，也有一個(gè)上拉電阻的存在。我們的按鍵是接到了P2口上，P2口上電默認(rèn)是準(zhǔn)雙向IO口，我們來簡(jiǎn)單了解一下這個(gè)準(zhǔn)雙向IO口的電路，如圖8-7所示。

圖8-7 準(zhǔn)雙向IO口結(jié)構(gòu)圖

首先說明一點(diǎn)，就是我們現(xiàn)在絕大多數(shù)單片機(jī)的IO口都是使用MOS管而非三極管，但用在這里的MOS管其原理和三極管是一樣的，因此在這里我用三極管替代它來進(jìn)行原理講解，把前面講過的三極管的知識(shí)搬過來，一切都是適用的，有助于理解。

圖8-7方框內(nèi)的電路都是指單片機(jī)內(nèi)部部分，方框外的就是我們外接的上拉電阻和按鍵。這個(gè)地方大家要注意一下，就是當(dāng)我們要讀取外部按鍵信號(hào)的時(shí)候，單片機(jī)必須先給該引腳寫“1”，也就是高電平，這樣我們才能正確讀取到外部按鍵信號(hào)，我們來分析一下緣由。

當(dāng)內(nèi)部輸出是高電平，經(jīng)過一個(gè)反向器變成低電平，NPN三極管不會(huì)導(dǎo)通，那么單片機(jī)IO口從內(nèi)部來看，由于上拉電阻R的存在，所以是一個(gè)高電平。當(dāng)外部沒有按鍵按下將電平拉低的話，VCC也是+5V，它們之間雖然有2個(gè)電阻，但是沒有壓差，就不會(huì)有電流，線上所有的位置都是高電平，這個(gè)時(shí)候我們就可以正常讀取到按鍵的狀態(tài)了。

當(dāng)內(nèi)部輸出是個(gè)低電平，經(jīng)過一個(gè)反相器變成高電平，NPN三極管導(dǎo)通，那么單片機(jī)的內(nèi)部IO口就是個(gè)低電平，這個(gè)時(shí)候，外部雖然也有上拉電阻的存在，但是兩個(gè)電阻是并聯(lián)關(guān)系，不管按鍵是否按下，單片機(jī)的IO口上輸入到單片機(jī)內(nèi)部的狀態(tài)都是低電平，我們就無法正常讀取到按鍵的狀態(tài)了。

這個(gè)和水流其實(shí)很類似的，內(nèi)部和外部，只要有一邊是低電位，那么電流就會(huì)順流而下，由于只有上拉電阻，下邊沒有電阻分壓，直接到GND上了，所以不管另外一邊是高還是低，那電平肯定就是低電平了。

從上面的分析就可以得出一個(gè)結(jié)論，這種具有上拉的準(zhǔn)雙向IO口，如果要正常讀取外部信號(hào)的狀態(tài)，必須首先得保證自己內(nèi)部輸出的是1，如果內(nèi)部輸出0，則無論外部信號(hào)是1還是0，這個(gè)引腳讀進(jìn)來的都是0。

8.4.2 矩陣按鍵

在某一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，如果需要使用很多的按鍵時(shí)，做成獨(dú)立按鍵會(huì)大量占用IO口，因此我們引入了矩陣按鍵的設(shè)計(jì)。如圖8-8所示，是我們的KST-51開發(fā)板上的矩陣按鍵電路原理圖，使用8個(gè)IO口來實(shí)現(xiàn)了16個(gè)按鍵。

圖8-8 矩陣按鍵原理圖

如果獨(dú)立按鍵理解了，矩陣按鍵也不難理解，那么我們一起來分析一下。圖8-8中，一共有4組按鍵，我們只看其中一組，如圖8-9所示。大家認(rèn)真看一下，如果KeyOut1輸出一個(gè)低電平，KeyOut1就相當(dāng)于是GND，是否相當(dāng)于4個(gè)獨(dú)立按鍵呢。當(dāng)然這時(shí)候KeyOut2、KeyOut3、KeyOut4都必須輸出高電平，它們都輸出高電平才能保證與它們相連的三路按鍵不會(huì)對(duì)這一路產(chǎn)生干擾，大家可以對(duì)照兩張?jiān)韴D分析一下。

圖8-9 矩陣按鍵變獨(dú)立按鍵示意圖

8.4.3 獨(dú)立按鍵的掃描

原理搞清楚了，那么下面我們就先編寫一個(gè)獨(dú)立按鍵的程序，把最基本的功能驗(yàn)證一下。

本程序固定在KeyOut1上輸出低電平，而KeyOut2～4保持高電平，就相當(dāng)于是把矩陣按鍵的第一行，即K1～K4作為4個(gè)獨(dú)立按鍵來處理，然后把這4個(gè)按鍵的狀態(tài)直接送給LED9～6這4個(gè)LED小燈，那么當(dāng)按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)按鍵的輸入引腳是0，對(duì)應(yīng)小燈控制信號(hào)也是0，于是燈就亮了，這說明上述關(guān)于按鍵檢測(cè)的理論都是可實(shí)現(xiàn)的。

絕大多數(shù)情況下，按鍵是不會(huì)一直按住的，所以我們通常檢測(cè)按鍵的動(dòng)作并不是檢測(cè)一個(gè)固定的電平值，而是檢測(cè)電平值的變化，即按鍵在按下和彈起這兩種狀態(tài)之間的變化，只要發(fā)生了這種變化就說明現(xiàn)在按鍵產(chǎn)生動(dòng)作了。

程序上，我們可以把每次掃描到的按鍵狀態(tài)都保存起來，當(dāng)一次按鍵狀態(tài)掃描進(jìn)來的時(shí)候，與前一次的狀態(tài)做比較，如果發(fā)現(xiàn)這兩次按鍵狀態(tài)不一致，就說明按鍵產(chǎn)生動(dòng)作了。當(dāng)上一次的狀態(tài)是未按下而現(xiàn)在是按下，此時(shí)按鍵的動(dòng)作就是“按下”；當(dāng)上一次的狀態(tài)是按下而現(xiàn)在是未按下，此時(shí)按鍵的動(dòng)作就是“彈起”。顯然，每次按鍵動(dòng)作都會(huì)包含一次“按下”和一次“彈起”，我們可以任選其一來執(zhí)行程序，或者兩個(gè)都用，以執(zhí)行不同的程序也是可以的。下面就用程序來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，程序只取按鍵K4為例。

先來介紹出現(xiàn)在程序中的一個(gè)新知識(shí)點(diǎn)，就是變量類型——bit，這個(gè)在標(biāo)準(zhǔn)C語言里邊是沒有的。51單片機(jī)有一種特殊的變量類型就是bit型。比如unsigned char型是定義了一個(gè)無符號(hào)的8位的數(shù)據(jù)，它占用一個(gè)字節(jié)(Byte)的內(nèi)存，而bit型是1位數(shù)據(jù)，只占用1個(gè)位(bit)的內(nèi)存，用法和標(biāo)準(zhǔn)C中其他的基本數(shù)據(jù)類型是一致的。它的優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)省內(nèi)存空間，8個(gè)bit型變量才相當(dāng)于1個(gè)char型變量所占用的空間。雖然它只有0和1兩個(gè)值，但也已經(jīng)可以表示很多東西了，比如：按鍵的按下和彈起、LED燈的亮和滅、三極管的導(dǎo)通與關(guān)斷等等，聯(lián)想一下已經(jīng)學(xué)過的內(nèi)容，它是不是能用最小的內(nèi)存代價(jià)來完成很多工作呢？

在這個(gè)程序中，我們以K4為例，按一次按鍵，就會(huì)產(chǎn)生“按下”和“彈起”兩個(gè)動(dòng)態(tài)的動(dòng)作，我們選擇在“彈起”時(shí)對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行加1操作。理論是如此，大家可以在板子上用K4按鍵做做實(shí)驗(yàn)試試，多按幾次，是不是會(huì)發(fā)生這樣一種現(xiàn)象：有的時(shí)候我明明只按了一下按鍵，但數(shù)字卻加了不止1，而是2或者更多？但是我們的程序并沒有任何邏輯上的錯(cuò)誤，這是怎么回事呢？于是我們就得來說說按鍵抖動(dòng)和消抖的問題了。

8.4.4 按鍵消抖

通常按鍵所用的開關(guān)都是機(jī)械彈性開關(guān)，當(dāng)機(jī)械觸點(diǎn)斷開、閉合時(shí)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)馬上就穩(wěn)定的接通，在斷開時(shí)也不會(huì)一下子徹底斷開，而是在閉合和斷開的瞬間伴隨了一連串的抖動(dòng)，如圖8-10所示。

圖8-10 按鍵抖動(dòng)狀態(tài)圖

按鍵穩(wěn)定閉合時(shí)間長(zhǎng)短是由操作人員決定的，通常都會(huì)在100ms以上，刻意快速按的話能達(dá)到40-50ms左右，很難再低了。抖動(dòng)時(shí)間是由按鍵的機(jī)械特性決定的，一般都會(huì)在10ms以內(nèi)，為了確保程序?qū)Π存I的一次閉合或者一次斷開只響應(yīng)一次，必須進(jìn)行按鍵的消抖處理。當(dāng)檢測(cè)到按鍵狀態(tài)變化時(shí)，不是立即去響應(yīng)動(dòng)作，而是先等待閉合或斷開穩(wěn)定后再進(jìn)行處理。按鍵消抖可分為硬件消抖和軟件消抖。

硬件消抖就是在按鍵上并聯(lián)一個(gè)電容，如圖8-11所示，利用電容的充放電特性來對(duì)抖動(dòng)過程中產(chǎn)生的電壓毛刺進(jìn)行平滑處理，從而實(shí)現(xiàn)消抖。但實(shí)際應(yīng)用中，這種方式的效果往往不是很好，而且還增加了成本和電路復(fù)雜度，所以實(shí)際中使用的并不多。

圖8-11 硬件電容消抖

在絕大多數(shù)情況下，我們是用軟件即程序來實(shí)現(xiàn)消抖的。最簡(jiǎn)單的消抖原理，就是當(dāng)檢測(cè)到按鍵狀態(tài)變化后，先等待一個(gè)10ms左右的延時(shí)時(shí)間，讓抖動(dòng)消失后再進(jìn)行一次按鍵狀態(tài)檢測(cè)，如果與剛才檢測(cè)到的狀態(tài)相同，就可以確認(rèn)按鍵已經(jīng)穩(wěn)定的動(dòng)作了。將上一個(gè)的程序稍加改動(dòng)，得到新的帶消抖功能的程序如下。

大家把這個(gè)程序下載到板子上再進(jìn)行試驗(yàn)試試，按一下按鍵而數(shù)字加了多次的問題是不是就這樣解決了？把問題解決掉的感覺是不是很爽呢？

這個(gè)程序用了一個(gè)簡(jiǎn)單的算法實(shí)現(xiàn)了按鍵的消抖。作為這種很簡(jiǎn)單的演示程序，我們可以這樣來寫，但是實(shí)際做項(xiàng)目開發(fā)的時(shí)候，程序量往往很大，各種狀態(tài)值也很多，while(1)這個(gè)主循環(huán)要不停的掃描各種狀態(tài)值是否有發(fā)生變化，及時(shí)的進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，如果程序中間加了這種delay延時(shí)操作后，很可能某一事件發(fā)生了，但是我們程序還在進(jìn)行delay延時(shí)操作中，當(dāng)這個(gè)事件發(fā)生完了，程序還在delay操作中，當(dāng)我們delay完事再去檢查的時(shí)候，已經(jīng)晚了，已經(jīng)檢測(cè)不到那個(gè)事件了。為了避免這種情況的發(fā)生，我們要盡量縮短while(1)循環(huán)一次所用的時(shí)間，而需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間延時(shí)的操作，必須想其它的辦法來處理。

那么消抖操作所需要的延時(shí)該怎么處理呢？其實(shí)除了這種簡(jiǎn)單的延時(shí)，我們還有更優(yōu)異的方法來處理按鍵抖動(dòng)問題。舉個(gè)例子：我們啟用一個(gè)定時(shí)中斷，每2ms進(jìn)一次中斷，掃描一次按鍵狀態(tài)并且存儲(chǔ)起來，連續(xù)掃描8次后，看看這連續(xù)8次的按鍵狀態(tài)是否是一致的。8次按鍵的時(shí)間大概是16ms，這16ms內(nèi)如果按鍵狀態(tài)一直保持一致，那就可以確定現(xiàn)在按鍵處于穩(wěn)定的階段，而非處于抖動(dòng)的階段，如圖8-12。

圖8-12 按鍵連續(xù)掃描判斷

假如左邊時(shí)間是起始0時(shí)刻，每經(jīng)過2ms左移一次，每移動(dòng)一次，判斷當(dāng)前連續(xù)的8次按鍵狀態(tài)是不是全1或者全0，如果是全1則判定為彈起，如果是全0則判定為按下，如果0和1交錯(cuò)，就認(rèn)為是抖動(dòng)，不做任何判定。想一下，這樣是不是比簡(jiǎn)單的延時(shí)更加可靠？

利用這種方法，就可以避免通過延時(shí)消抖占用單片機(jī)執(zhí)行時(shí)間，而是轉(zhuǎn)化成了一種按鍵狀態(tài)判定而非按鍵過程判定，我們只對(duì)當(dāng)前按鍵的連續(xù)16ms的8次狀態(tài)進(jìn)行判斷，而不再關(guān)心它在這16ms內(nèi)都做了什么事情，那么下面就按照這種思路用程序?qū)崿F(xiàn)出來，同樣只以K4為例。

這個(gè)算法是我們?cè)趯?shí)際工程中經(jīng)常使用按鍵所總結(jié)的一個(gè)比較好的方法，介紹給大家，今后都可以用這種方法消抖了。