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1. 背景

1.1 機械按鍵硬件原理

機械按鍵是指在硬件電路中，通過機械按鍵開關實現(xiàn)電平信號的通斷來達到按鍵觸發(fā)的硬件組件，見圖1.1:

圖1.1

嵌入式等電子設計中，機械按鍵的檢測兩種方法：

● 掃描檢測：定時掃描IO口狀態(tài)

● 中斷檢測：啟用IO中斷

??此后的內容都是圍繞定時掃描IO口狀態(tài)的方式展開的。

1.2 機械按鍵抖動

1.2.1 抖動原因

由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關在閉合時不會馬上就穩(wěn)定的接通，在斷開時也不會一下子徹底斷開，而是在閉合和斷開的瞬間伴隨了一連串的抖動。設按鍵時間為Ta，抖動時間Td，則Ta、Td的特性如下（見圖1.2.1）：
● Ta≈100ms（最快50ms）；
● Td≈10ms；

圖1.2.1

1.2.2 按鍵消抖

理想的按鍵波形是沒有抖動的，但實際的波形是有電平抖動的，對實際波形進行數(shù)字化抽象后會發(fā)現(xiàn)數(shù)字信號存在毛刺，見圖1.2.2：

圖1.2.2

為了消除電平信號的毛刺，目前工程上有兩種手段，硬件消抖和軟件消抖：

A. 硬件消抖

● 在硬件電路上和按鍵并聯(lián)濾波電容

B. 軟件消抖

● 延時確認：當檢測到按鍵狀態(tài)改變時，先延時20ms，再次檢測按鍵；
● 持續(xù)采樣：持續(xù)采集按鍵狀態(tài)，用數(shù)字狀態(tài)機邏輯來判斷按鍵動作。

硬件消抖需要增加元器件，增加項目成本，軟件消抖采用延時確認方式時，軟件程序需要延時等待，延時過程不能進行其他處理，對程序架構不太友好，而持續(xù)采樣不會對程序流程造成阻塞，后續(xù)對持續(xù)采樣方式進行深入闡述。

2. 數(shù)字邏輯狀態(tài)機的軟件實現(xiàn)

2.1 抽象建模

2.1.1 按鍵操作狀態(tài)抽象

一次按鍵動作可以抽象為3個狀態(tài)，按下、抬起、長按：
● Keydown：一次按鍵操作的按下
● Keyup：一次按鍵操作的抬起
● Keypress：一次按鍵操作持續(xù)按住按鍵

圖2.1.1

2.1.2 系統(tǒng)抽象

將軟件掃描按鍵狀態(tài)的軟件系統(tǒng)進行數(shù)字邏輯電路抽象：
● 時鐘抽象：軟件每隔20ms采集一次按鍵的狀態(tài);
● 狀態(tài)抽象：連續(xù)掃描3次得到狀態(tài)序列011時，keydown才置1;
● 邏輯電路抽象：可以抽象為串行數(shù)據(jù)檢測器，只有輸入011才置1，采用同步時序邏輯電路的設計思路。

圖2.1.2

2.2 數(shù)字邏輯算法實現(xiàn)

2.2.1 數(shù)字邏輯抽象

A. 變量定義

● Scankey：軟件定時掃描的按鍵IO口狀態(tài)（0/1);
● Keydown：一次按鍵操作的按下;

B. 狀態(tài)邏輯抽象

● 設按鍵輸入Scankey為X，輸出結果Keydown為Y;
● 設沒有1輸入以前的狀態(tài)為a;
● 設輸入一個1后為狀態(tài)為b;
● 設前后有兩個1輸入后狀態(tài)為c;
● 設連續(xù)有三個1狀態(tài)為d

C. 狀態(tài)轉換圖

經(jīng)過上面的數(shù)字邏輯抽象后，可以得到狀態(tài)轉換圖和狀態(tài)轉換表：

圖2.2.1

2.2.2 求解過程

A. 化簡狀態(tài)轉換圖

通過上節(jié)的狀態(tài)轉換圖和狀態(tài)轉換表（圖2.2.1）可看出，狀態(tài)c和狀態(tài)d擁有相同的狀態(tài)轉換路徑，所以可以將狀態(tài)c和狀態(tài)d合并為同一個狀態(tài)c，化簡后得到相應的狀態(tài)轉換圖和狀態(tài)轉換表，見圖2.2.2.A：