1、引言

在單片機應用領域中，人機交互的途徑和方式靈活多樣，但鍵盤輸人仍然是最常見、最重要的方法。通常實現鍵盤接口的方式有：直接輸入、矩陣結構、A/D方式、鍵盤和顯示復用、并行擴展、串口擴充以及用鍵盤和顯示專用控制器件。本設計使用A/D轉換的方法，其硬件電路簡單，按鍵電路與MCU的連線少，易修改，而且可以節省MCU有限的I/0資源。但在處理按鍵數目較多的情況時，往往會出現按鍵不可靠的問題，如按鍵沒有任何反映，按鍵功能交叉。本文除了給出A/D按鍵的硬件電路外．著重介紹利用軟件技巧來實現可靠的鍵盤接口。

2、硬件設計

本設計選用的單片機是基于AVR增強型RISC結構的低功耗8位CMOS微控制器ATmegal68。該微控制器具有8個10位帶采樣保持電路的逐次逼近型ADC，以確保在轉換過程中輸入ADC的電壓保持恒定。A/D轉換按鍵的具體硬件電路如圖l所示。A/D轉換的方法不僅成本低、功耗少、體積小、布線靈活，而且與帶MCU的主板的連接非常簡單， 只需提供信號線和地線。

當按鍵接通或斷開時，ATmega168通過A/D轉換后對讀取的電壓值比較判斷便可識別是否有按鍵按下。無按鍵按下時電路完全斷開，符合低功耗設計的原則。這種結構的鍵盤具有自然的優先權，即某個按鍵按下后，其后的按鍵均無效。對于組合按鍵的輸入，則通過將其中的按鍵分別與不同的A/D口相連來實現。圖1中電容Cl的作用是消除干擾信號。

3、 軟件設計

軟件設計是加轉換按鍵處理的核心，一旦檢測的A/D值不準，按鍵操作就會產生誤動作和不動作，按鍵數目達到二三十個時，這種現象會經常出現，針對此種情況，本文在軟件設計中做相應的技巧處理，按鍵處理程序的軟件設計流程如圖2所示。

首先，電阻阻值的選擇決定了按鍵的數目，考慮到電壓誤差、電阻精度等因素，R0的阻值不能太小。由實驗得知，R0的阻值為20 kΩ～100 kΩ比較合適。ATmega168的A/D轉換精度為10位，為提高按鍵分辨率，并保證按鍵的準確性，本設計只用高8位，而且設定相鄰按鍵鍵值的差值一致，也就是將256等區間劃分，這樣可以實現較多的按鍵。然后根據定義好的鍵值用電阻箱確定相應阻值。該程序每隔2 ms處理一次，每次采樣一次，共采樣6次，所以確定一次平均鍵值需要12 ms。延時去抖是通過再次求平均鍵值完成，故確定按鍵是按下還是釋放需要24 ms，這樣不僅可以保證按鍵可靠，而且無需再加延時去抖過程。當采樣6次后進行數字濾波，舍去其中的最大值和最小值，并且判斷最大值與最小值之差是否超過2，是則認為無鍵按下，否則就將其余的4個采樣值求平均值。當按鍵數目較多時，為提高按鍵處理程序的速度，在鍵值確定和按鍵識別程序中采用二分法，即先與中間鍵鍵值比較，如果所得鍵值比其A/D值小則與前面按鍵的鍵值比較，否則與后面按鍵比較。考慮到電壓波動、電阻精度以及人為操作等各方面因素的影響，對凡是符合每個鍵值±l區間的平均值都認為是正確的按鍵識別，否則為無鍵按下。

以下是用匯編語言編寫的按鍵處理程序代碼。經過實際裝機測試，該方法效果很好，按鍵控制靈敏而且可靠、準確無誤。

4 、結束語

以上設計方案應用在帶有30個按鍵的美式按摩椅上，取得了很好的效果，惟一不足之處在于，帶有按鍵接口的PCB板必須在灰塵較小的環境中使用或者采用外殼裝配，因為頻繁的操作按鍵，會使大量的灰塵沉積在按鍵開關的觸點表面使其接觸電阻增大，最終導致按鍵A/D值偏離。

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