基于器ATmegal68微控制器和A/D转换方式实现可靠键盘接口的设计
1、引言
在单片机应用领域中，人机交互的途径和方式灵活多样，但键盘输人仍然是最常见、最重要的方法。通常实现键盘接口的方式有：直接输入、矩阵结构、a/d方式、键盘和显示复用、并行扩展、串口扩充以及用键盘和显示专用控制器件。本设计使用a/d转换的方法，其硬件电路简单，按键电路与mcu的连线少，易修改，而且可以节省mcu有限的i/0资源。但在处理按键数目较多的情况时，往往会出现按键不可靠的问题，如按键没有任何反映，按键功能交叉。本文除了给出a/d按键的硬件电路外．着重介绍利用软件技巧来实现可靠的键盘接口。
2、硬件设计
本设计选用的单片机是基于avr增强型risc结构的低功耗8位cmos微控制器atmegal68。该微控制器具有8个10位带采样保持电路的逐次逼近型adc，以确保在转换过程中输入adc的电压保持恒定。a/d转换按键的具体硬件电路如图l所示。a/d转换的方法不仅成本低、功耗少、体积小、布线灵活，而且与带mcu的主板的连接非常简单， 只需提供信号线和地线。
当按键接通或断开时，atmega168通过a/d转换后对读取的电压值比较判断便可识别是否有按键按下。无按键按下时电路完全断开，符合低功耗设计的原则。这种结构的键盘具有自然的优先权，即某个按键按下后，其后的按键均无效。对于组合按键的输入，则通过将其中的按键分别与不同的a/d口相连来实现。图1中电容cl的作用是消除干扰信号。
3、 软件设计
软件设计是加转换按键处理的核心，一旦检测的a/d值不准，按键操作就会产生误动作和不动作，按键数目达到二三十个时，这种现象会经常出现，针对此种情况，本文在软件设计中做相应的技巧处理，按键处理程序的软件设计流程如图2所示。
首先，电阻阻值的选择决定了按键的数目，考虑到电压误差、电阻精度等因素，r0的阻值不能太小。由实验得知，r0的阻值为20 kω～100 kω比较合适。atmega168的a/d转换精度为10位，为提高按键分辨率，并保证按键的准确性，本设计只用高8位，而且设定相邻按键键值的差值一致，也就是将256等区间划分，这样可以实现较多的按键。然后根据定义好的键值用电阻箱确定相应阻值。该程序每隔2 ms处理一次，每次采样一次，共采样6次，所以确定一次平均键值需要12 ms。延时去抖是通过再次求平均键值完成，故确定按键是按下还是释放需要24 ms，这样不仅可以保证按键可靠，而且无需再加延时去抖过程。当采样6次后进行数字滤波，舍去其中的最大值和最小值，并且判断最大值与最小值之差是否超过2，是则认为无键按下，否则就将其余的4个采样值求平均值。当按键数目较多时，为提高按键处理程序的速度，在键值确定和按键识别程序中采用二分法，即先与中间键键值比较，如果所得键值比其a/d值小则与前面按键的键值比较，否则与后面按键比较。考虑到电压波动、电阻精度以及人为操作等各方面因素的影响，对凡是符合每个键值±l区间的平均值都认为是正确的按键识别，否则为无键按下。
以下是用汇编语言编写的按键处理程序代码。经过实际装机测试，该方法效果很好，按键控制灵敏而且可靠、准确无误。
4 、结束语
以上设计方案应用在带有30个按键的美式按摩椅上，取得了很好的效果，惟一不足之处在于，带有按键接口的pcb板必须在灰尘较小的环境中使用或者采用外壳装配，因为频繁的操作按键，会使大量的灰尘沉积在按键开关的触点表面使其接触电阻增大，最终导致按键a/d值偏离。
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2、硬件设计
本设计选用的单片机是基于avr增强型risc结构的低功耗8位cmos微控制器atmegal68。该微控制器具有8个10位带采样保持电路的逐次逼近型adc，以确保在转换过程中输入adc的电压保持恒定。a/d转换按键的具体硬件电路如图l所示。a/d转换的方法不仅成本低、功耗少、体积小、布线灵活，而且与带mcu的主板的连接非常简单， 只需提供信号线和地线。
当按键接通或断开时，atmega168通过a/d转换后对读取的电压值比较判断便可识别是否有按键按下。无按键按下时电路完全断开，符合低功耗设计的原则。这种结构的键盘具有自然的优先权，即某个按键按下后，其后的按键均无效。对于组合按键的输入，则通过将其中的按键分别与不同的a/d口相连来实现。图1中电容cl的作用是消除干扰信号。
3、 软件设计
软件设计是加转换按键处理的核心，一旦检测的a/d值不准，按键操作就会产生误动作和不动作，按键数目达到二三十个时，这种现象会经常出现，针对此种情况，本文在软件设计中做相应的技巧处理，按键处理程序的软件设计流程如图2所示。
首先，电阻阻值的选择决定了按键的数目，考虑到电压误差、电阻精度等因素，r0的阻值不能太小。由实验得知，r0的阻值为20 kω～100 kω比较合适。atmega168的a/d转换精度为10位，为提高按键分辨率，并保证按键的准确性，本设计只用高8位，而且设定相邻按键键值的差值一致，也就是将256等区间划分，这样可以实现较多的按键。然后根据定义好的键值用电阻箱确定相应阻值。该程序每隔2 ms处理一次，每次采样一次，共采样6次，所以确定一次平均键值需要12 ms。延时去抖是通过再次求平均键值完成，故确定按键是按下还是释放需要24 ms，这样不仅可以保证按键可靠，而且无需再加延时去抖过程。当采样6次后进行数字滤波，舍去其中的最大值和最小值，并且判断最大值与最小值之差是否超过2，是则认为无键按下，否则就将其余的4个采样值求平均值。当按键数目较多时，为提高按键处理程序的速度，在键值确定和按键识别程序中采用二分法，即先与中间键键值比较，如果所得键值比其a/d值小则与前面按键的键值比较，否则与后面按键比较。考虑到电压波动、电阻精度以及人为操作等各方面因素的影响，对凡是符合每个键值±l区间的平均值都认为是正确的按键识别，否则为无键按下。
以下是用汇编语言编写的按键处理程序代码。经过实际装机测试，该方法效果很好，按键控制灵敏而且可靠、准确无误。
4 、结束语
以上设计方案应用在带有30个按键的美式按摩椅上，取得了很好的效果，惟一不足之处在于，带有按键接口的pcb板必须在灰尘较小的环境中使用或者采用外壳装配，因为频繁的操作按键，会使大量的灰尘沉积在按键开关的触点表面使其接触电阻增大，最终导致按键a/d值偏离。
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