C语言如何消除按键抖动

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@小白创作中心

C语言如何消除按键抖动

引用

来源

https://docs.pingcode.com/baike/969921

在嵌入式系统开发中，按键抖动是一个常见的问题。当机械按键被按下或释放时，由于接触不稳定，可能会产生多次触发信号，导致程序误判。本文将详细介绍几种常用的按键抖动消除方法，包括硬件去抖、软件去抖（时间延迟法和多次采样法）、状态机法以及结合硬件和软件的方法，并通过C语言代码示例帮助读者更好地理解这些解决方案。

C语言消除按键抖动的几个方法包括：硬件去抖、软件去抖、时间延迟法、状态机法。其中，软件去抖是最常用的一种方法，因为它灵活且易于实现。软件去抖的方法通过在按键检测过程中加入适当的延迟，或者通过多次读取按键状态来判断按键是否被稳定按下，从而滤除抖动现象。下面我们将详细讨论如何在C语言中实现这些方法。

一、硬件去抖

硬件去抖是通过增加硬件电路来滤除按键抖动。这种方法虽然一次性解决，但需要额外的硬件资源。

使用电容和电阻

在按键和微控制器之间串联一个电阻，然后并联一个电容。当按键按下或释放时，电容的充放电过程会平滑电压变化，从而滤除抖动。

硬件去抖电路设计

在按键和接地之间连接一个电阻。
在按键和微控制器引脚之间连接一个电容。
通过调整电阻和电容的值来控制去抖时间常数。

这种方法的优点是无需占用CPU资源，但缺点是需要额外的硬件设计和成本。

二、软件去抖

软件去抖是通过编程实现滤除按键抖动的方法。以下是几种常见的实现方式：

时间延迟法

时间延迟法是最简单的去抖方法，通过在按键检测中加入适当的延迟来稳定按键状态。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h> // 用于usleep函数  
#define KEY_PIN 1 // 假设按键连接在引脚1  

int readKeyState() {  
    // 读取按键状态的函数，返回1表示按下，0表示未按下  
    return digitalRead(KEY_PIN);  
}  

int main() {  
    int keyState = 0;  
    int lastKeyState = 0;  
    while (1) {  
        keyState = readKeyState();  
        if (keyState != lastKeyState) {  
            usleep(20000); // 延迟20毫秒  
            keyState = readKeyState();  
            if (keyState != lastKeyState) {  
                lastKeyState = keyState;  
                if (keyState == 1) {  
                    printf("Key Pressed\n");  
                } else {  
                    printf("Key Released\n");  
                }  
            }  
        }  
    }  
    return 0;  
}

多次采样法

多次采样法通过连续多次读取按键状态，如果多次读取的结果一致，则认为按键状态稳定。

#include <stdio.h>
#define KEY_PIN 1 // 假设按键连接在引脚1  
#define SAMPLES 5 // 采样次数  

int readKeyState() {  
    // 读取按键状态的函数，返回1表示按下，0表示未按下  
    return digitalRead(KEY_PIN);  
}  

int main() {  
    int keyState = 0;  
    int lastKeyState = 0;  
    int stableCount = 0;  
    while (1) {  
        int currentKeyState = readKeyState();  
        if (currentKeyState == lastKeyState) {  
            stableCount++;  
        } else {  
            stableCount = 0;  
        }  
        if (stableCount >= SAMPLES) {  
            if (keyState != lastKeyState) {  
                keyState = lastKeyState;  
                if (keyState == 1) {  
                    printf("Key Pressed\n");  
                } else {  
                    printf("Key Released\n");  
                }  
            }  
            stableCount = 0; // 重置稳定计数  
        }  
        lastKeyState = currentKeyState;  
    }  
    return 0;  
}

三、状态机法

状态机法通过定义按键的不同状态来判断按键是否被稳定按下。这种方法更为复杂，但更灵活且可靠。

状态机实现

定义按键的不同状态，如“未按下”、“按下等待确认”、“按下确认”、“释放等待确认”等。
根据按键状态和当前读取到的按键值进行状态转移。
当按键状态转移到稳定状态时，认为按键状态有效。

#include <stdio.h>
#define KEY_PIN 1 // 假设按键连接在引脚1  

typedef enum {  
    KEY_IDLE,  
    KEY_DEBOUNCE,  
    KEY_PRESSED,  
    KEY_RELEASED  
} KeyState;  

int readKeyState() {  
    // 读取按键状态的函数，返回1表示按下，0表示未按下  
    return digitalRead(KEY_PIN);  
}  

int main() {  
    KeyState keyState = KEY_IDLE;  
    int debounceCounter = 0;  
    const int debounceThreshold = 5;  

    while (1) {  
        int currentKeyState = readKeyState();  
        switch (keyState) {  
            case KEY_IDLE:  
                if (currentKeyState == 1) {  
                    keyState = KEY_DEBOUNCE;  
                    debounceCounter = 0;  
                }  
                break;  
            case KEY_DEBOUNCE:  
                if (currentKeyState == 1) {  
                    if (++debounceCounter >= debounceThreshold) {  
                        keyState = KEY_PRESSED;  
                        printf("Key Pressed\n");  
                    }  
                } else {  
                    keyState = KEY_IDLE;  
                }  
                break;  
            case KEY_PRESSED:  
                if (currentKeyState == 0) {  
                    keyState = KEY_RELEASED;  
                    debounceCounter = 0;  
                }  
                break;  
            case KEY_RELEASED:  
                if (currentKeyState == 0) {  
                    if (++debounceCounter >= debounceThreshold) {  
                        keyState = KEY_IDLE;  
                        printf("Key Released\n");  
                    }  
                } else {  
                    keyState = KEY_PRESSED;  
                }  
                break;  
        }  
    }  
    return 0;  
}