基于AVR微控制器的ADC按键设计技巧

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「1」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「2」

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「3」。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「4」,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「5.6」,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。