利用單片機(jī)的ADC端口，可以讀取多個(gè)按鈕的狀態(tài)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要綜合考慮到按扭的個(gè)數(shù)與讀取的可靠性，特別是對(duì)選擇電阻的阻值進(jìn)行優(yōu)化，使得不同分壓數(shù)值之間相差最大。如果按鍵面板需要通過(guò)長(zhǎng)的引線與單片機(jī)電路相連，還需要對(duì)接口電路進(jìn)行保護(hù)以提高電路的EMC特性。

01 讀取按鍵

按鍵是單片機(jī)系統(tǒng)中人機(jī)交互常用到的方法，通常情況下，通過(guò)普通的IO端口可以獲得按鍵開(kāi)關(guān)狀態(tài)。在某些電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，如果碰到按鈕比較多，但單片機(jī)的IO口不夠使用的時(shí)候，則需要通過(guò)端口擴(kuò)展的方式來(lái)增加讀取按鈕的數(shù)量。比如通過(guò)并串轉(zhuǎn)換芯片，8-3編碼芯片等等。

今天看到 公眾號(hào)電路啊中的一篇推文：電視機(jī)的按鍵功能是用什么電路實(shí)現(xiàn)的？經(jīng)典ADC按鍵電路[1] 介紹了在一款電視機(jī)中，采用單個(gè)ADC端口來(lái)讀取多個(gè)按鈕狀態(tài)的方法。

一、電路原理

1、電路原理圖

按鍵面板中的三個(gè)引線中，其中一個(gè)是電路地線，另外兩個(gè)是信號(hào)線，分別接入主板中MCU的兩路ADC端口。這兩條線在主板上都通過(guò)3.3kΩ的電阻接到電源（3.3V）。在面板上，有多個(gè)按鈕與電阻的串聯(lián)之后連接在信號(hào)線與地線之間。

▲ 圖1.1.1 工作原理說(shuō)明圖

并聯(lián)在 一起的按鈕所串聯(lián)的電阻不同，所以每個(gè)按鈕按下之后，信號(hào)線的電壓就是上拉電阻與按鍵串聯(lián)電阻對(duì)電源的分壓。由于每個(gè)按鍵串聯(lián)電阻不同，所以對(duì)應(yīng)信號(hào)線電壓也就不同了。經(jīng)過(guò)單片機(jī)ADC讀取電壓值之后，在與事先確定下的每個(gè)按鍵分壓范圍進(jìn)行對(duì)比，從而可以確定是哪一個(gè)按鈕被按下。

【表1-1-1 不同按鍵對(duì)應(yīng)的電壓】

2、按鍵個(gè)數(shù)

根據(jù)上述原理，一條ADC端口可以讀取按鈕的個(gè)數(shù)是非常多的，它的上限受到以下因素影響：

單片機(jī)ADC分辨率；

分壓信號(hào)的穩(wěn)定性和噪聲范圍；

機(jī)械按鍵接觸電阻；

分壓電阻偏差與穩(wěn)定性等。

為了可靠的通過(guò)ADC讀取的模擬分壓電壓來(lái)確定按鍵，需要合理選擇分壓電阻，使得每個(gè)按鍵所對(duì)應(yīng)的電壓之間的間隔越大越好。在上述實(shí)際設(shè)計(jì)的電路中，每個(gè)ADC端口只讀取了四個(gè)按鈕的狀態(tài)，總共采用了兩個(gè)ADC端口讀取了7個(gè)（< 8個(gè)）按鍵狀態(tài)。

二、電路改進(jìn)

1、增加接口可靠性

由于按鍵板與電路主板之間通過(guò)三根線連接，為了提高電路工作的可靠性，在按鍵電路接口中增加了R、C、TVS來(lái)消除靜電、電磁干擾對(duì)主控板的影響。

▲ 圖1.2.1 增加有提高EMC接口電路

對(duì)于電路中的RC濾波器件參數(shù)選擇，需要綜合考慮濾除噪聲的頻率范圍以及電路穩(wěn)定時(shí)間。不能夠?yàn)榱私档驮肼曇晃对黾覴C時(shí)間常數(shù)，還需要考慮按鍵動(dòng)作時(shí)，對(duì)應(yīng)的分壓信號(hào)達(dá)到穩(wěn)定的過(guò)渡時(shí)間的大小。

02 更多按鍵

在前面案例中，每個(gè)ADC只讀取四個(gè)按鍵，下面給出一些可以讀取更多按鍵的方案。

一、八個(gè)按鍵

1、電路原理圖

下面是在推文經(jīng)典ADC按鍵電路[2]中給出的已經(jīng)批量應(yīng)用的八按鍵ADC讀取電路配置方案。

▲ 圖2.1.1 被批量使用的八個(gè)按鍵方案

2、按鍵對(duì)應(yīng)的電壓值

按照電路中的電阻參數(shù)，可以計(jì)算出每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)的信號(hào)分壓電壓值：

【表2-1-1 八個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)的信號(hào)電壓】

▲ 圖2.1.2 八個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)的信號(hào)電壓

3、方案特點(diǎn)

在這個(gè)電路中，后面按鍵對(duì)應(yīng)的電阻值是由前面所有串聯(lián)電阻累加和。

這個(gè)電路的巧妙之處在于，按鍵具有優(yōu)先級(jí)之分。假設(shè)按下了按鍵SW1，那么再按下SW2-SW8中的任何一個(gè)都是不起作用的，即SW1的優(yōu)先級(jí)最高，SW2次之，以此類(lèi)推。

二、組合按鍵

上面電路中不允許使用組合按鍵，即通過(guò)兩個(gè)或者兩個(gè) 以上的按摩同時(shí)按下代表更多的功能。

1、三個(gè)按鍵組合輸入

下面電路中，只使用3按鈕便可以獲得8個(gè)狀態(tài)的輸入。

▲ 圖2.2.1 利用電阻組合完成多個(gè)多個(gè)按鈕輸入

需要通過(guò)適當(dāng)選擇的阻值，使得八種不同的按鍵組合，所得到的八個(gè)電壓之間的間隔最大，這樣才能夠保證ADC通過(guò)分壓數(shù)值確定狀態(tài)時(shí)更加可靠。

利用程序?qū)M(jìn)行搜索，搜索范圍（100,10k），搜索步長(zhǎng)：50歐姆?？梢垣@得一組最優(yōu)電阻取值：

最小的電壓間隔為：0.152V。

下面是八種按鍵組合所得到的電壓，從小到大的電壓值。

['1.19V', '1.37V', '1.53V', '1.68V', '1.83V', '2.05V', '2.43V', '3.30V']

※ 總??結(jié) ※

利用單片機(jī)的ADC端口，可以讀取多個(gè)按鈕的狀態(tài)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要綜合考慮到按扭的個(gè)數(shù)與讀取的可靠性，特別是對(duì)選擇電阻的阻值進(jìn)行優(yōu)化，使得不同分壓數(shù)值之間相差最大。

如果按鍵面板需要通過(guò)長(zhǎng)的引線與單片機(jī)電路相連，還需要對(duì)接口電路進(jìn)行保護(hù)以提高電路的EMC特性。

審核編輯：劉清