“簡 介： 利用單片機的ADC端口，可以讀取多個按鈕的狀態(tài)。在設(shè)計過程中，需要綜合考慮到按扭的個數(shù)與讀取的可靠性，特別是對選擇電阻的阻值進(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長的引線與單片機電路相連，還需要對接口電路進(jìn)行保護(hù)以提高電路的EMC特性。
關(guān)鍵詞： MCU，ADC，按鍵
??按鍵是單片機系統(tǒng)中人機交互常用到的方法，通常情況下，通過普通的IO端口可以獲得按鍵開關(guān)狀態(tài)。在某些電子系統(tǒng)設(shè)計中，如果碰到按鈕比較多，但單片機的IO口不夠使用的時候，則需要通過端口擴展的方式來增加讀取按鈕的數(shù)量。比如通過并串轉(zhuǎn)換芯片，8-3編碼芯片等等。
??今天看到 公眾號 電路啊 中的一篇推文：電視機的按鍵功能是用什么電路實現(xiàn)的？經(jīng)典ADC按鍵電路[1] 介紹了在一款電視機中，采用單個ADC端口來讀取多個按鈕狀態(tài)的方法。
??按鍵面板中的三個引線中，其中一個是電路地線，另外兩個是信號線，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3.3kΩ的電阻接到電源（3.3V）。在面板上，有多個按鈕與電阻的串聯(lián)之后連接在信號線與地線之間。
??并聯(lián)在 一起的按鈕所串聯(lián)的電阻不同，所以每個按鈕按下之后，信號線的電壓就是上拉電阻與按鍵串聯(lián)電阻對電源的分壓。由于每個按鍵串聯(lián)電阻不同，所以對應(yīng)信號線電壓也就不同了。經(jīng)過單片機ADC讀取電壓值之后，在與事先確定下的每個按鍵分壓范圍進(jìn)行對比，從而可以確定是哪一個按鈕被按下。
【表1-1-1 不同按鍵對應(yīng)的電壓】
| SW1 | SW2 | SW3 | SW4 |
|---|---|---|---|
| 75 ohm | 1000 ohm | 3300 ohm | 6800 ohm |
| 0.07 V | 0.77 V | 1.65 V | 2.22 V |
??根據(jù)上述原理，一條ADC端口可以讀取按鈕的個數(shù)是非常多的，它的上限受到以下因素影響：
??為了可靠的通過ADC讀取的模擬分壓電壓來確定按鍵，需要合理選擇分壓電阻，使得每個按鍵所對應(yīng)的電壓之間的間隔越大越好。在上述實際設(shè)計的電路中，每個ADC端口只讀取了四個按鈕的狀態(tài)，總共采用了兩個ADC端口讀取了7個（< 8個）按鍵狀態(tài)。
??由于按鍵板與電路主板之間通過三根線連接，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來消除靜電、電磁干擾對主控板的影響。
??對于電路中的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)定時間。不能夠為了降低噪聲一味增加RC時間常數(shù)，還需要考慮按鍵動作時，對應(yīng)的分壓信號達(dá)到穩(wěn)定的過渡時間的大小。
??在前面案例中，每個ADC只讀取四個按鍵，下面給出一些可以讀取更多按鍵的方案。
??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。
??按照電路中的電阻參數(shù)，可以計算出每個按鍵對應(yīng)的信號分壓電壓值：
【表2-1-1 八個按鍵對應(yīng)的信號電壓】
| SW1 | SW2 | SW3 | SW4 | SW5 | SW6 | SW7 | SW8 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 ohm | 510 ohm | 680 ohm | 1000 ohm | 1200 ohm | 2200 ohm | 4700 ohm | 15000 ohm |
| 0.00 V | 0.32 V | 0.67 V | 1.05 V | 1.38 V | 1.79 V | 2.27 V | 2.78 V |
??在這個電路中，后面按鍵對應(yīng)的電阻值是由前面所有串聯(lián)電阻累加和。
??這個電路的巧妙之處在于，按鍵具有優(yōu)先級之分。假設(shè)按下了按鍵SW1，那么再按下SW2-SW8中的任何一個都是不起作用的，即SW1的優(yōu)先級最高，SW2次之，以此類推。
??上面電路中不允許使用組合按鍵，即通過兩個或者兩個 以上的按摩同時按下代表更多的功能。
??下面電路中，只使用3按鈕便可以獲得8個狀態(tài)的輸入。
??需要通過適當(dāng)選擇的阻值，使得八種不同的按鍵組合，所得到的八個電壓之間的間隔最大，這樣才能夠保證ADC通過分壓數(shù)值確定狀態(tài)時更加可靠。
??利用程序?qū)?span style="cursor:pointer;">進(jìn)行搜索，搜索范圍（100,10k），搜索步長：50歐姆。可以獲得一組最優(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']
??利用單片機的ADC端口，可以讀取多個按鈕的狀態(tài)。在設(shè)計過程中，需要綜合考慮到按扭的個數(shù)與讀取的可靠性，特別是對選擇電阻的阻值進(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長的引線與單片機電路相連，還需要對接口電路進(jìn)行保護(hù)以提高電路的EMC特性。
電視機的按鍵功能是用什么電路實現(xiàn)的？經(jīng)典ADC按鍵電路:?https://mp.weixin.qq.com/s/RN3kj0d4isf4XCu98DIIjA
以下是“電路啊”的補充：
????????這種ADC按鍵電路在電視機中大量使用，導(dǎo)致了一些問題：按鍵在磨損或氧化后可能會出現(xiàn)導(dǎo)通電阻變大，進(jìn)而導(dǎo)致ADC按鍵出現(xiàn)失靈、功能混亂的現(xiàn)象。
????????那為什么還在電視機中大量使用？
??????? 1、首先是可以節(jié)省電視機主控芯片的IO口；
??????? 2、其次是電視機的按鍵功能較少被使用，一般使用遙控器，問題相對不容易暴露；
??????? 3、最后是可以節(jié)省按鍵電路的成本？這個由于沒有仔細(xì)對比核算，不好下定論。但這種ADC按鍵電路多年來確實在電視機中大量使用，似乎已經(jīng)成為一種慣例，所以是因為慣例而沿用？歡迎大家討論！
