输入检测代码部分
034.3.2 输入检测代码部分
/*
* 源码位置：源码/2、51单片机部分/2、51单片机教学篇/代码/3.2输入检测/main.c。
* 整体目的：轮询两个低电平有效的板载按键和光敏模块 DO，并分别控制 LED1、LED2、LED3。
* 按键策略：检测按下后延时约 20ms，阻塞等待松手，再延时约 20ms，最后只翻转一次对应 LED。
* 光敏策略：SUN 为 0 时令低电平有效的 LED3 熄灭，SUN 为 1 时点亮 LED3，形成“亮处关灯、暗处开灯”的效果。
* 时序限制：Delay20ms() 是按 11.0592MHz 和课程所选 STC89 指令集生成的忙等待，按住任一按键时其他输入暂停检测。
*/
#include "reg52.h" /* 引入 Keil C51 的 8052 特殊功能寄存器声明，使程序可以使用 P1、P3 等寄存器名称。 */
//#include <intrins.h>
sbit LED1 = P1^0; /* 将 LED1 绑定到 P1.0；本板 LED 低电平有效，因此写 0 点亮、写 1 熄灭。 */
sbit LED2 = P1^1; /* 将 LED2 绑定到 P1.1，供 KEY2 的事件处理代码单独翻转第 2 盏灯。 */
sbit LED3 = P1^2; /* 将 LED3 绑定到 P1.2，作为光敏模块数字判断结果的输出指示灯。 */
sbit LED4 = P1^3; /* 将 LED4 绑定到 P1.3；定义保留了完整板级映射，但当前程序没有使用 LED4。 */
sbit KEY1 = P3^2; /* 将板载按键 K1 绑定到 P3.2；按下时开关把引脚接到 GND，所以读到 0。 */
sbit KEY2 = P3^3; /* 将板载按键 K2 绑定到 P3.3；松开时端口保持高电平，按下时变为低电平。 */
sbit SUN = P3^7; /* 将光敏模块 DO 绑定到 P3.7；这里读取的是阈值比较后的数字量，不是 AO 模拟电压。 */
void Delay20ms(void) // @11.0592MHz
{ /* 固定延时函数体开始，每次调用会让 CPU 忙等待约 20ms。 */
unsigned char data i, j; /* 定义两个 8 位无符号计数器，并用 data 指定片内直接寻址 RAM。 */
i = 36; /* 装入外层循环计数初值，与 j 和各条指令耗时共同决定延时时长。 */
j = 217; /* 装入内层循环计数初值，让下面的空循环通过递减消耗 CPU 时间。 */
do /* 开始由 i 控制的后判断循环，保证循环体至少执行一次。 */
{ /* 外层延时循环体开始。 */
while (--j); /* 先将 j 减 1，结果非 0 就继续空转；末尾分号表示循环体有意为空。 */
} while (--i); /* 一轮 j 计数结束后递减 i；j 会利用 8 位无符号回绕完成后续计数。 */
} /* 约 20ms 忙等待结束，CPU 返回调用处继续执行。 */
void main() /* 定义 Keil C51 应用程序入口；芯片启动代码完成初始化后进入这里。 */
{ /* 主函数体开始。 */
while (1) /* 永久轮询三个输入，使程序持续响应按键和环境光变化。 */
{ /* 主循环的一轮开始。 */
if (KEY1 == 0) /* 读取 P3.2；等于 0 表示低电平有效的 K1 可能已被按下。 */
{ /* KEY1 按键事件处理开始。 */
Delay20ms(); /* 先等待约 20ms，避开机械触点闭合初期的抖动。 */
while (KEY1 == 0); // while(1);松手检查
Delay20ms(); /* 松手后再等待约 20ms，过滤触点释放时产生的抖动。 */
LED1 = ~LED1; /* 完成一次按下并松开后翻转 P1.0，使 LED1 只改变一次亮灭状态。 */
} /* KEY1 按键事件处理结束。 */
if (KEY2 == 0) /* 读取 P3.3；等于 0 表示低电平有效的 K2 可能已被按下。 */
{ /* KEY2 按键事件处理开始。 */
Delay20ms(); /* 等待约 20ms，过滤 K2 按下瞬间的触点抖动。 */
while (KEY2 == 0); // while(1);松手检查
Delay20ms(); /* 检测到松手后再次延时约 20ms，过滤释放抖动。 */
LED2 = ~LED2; /* 翻转 P1.1，使每次完整操作 K2 后 LED2 切换一次状态。 */
} /* KEY2 按键事件处理结束。 */
if (SUN == 0) /* 读取 P3.7；本实验模块在光线较强、超过阈值时把 DO 拉低。 */
{ /* 光敏模块 DO 为低电平时的分支开始。 */
LED3 = 1; /* 将 P1.2 置高；因 LED3 低电平有效，此操作会在亮处熄灭 LED3。 */
} /* SUN 为 0 的处理分支结束。 */
else /* SUN 不为 0 时进入此分支，对应本实验中光线较弱的状态。 */
{ /* 光敏模块 DO 为高电平时的分支开始。 */
LED3 = 0; /* 将 P1.2 拉低以点亮 LED3，模拟环境变暗后自动开启路灯。 */
} /* SUN 为高电平的处理分支结束。 */
} /* 一轮输入检测结束，立即回到 while 顶部重新采样。 */
} /* 主函数的语法边界；正常运行时不会越过内部无限循环返回。 */
一、输入检测代码部分
本节使用 3.2输入检测 工程，实现两个按键的单次触发和光敏模块的数字量检测。程序持续读取 P3.2、P3.3 和 P3.7，再分别控制 LED1、LED2 和 LED3。
flowchart LR
A[KEY1 / P3.2] --> D[按下与松手检测]
B[KEY2 / P3.3] --> D
D --> E[每次完整按压只产生一个事件]
E --> F[翻转 LED1 / LED2]
C[光敏模块 DO / P3.7] --> G[持续读取数字电平]
G --> H[控制 LED3 模拟智能路灯]
开发板上的输入和输出都是低电平有效，但两者的原因不同：
- 按键按下时把 P3 端口接到 GND，所以按下读到 0。
- LED 的阳极接 +5V，阴极经过限流电阻接 P1 端口，所以 P1 输出 0 时才能形成电流回路并点亮。
1.1 按键电平检测
开发板原理图中的 SW3、SW4 分别连接 P3.2、P3.3，每个按键的另一组触点接 GND。P3 口作为准双向输入时，由内部弱上拉维持释放状态的高电平；按下按键后，端口被开关拉到地。
STC89C52
┌────────────────┐
内部弱上拉 ───┤ P3.2 / INT0 ├──── SW3 ──── GND
内部弱上拉 ───┤ P3.3 / INT1 ├──── SW4 ──── GND
└────────────────┘
按键松开：开关断开，P3.x = 1
按键按下：开关闭合，P3.x = 0
由此得到最直接的电平控制写法：
if (KEY1 == 0) /* 读取 P3.2，判断低电平有效的 K1 当前是否正被按住。 */
{ /* 按键为低电平时的分支开始。 */
LED1 = 0; /* 将 P1.0 拉低，形成 LED1 的灌电流回路，使 LED1 点亮。 */
} /* 按下分支结束。 */
else /* KEY1 不为 0，表示按键处于松开状态。 */
{ /* 按键松开分支开始。 */
LED1 = 1; /* 将 P1.0 置高，使 LED1 两端缺少足够正向压差，从而熄灭。 */
} /* 松开分支结束；这种写法让 LED 状态直接跟随按键电平。 */
这段代码让 LED1 直接跟随按键状态：按下亮，松开灭。开发板 LED1 的电路是：
+5V ── LED1 ── R8 10 kΩ ── P1.0
P1.0 = 0：+5V → LED1 → R8 → MCU 引脚 → GND，回路导通，LED1 亮
P1.0 = 1：LED 两端压差很小，电流近似为零，LED1 灭
“电平跟随”和“按一次切换一次”是两种不同需求：
| 控制方式 | 代码核心 | 按住时 | 松开后 |
|---|---|---|---|
| 电平跟随 | KEY1==0 时亮，否则灭 | LED 一直亮 | LED 灭 |
| 状态切换 | 每次有效按压执行 LED1=~LED1 | 状态只应改变一次 | 保持改变后的状态 |
如果只把状态切换写成下面这样，效果不会可靠：
if (KEY1 == 0) /* 只判断按键当前是否为低电平，没有识别一次完整的按下事件。 */
{ /* 按键保持按下时，快速主循环会反复进入这个分支。 */
LED1 = ~LED1; /* 每进入一次就翻转 LED1；按住期间会高速翻转很多次，所以最终状态不可预测。 */
} /* 本次判断结束，但主循环会立即再次判断 KEY1。 */
while(1) 主循环运行速度远快于人的动作。按键保持低电平的几十或几百毫秒内，上述语句会执行很多次，LED 被高速反复取反；最终停在亮还是灭，取决于执行次数的奇偶。同时，机械触点抖动还会产生额外的高低电平变化。因此，要实现“按一次只切换一次”，既要处理抖动，也要把持续的按下电平转换为一次完整的按压事件。
编译和烧录时应选择 3.2输入检测/Objects/mcu51.hex，并结合文件时间确认它由当前工程生成；还要核对 STC89C52RC/LE52RC 芯片型号、CH340 对应的 COM 口和开发板供电状态。烧录后先验证按下灯亮、松开灯灭的跟随效果，再验证加入松手检测后的单次切换效果。
1.2 优化按键检测
轻触按键内部依靠金属弹片接通两组触点。弹片在刚接触和刚分离时会快速振动，使电路在“通”和“断”之间跳变数次，这就是机械抖动。
理想波形和实际波形可表示为：
时间 ─────────────────────────────────────────────►
动作： 按下 松开
理想电平：1 ────────┐_____________________┌──────── 1
│ 0 │
实际电平：1 ──────── 0-1-0-1-0 ───────── 0-1-0-1 ── 1
按下抖动 稳定按住 松手抖动
抖动通常持续数毫秒到数十毫秒，具体时间取决于按键结构、磨损、按压力度和电路条件。本实验在按下和松开阶段各使用 20 ms 延时，这是常用的入门经验值，不代表所有按键的抖动时间都精确等于 20 ms；产品设计应参考器件资料或示波器实测。
按键检测需要解决两类问题：
- 抖动重复触发：一次机械动作中出现多次 0/1 跳变。
- 持续电平重复触发：即使没有抖动，按住按键时
KEY1仍会长时间等于 0，快速轮询也会重复执行取反。
有效的处理流程是：
发现 KEY1=0
│
▼
等待约 20 ms，避开按下抖动
│
▼
确认按键仍然为低电平
│
▼
等待 KEY1 变为 1，也就是等待松手
│
▼
再等待约 20 ms，避开松手抖动
│
▼
执行一次 LED1 状态翻转
上方完整源码使用了其中的延时、松手等待和状态翻转。为了进一步排除偶然出现的短低脉冲，更严谨的写法还会在第一次延时后再次确认按键仍然按下：
if (KEY1 == 0) /* 首次读到低电平，只把它视为“可能按下”，尚未立即改变 LED。 */
{ /* 首次按下判断成立后的处理开始。 */
Delay20ms(); /* 等待约 20ms，让按下阶段的机械抖动有时间稳定。 */
if (KEY1 == 0) /* 延时后再次采样；仍为低电平才确认这不是短暂干扰。 */
{ /* 二次确认按下有效后的处理开始。 */
while (KEY1 == 0); /* 按键未松开时阻塞等待，P3.2 恢复高电平后才退出空循环。 */
Delay20ms(); /* 松手后再延时约 20ms，过滤触点断开时的抖动。 */
LED1 = ~LED1; /* 一次完整且确认有效的按压结束后，仅翻转一次 LED1。 */
} /* 二次确认分支结束。 */
} /* 本次 KEY1 检测结束。 */
这个二次确认并不会改变“低电平有效”的硬件事实，只是避免将很短的干扰脉冲当成真实按压。
1.3 消抖
消抖分为软件消抖和硬件消抖。
- 软件消抖：程序检测到可能的按键动作后，延时、重复采样或通过状态机确认电平稳定。优点是不增加元件、调整方便；缺点是阻塞式延时会占用 CPU 时间。
- 硬件消抖：使用 RC 低通网络、施密特触发器或专用消抖芯片，让送入 MCU 的电平先在硬件上变得平稳。优点是不依赖主程序响应；缺点是增加元件，并且 RC 参数需要结合输入门限设计。
常见的 RC 加施密特触发器结构如下：
R1（上拉）
VCC ──────────────────/\/\/\───●────────► 施密特输入 ───► MCU
│
├── C ─── GND
│
└── R2 ─── 按键 ─── GND
释放时：C 通过 R1 充电，节点缓慢变为高电平
按下时：C 通过 R2 和按键放电，节点缓慢变为低电平
施密特输入：使用不同的上升、下降门限，避免缓慢变化的电压在门限附近反复翻转
RC 变化速度由时间常数决定，近似为 τ = R × C。例如 10 kΩ × 1 µF ≈ 10 ms，但实际的上升和下降时间还取决于 R1、R2、输入门限及器件误差。R2 还可以限制按键闭合时电容的瞬时放电电流。本开发板的 SW3、SW4 原理图没有画出专用 RC 消抖网络，因此本实验采用软件消抖。
1.3.1 例题: 按键消抖
配套程序对 KEY1 的处理顺序是：
if (KEY1 == 0) /* 捕捉 P3.2 上可能代表 K1 按下的低电平。 */
{ /* KEY1 按下处理开始。 */
Delay20ms(); /* 跳过按下初期约 20ms 的机械抖动区间。 */
while (KEY1 == 0); /* 按键仍为低电平时原地等待；末尾分号表示循环体为空，松手后才继续。 */
Delay20ms(); /* 松手后再等待约 20ms，避开释放阶段的抖动。 */
LED1 = ~LED1; /* 完成一次按下和松手后翻转 LED1，使一次操作只对应一次状态变化。 */
} /* KEY1 事件处理结束。 */
逐句理解如下：
if (KEY1 == 0)：捕捉到可能的按下动作。Delay20ms();：跳过按下初期的抖动区间。while (KEY1 == 0);：只要按键仍为低电平，就停在这个空循环里等待松手。末尾分号非常关键，它表示循环体为空。- 第二个
Delay20ms();：按键刚松开时先等待一段时间，避开松手抖动。 LED1 = ~LED1;：完整按压结束后只翻转一次 LED1。
while (KEY1 == 0); 可以理解为一个带条件的“原地等待”：
KEY1 仍为 0（手没松） ──► 继续循环，不执行后续代码
KEY1 变为 1（已经松手） ──► 退出循环，继续执行
它虽然简单，但属于阻塞式写法。按住 KEY1 时，程序无法继续扫描 KEY2 和 SUN；若需要同时处理多个输入、显示、串口等任务，应改用定时扫描状态机。
Delay20ms() 是按 11.0592 MHz 时钟和相应 STC89 指令集生成的软件延时函数。生成延时时要同时核对晶振频率、时间单位、目标指令集和编译器设置；晶振或指令周期不一致时，函数名称仍叫 20 ms，实际延时却可能不同。该函数没有调用 _nop_()，所以本工程中的 <intrins.h> 可以保持注释状态。
KEY2 的处理方式相同，只需把输入和输出对应为 KEY2、LED2：
KEY1（P3.2）──► 消抖与松手检测 ──► 翻转 LED1（P1.0）
KEY2（P3.3）──► 消抖与松手检测 ──► 翻转 LED2（P1.1）
复制代码后必须同时检查条件、等待松手的变量和对应 LED，避免出现外层判断 KEY2、内层却仍等待 KEY1 的复制错误。
1.3.2 光敏电阻检测
光敏模块的数字输出 DO 接 P3.7，所以代码定义为 sbit SUN = P3^7;。这里的 ^7 表示 P3 寄存器的第 7 位；在 Keil C51 的 sbit 语法中，符号 ^ 可通过 Shift+6 输入。
光敏模块与单片机的连接为：
光敏模块 开发板
VCC ────────────────────────── +5V
GND ────────────────────────── GND
DO ────────────────────────── P3.7 / SUN
AO ────────────────────────── 本实验不连接
模块内部的关键电路是“光敏分压 + 可调参考电压 + LM393 比较器”：
VCC VCC
│ │
[10 kΩ] [DO 上拉]
│ │
AO ───────●──────► LM393 (+) ├──── DO ──► P3.7
│ \ │
[光敏电阻] ) 比较器 ─────┘ 开集电极输出
│ /
GND VREF ─►(-)
▲
电位器在 VCC 与 GND
之间产生可调阈值
在这套模块电路中，光越强，光敏电阻阻值越小，AO 电压越低；当 AO 低于电位器设定的 VREF 时，LM393 把 DO 拉低。因此实测关系是：
| 光照状态 | 光敏电阻 | DO / SUN | 源码写入 LED3 | LED3 实际状态 |
|---|---|---|---|---|
| 光线较强 | 阻值较小 | 0 | 1 | 灭 |
| 光线较弱 | 阻值较大 | 1 | 0 | 亮 |
LED3 之所以在写 0 时点亮，是因为它同样采用 +5V → LED3 → 10 kΩ → P1.2 的低电平有效电路。最终程序为：
if (SUN == 0) /* 读取光敏模块 DO；在本次模块和阈值设置下，0 表示环境光较强。 */
{ /* SUN 为低电平时的处理分支开始。 */
LED3 = 1; // 光强：熄灭路灯
} /* 亮处关灯分支结束。 */
else /* SUN 不为 0 时，按本次实测关系视为环境光较弱。 */
{ /* SUN 为高电平时的处理分支开始。 */
LED3 = 0; // 光弱：点亮路灯
} /* 暗处开灯分支结束。 */
判断条件和 LED 赋值是成对的：也可以判断 SUN == 1 后执行 LED3 = 0，效果相同。调试未知模块时，应先观察 DO 或模块状态灯在明暗环境下的变化，再决定软件极性，不能仅凭引脚名猜测。
光敏模块的 DO 与按键一样都能作为数字输入读取，但光敏电阻没有机械触点，因此通常不需要按键式“等待松手”消抖。若光照恰好位于比较阈值附近，DO 仍可能因光线噪声和比较器门限反复跳变；可以调节电位器使工作点远离临界位置，或在程序中采用多次采样确认、时间滤波和迟滞判断。