由一个按键程序引发的思考（上）

  说起按键程序，只要会单片机的肯定都很熟悉。一般开始学习单片机的时候，入门程序基本都是LED灯和按键。那么这个按键程序有什么特别的吗，还需要专门去思考吗？如果我刚开始学单片机的时候也会这么想，但是随着项目的积累，经验的增加，越来越觉得复杂的事情简单做，简单的事情复杂做,这句话很有哲理，越是看起来简单的事情，真正做好却很不容易。下面就抽丝剥茧的来慢慢分析下这个按键程序有什么特别之处。

  首先来看一下按键的硬件原理图。

  这是一个很常见的按键硬件连接图，电源接一个上拉电阻，在接按键，按键的另一端接地，电阻和按键的连接点接到单片机的IO口。按键未按下的时候输出高电平，当按键按下的时候输出低电平。由于按键是机械开关，所以在按下的一瞬间可能会产生毛刺。按键的实际波形如下：

  由于按键在按下或者弹起的瞬间会产生毛刺，所以在写程序判断的时候，需要加上10ms的延时。如果10ms后按键依然是低电平就认为按键有效，否则就认为出现了干扰，按键无效。

u8 key_scan(void)
{
	if(key==0)
	{
		delay_ms(10);
		if(key==0)
			return 1;
		else
			return 0;
	}
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

  这种是很常见的方法，使用起来也最简单。看起来也没什么问题，现在将问题复杂化一下。假设按键被用户按下了一次，那么会有以下这些情况。

  第一种情况是正常按键按下时间大概0.2秒左右，第二种情况是按键的时间非常短只有0.02秒，第三种情况是持续按下2秒。那么这三种情况都会被程序正常识别到。但是程序运行的结果可能会出现不同的效果。

  假如现在的程序实现的功能是，在主程序中循环检测按键，如果发现按键按下，就让LED灯的状态翻转一下。也就是按一下按键LED灯亮，再按一下按键LED灯灭。程序执行流程如下。

void main(void)
{
	char value = 0;
	while(1)
	{
		value = key_scan();
		if(value)
			LED = !LED;
	}
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

  在主函数中一直循环检测按键，如果有按键按下，那么就翻转LED灯的状态。在实际测试过程中会发现按键有时候好像不怎么灵敏，当LED灯亮的时候，按一下按键，LED灯还是亮的。如果用示波器观察LED灯的波形，会发现按键按下一次时，LED的状态会翻转很多次。

  按键按下的时候越长，LED翻转的次数越多。LED最后是亮还是灭就得靠运气了，通过按键很难控制一下灭，一下亮。那么为什么会出现这种情况。下面就根据波形分析一下程序执行的流程。

  由于主程序干的事情很少，所以代码消耗的时间，主要是在按键检测的10ms中，也就是主程序基本10ms就能执行完一圈。假如按键按下的时间比较长，当按键程序检测完成之后，LED灯的状态也翻转了，此时按键依然没有弹起，那么程序会再次进入按键检测函数中。此时会再次检测到按键按下。这样LED灯在按键按下的这段时间中就会一直翻转。所以LED灯基本10ms翻转一次，由于人的视觉暂留时间时是20ms，翻转的时间小于20ms所以人眼看不到LED灯的闪烁。如果将按键的10ms延时改为100ms，那么在按键按下的时候，就会看到LED灯一直在闪烁。单次按键功能变成了连续按键的功能。

  那么如果想要这个程序实现正常的功能要怎么办呢？第一种方法是在主程序中加入延时，让程序执行一圈花费的时间更多一点。第二种方法是按键检测的延时时间加长一点。第三种方法是当发现按键按下时直接进入死循环中，直到按键弹起，才退出按键检测程序。

  前两种方法看着能解决问题，但是实际中不同的人按键的时间长短很难把握，有的人轻轻按一下，有的人使劲按半天。这样延时时间太长，感觉按键比较迟钝，延时时间太短，又会导致按一次按键，灯闪好几次的情况出现。这样同一个产品在不同客户的手里就有不同的客户体验，就会导致有的客户感觉产品的功能和设计的不符。那么最有效的解决方法只能是第三种，当按键按下后，等待按键弹起，然后在执行LED状态翻转的功能。

  那么按键检测的流程改为下面这种：

u8 key_scan(void)
{
	if(key==0)
	{
		delay_ms(10);
		if(key==0)
		{
			while(key==0);
			return 1;
		}
		else
			return 0;
	}
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

  这样当按键按下的时候，就一直在while循环中等待按键释放。LED灯的状态在按键弹起的时候才会翻转。

  不论按键按的快还是慢，LED的状态在按键的时候每次只会改变一次。这样就比较符合设计的期望。

  但是这样又会引入一个新的问题，就是在按键按下的时候，程序就会一直停留在那里，其他的事情就不能干了。如果此时还有数码管动态显示函数，那么在按键按下的时候就数码管就会闪烁一下，如果按键按下时间很长，那么数码管就会熄灭。这样产品使用的时候体验就很不好。

  那按键既不能在按下的时候让LED状态翻转，又不能在弹起的时候让LED翻转，难道就无解了吗？那这个LED灯如如何控制呢？要知按键如何判断？且听下回分解。

由一个按键程序引发的思考（中）