-
STC15单片机-按键检测单击、双击和长按(状态机)
按键检测(状态机)
传统的按键检测
在单片机的应用中，利用按键实现与用户的交互功能是相当常见的，同时按键的检测也是很讲究的，众所周知，在有键按下后，数据线上的信号出现一段时间的抖动，然后为低，当按键释放时，信号抖动一段时间后变高，然而这段抖动时间要维持10ms~50ms，这个与按键本身的材质有一定的关系，在这个范围内基本上都可以确定的。如果按键检测的不好，单片机的运行效率将会大打折扣，严重影响到系统的性能，导致系统的运行出现异常，在教科书中，我们见到的按键处理程序都是以下这样的结构:
if(KEY_IO != 0xFF) //检测到有按键按下 { DelayNms (20); //延时20毫秒（严重影响单片机的运行效率) if (KEY_IO !=0xFF) //确认按键按下 { switch (KEY_IO) { case 0xFE: KeyValue=1 ; break; case 0xFD: KeyValue=2 ; break; default: KeyValue=0 ; break; } } }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
弊端：
像这样的程序经常出现在大学的教科书中，在按键的扫描中，单片机的资源全部用来做按键的扫描，特别是当中的延时程序，对单片机来说，这个一个漫长的过程。例如，我们需要用动态扫描数码管来做一个电子时钟，如果在按键持续按下的过程中，由于延时程序对单片机资源的占用，单片机这个时候就不能做动态扫描，数码管的显示就会有问题；
除非当前程序搭载了实时系统，一旦当前任务要进行延时操作，系统会自动进行任务调度，执行其他任务，当之前的任务延时完毕，系统会自动执行之前的任务。遗憾的是传统8051系列单片机不推荐搭载实时系统的，毕竟其资源有限，而且又增加额外的成本，比如搭载ucos实时系统，传统的8051系列单片机完全不能满足该系统的要求，必须拓展外部存储器才能满足，这样就间接上增加了成本，同时ucos用于商业上要收费的，成本大大地增加了。因此当没有搭载实时系统做按键检测使用软件延时是不现实的，严重影响性能。
这样的教科书的按键处理程序是不实用的，在实际应用中是不可取的。所以这里介绍采用“状态机”的思想进行检测按键，不仅可以正确检测到按键，而且不会影响其他周边外设器件的运作。
有限状态机思想
有限状态机是一种概念思想，把复杂的控制逻辑分解成有限个稳定状态，组成闭环系统，通过事件触发，让状态机按设定的顺序处理事务。
状态机是软件编程中的一个重要概念，比这个概念更里要的定对它的灵活应用。在一个思路清晰而且高效的程序中，必然有状态机的身影浮现。
比如说一个按键命令解析程序，就可以被看做状态机：本来在A状态下，触发一个按键后切换到了B状态：再触发另一个键后切换到C状态，或者返回到A状态。这就是最简单的按键状态机例子。实际的按键解析程序会比这更复杂些，但这不影响我们对状态机的认识。
进一步看，击键动作本身也可以看做一个状态机。一个细小的击键动作包含了：按下、抖动、释放等状态。其实状态机思想不单只用在按键方面，数码管显示动态扫描、LED亮灭都是存在状态机的思想如亮与灭的状态。
使用状态机思想去进行单片机编程，比较通用的方法就是用swtich 的选择性分支语句来进行状态跳转，既然可以 switch 来判断，那么使用 if 同样可以，但是使用 switch 来判断状态可以使代码更加清晰。
按键动作示意图
状态图
说明：
整个状态机使用定时器来驱动，每隔10ms进入一次状态机进行判断，检测消抖的时间通常也是10ms；多任务时可以避免其他任务占用CPU 过多的时间；
状态1：按键处于弹起状态，为高电平，定时器每隔10ms扫描一次，如果检测到按键的IO口为低电平了，则切换到状态2
状态2：按键抖动检测，检测到IO口低电平从状态1切换到状态2后，下一个10ms进来如果检测到IO口变回了高电平，说明低电平是由抖动引起的，按键没有被完全按下，状态2切回到状态1；如果检测到IO口任然是低电平，说明按键被按下，状态2切换到状态3
状态3：此状态下按键已确认被按下，IO口会一直是低电平，如果长按，也一直是处于这个状态3；这个状态可以做一些按键动作的检测，如长按、双击；该状态下如果检测到IO口为高电平，则切换到状态4
状态4：进行弹起抖动检测，从状态3切到该状态时，在下一个10ms如果检测到IO口又变为低电平了，则说明上一步高电平是有抖动引起的，再将状态切回到状态3；如果检测到IO口继续为高电平，说明按键松开了，将状态切换到状态1
又开始下一个循环……
程序
实现效果
按键2单击指示灯电平翻转，长按2秒则闪一下，双击则闪三下
按键检测程序思路
单击与双击：按键第一次检测到单击时，将单击状态缓存，同时启动双击定时器，超过一定时间，比如 200ms，认定按键为单击；如果没超过 200ms，又检测到了单击，认定按键为双击。
长按：检测到按键按下后，启动长按定时器，过了一段时间，比如 2s，按键依然为按下状态 ，认定按键为长按。
文件结构
main.c -> 主函数文件，包含 main 函数等；
Public.c -> 公共函数文件，包含 Delay 延时函数等；
Sys_init -> 系统初始化函数，包含 GPIO 初始化函数等；
LED.c -> LED 外设函数，包含 LED 打开、关闭函数等；
Timer0.c -> 定时器函数，包含定时器初始化，中断函数等；
KEY1.c -> 按键 1 函数，包含按键检测，中断函数等；
KEY2.c -> 按键 2 函数，包含按键状态机检测函数等；
KEY2.h：
用枚举定义状态机的4种状态，用结构体定义扫描定时器，将结构体变量声明为外部可调用
#ifndef __KEY2_H_ #define __KEY2_H_ //定义状体机使用的枚举类型 typedef enum { STA1_KEY_Up = (uint8_t)0x01, //按键弹起 STA2_KEY_DownShake = (uint8_t)0x02, //按下抖动 STA3_KEY_Down = (uint8_t)0x03, //按键按下 STA4_KEY_UpShake = (uint8_t)0x04 //弹起抖动 }STA_Machine_Status_t; //定义结构体类型 typedef struct { STA_Machine_Status_t ucSTA_Machine_Status; //状态机状态 uint16_t volatile ucSTA_Machine_Scan_Timer; //状态机扫描定时器 uint16_t volatile usKEY2_Double_Click_Timer; //KEY2双击定时器 uint16_t volatile usKEY2_Press_Timer; //KEY2长按定时器 }STA_Machine_t; /* extern variables-----------------------------------------------------------*/ extern KEY_t KEY2; extern STA_Machine_t STA_Machine; /* extern function prototypes-------------------------------------------------*/ #endif /******************************************************** End Of File ********************************************************/- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
KEY2.c：
1.先搭好状态机的框架：
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/ #include/* Private define-------------------------------------------------------------*/ #define KEY2_State P33 #define Set_Press_TIME TIMER_2S //设置长按时间 #define Set_Double_Click_TIME TIMER_200MS //设置双击时间 /* Private variables----------------------------------------------------------*/ static uint8_t Click_Buf = FALSE; //单击状态缓存 static void KEY_Detect(); /* Public variables-----------------------------------------------------------*/ KEY_t KEY2 = {FALSE,FALSE,FALSE,FALSE,KEY_Detect}; //标志位初始化 STA_Machine_t STA_Machine = {STA1_KEY_Up,0,0,0}; //状态和定时器初始化 /* Private function prototypes------------------------------------------------*/ /* * @name KEY_Detect * @brief 按键2检测(状态机) * @param None * @retval None */ static void KEY_Detect() { //状态机扫描定时器计时大于或等于10ms，进入一次状态机 if(STA_Machine.ucSTA_Machine_Scan_Timer >= TIMER_10MS) { switch (STA_Machine.ucSTA_Machine_Status) { //按键弹起 case STA1_KEY_Up: { if(KEY2_State == 0) { //切换到状态2 STA_Machine.ucSTA_Machine_Status = STA2_KEY_DownShake; } break; } //按下抖动 case STA2_KEY_DownShake: { if(KEY2_State == 0) { //切换到状态3 STA_Machine.ucSTA_Machine_Status = STA3_KEY_Down; } else { //如果检测到高电平说明是抖动，切回到状态1 STA_Machine.ucSTA_Machine_Status = STA1_KEY_Up; } break; } //按键按下 case STA3_KEY_Down: { if(KEY2_State == 1) { //切换到状态4 STA_Machine.ucSTA_Machine_Status = STA4_KEY_UpShake; } break; } //弹起抖动 case STA4_KEY_UpShake: { if(KEY2_State == 1) { //切换到状态1，完成一次按键动作 STA_Machine.ucSTA_Machine_Status = STA1_KEY_Up; } else { //否则判断为抖动，切回到状态3 STA_Machine.ucSTA_Machine_Status = STA3_KEY_Down; } break; } default: //默认情况都切换到状态1 STA_Machine.ucSTA_Machine_Status = STA1_KEY_Up; break; } //状态机扫描定时器清零，开始下一次扫描 STA_Machine.ucSTA_Machine_Scan_Timer = 0; } } /******************************************************** End Of File ********************************************************/ - 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- 37
- 38
- 39
- 40
- 41
- 42
- 43
- 44
- 45
- 46
- 47
- 48
- 49
- 50
- 51
- 52
- 53
- 54
- 55
- 56
- 57
- 58
- 59
- 60
- 61
- 62
- 63
- 64
- 65
- 66
- 67
- 68
- 69
- 70
- 71
- 72
- 73
- 74
- 75
- 76
- 77
- 78
- 79
- 80
- 81
- 82
- 83
- 84
- 85
- 86
- 87
- 88
- 89
- 90
- 91
- 92
- 93
- 94
- 95
2.完成按键单击、双击、长按的检测
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/ #include/* Private define-------------------------------------------------------------*/ #define KEY2_State P33 #define Set_Press_TIME TIMER_2S //设置长按时间 #define Set_Double_Click_TIME TIMER_200MS //设置双击时间 /* Private variables----------------------------------------------------------*/ static uint8_t Click_Buf = FALSE; //单击状态缓存 static void KEY_Detect(); /* Public variables-----------------------------------------------------------*/ KEY_t KEY2 = {FALSE,FALSE,FALSE,FALSE,KEY_Detect}; //标志位初始化 STA_Machine_t STA_Machine = {STA1_KEY_Up,0,0,0}; //状态和定时器初始化 /* Private function prototypes------------------------------------------------*/ /* * @name KEY_Detect * @brief 按键2检测(状态机) * @param None * @retval None */ static void KEY_Detect() { //状态机扫描定时器计时大于或等于10ms，进入一次状态机 if(STA_Machine.ucSTA_Machine_Scan_Timer >= TIMER_10MS) { switch (STA_Machine.ucSTA_Machine_Status) { //按键弹起 case STA1_KEY_Up: { if(KEY2_State == 0) { //切换到状态2 STA_Machine.ucSTA_Machine_Status = STA2_KEY_DownShake; } else { //按键没被按下，则判断是否有单击缓存 if(Click_Buf == TRUE) { //如果双击定时器大于200ms后，说明没在规定时间内进行双击，判断上一次按下是单击操作 /*如果双击定时器小于200ms，则下面判断不成立，说明还有时间完成双击操作，再按下按键后 就从状体1到状态2再到状态3，状态3里判断是双击操作*/ if(STA_Machine.usKEY2_Double_Click_Timer >= Set_Double_Click_TIME) { KEY2.KEY_Flag = TRUE; KEY2.Click = TRUE; //清除单击缓存 Click_Buf = FALSE; } } } break; } //按下抖动 case STA2_KEY_DownShake: { if(KEY2_State == 0) { //切换到状态3 STA_Machine.ucSTA_Machine_Status = STA3_KEY_Down; //长按定时器清0，开始计算长按时间 STA_Machine.usKEY2_Press_Timer = 0; } else { //如果检测到高电平说明是抖动，切回到状态1 STA_Machine.ucSTA_Machine_Status = STA1_KEY_Up; } break; } //按键按下 case STA3_KEY_Down: { if(KEY2_State == 1) { //切换到状态4 STA_Machine.ucSTA_Machine_Status = STA4_KEY_UpShake; //不是长按操作，则判断是不是双击操作 if(KEY2.Press == FALSE) { //双击检测 //有单击缓存，说明前面已经单击一次，这次就判断为双击操作 if(Click_Buf == TRUE) { KEY2.KEY_Flag = TRUE; KEY2.Double_Click = TRUE; //清除单击缓存，为下一次双击准备 Click_Buf = FALSE; } else { //没有单击缓存，说明这是双击的第一次点击，则进行缓存 Click_Buf = TRUE; /*双击定时器清零，开始计算双击时间，如果在双击时间内，再次进入到状态3，则判断是双击操作， 如果在状态1里超时了，则状态1里检测为单击*/ STA_Machine.usKEY2_Double_Click_Timer = 0; } } } else { //长按检测 if(KEY2.Press == FALSE) { /*如果长按定时器超过两秒，认为是长按，进入判断体内将长按标志位置TRUE；如果在两秒内松开了按键 则会判断是不是双击，去执行判断双击的情况*/ if(STA_Machine.usKEY2_Press_Timer >= Set_Press_TIME) { STA_Machine.ucSTA_Machine_Status = STA4_KEY_UpShake; /*为什么要切换到状态4？ 解释：因为这里将KEY2.Press置TRUE后，后面执行一次按键动作，指示灯闪一下，随后KEY2.Press被清零； 下一个10ms再进入函数时，状态位还是3，还是进入这里执行，KEY2.Press又会被置成TRUE，所以一直 按住不放的话，指示灯就会一直闪，而不是闪一下的情况 而在这里第一次进来后将状态位切换到4，KEY2.Press还是会置TRUE，后面指示灯闪一下，KEY2.Press 被清零，下一个10ms进来后会直接跳到状态4，所以KEY2.Press不会再次被置TRUE，后面指示灯动作不会 再执行，所以只闪一下*/ KEY2.KEY_Flag = TRUE; KEY2.Press = TRUE; //因为已经判断为长按，所以不是双击操作，把单击缓存清0 if(Click_Buf == TRUE) { Click_Buf = FALSE; } } } } break; } //弹起抖动 case STA4_KEY_UpShake: { if(KEY2_State == 1) { //切换到状态1，完成一次按键动作 STA_Machine.ucSTA_Machine_Status = STA1_KEY_Up; } /*如果KEY2_State == 0，不跳回状态3，避免反复检测长按的情况*/ break; } default: //默认情况都切换到状态1 STA_Machine.ucSTA_Machine_Status = STA1_KEY_Up; break; } /****执行按键动作，用于检测按键效果****/ //单击动作 -> 指示灯翻转 if(KEY2.KEY_Flag == TRUE) { if(KEY2.Click == TRUE) { Run_LED.Run_LED_Flip(); } //长按动作 -> 指示灯闪一下 if(KEY2.Press == TRUE) { Run_LED.Run_LED_Flip(); Public.Delay_ms(100); Run_LED.Run_LED_Flip(); } //双击动作 -> 指示灯闪三下 if(KEY2.Double_Click == TRUE) { Run_LED.Run_LED_Flip(); Public.Delay_ms(100); Run_LED.Run_LED_Flip(); Public.Delay_ms(100); Run_LED.Run_LED_Flip(); Public.Delay_ms(100); Run_LED.Run_LED_Flip(); Public.Delay_ms(100); Run_LED.Run_LED_Flip(); Public.Delay_ms(100); Run_LED.Run_LED_Flip(); } } //按键状体位清零，为下一次按下准备 KEY2.Click = FALSE; KEY2.Press = FALSE; KEY2.Double_Click = FALSE; //状态机扫描定时器清零，开始下一次扫描 STA_Machine.ucSTA_Machine_Scan_Timer = 0; } } /******************************************************** End Of File ********************************************************/ - 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- 37
- 38
- 39
- 40
- 41
- 42
- 43
- 44
- 45
- 46
- 47
- 48
- 49
- 50
- 51
- 52
- 53
- 54
- 55
- 56
- 57
- 58
- 59
- 60
- 61
- 62
- 63
- 64
- 65
- 66
- 67
- 68
- 69
- 70
- 71
- 72
- 73
- 74
- 75
- 76
- 77
- 78
- 79
- 80
- 81
- 82
- 83
- 84
- 85
- 86
- 87
- 88
- 89
- 90
- 91
- 92
- 93
- 94
- 95
- 96
- 97
- 98
- 99
- 100
- 101
- 102
- 103
- 104
- 105
- 106
- 107
- 108
- 109
- 110
- 111
- 112
- 113
- 114
- 115
- 116
- 117
- 118
- 119
- 120
- 121
- 122
- 123
- 124
- 125
- 126
- 127
- 128
- 129
- 130
- 131
- 132
- 133
- 134
- 135
- 136
- 137
- 138
- 139
- 140
- 141
- 142
- 143
- 144
- 145
- 146
- 147
- 148
- 149
- 150
- 151
- 152
- 153
- 154
- 155
- 156
- 157
- 158
- 159
- 160
- 161
- 162
- 163
- 164
- 165
- 166
- 167
- 168
- 169
- 170
- 171
- 172
- 173
- 174
- 175
- 176
- 177
- 178
- 179
- 180
- 181
- 182
- 183
- 184
- 185
- 186
- 187
- 188
- 189
- 190
- 191
- 192
- 193
- 194
- 195
- 196
- 197
- 198
- 199
- 200
- 201
Timer0.c：
定时器0中断处理函数中让状态机里用到的3个定时器每隔5ms加1
/* * @name Timer0_isr * @brief 定时器0中断处理函数（5ms进入一次） * @param None * @retval None */ void Timer0_isr() interrupt 1 { Timer0.msMCU_Timer0_Value++; if(Timer0.msMCU_Timer0_Value >= TIMER_500MS) //计时到500ms { Timer0.msMCU_Timer0_Value = 0; //Run_LED.Run_LED_Flip(); //运行指示灯翻转 } STA_Machine.ucSTA_Machine_Scan_Timer++; //状态机扫描定时器 STA_Machine.usKEY2_Double_Click_Timer++; //双击定时器 STA_Machine.usKEY2_Press_Timer++; //长按定时器 }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
main.c：
main函数先进行系统初始化，主要是引脚和定时器的初始化，然后在while循环里调用按键2的按键扫描函数不断扫描即可
/* * @name main * @brief 主函数 * @param void * @retval int */ int main(void) { //系统初始化 Hradware.Sys_Init(); //系统主循环 while(1) { //按键检测 //KEY1.KEY_Detect(); KEY2.KEY_Detect(); } }- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
-
相关阅读:
Apollo 应用与源码分析：Monitor监控-硬件监控-CAN监控
网页设计期末课程设计大作业 HTML、CSS 海绵宝宝动漫网页作业
阿里云国际修改域名绑定的DDoS高防服务器
更改搜索路径上的文件夹
Android学习---zygote(上)
Java过滤器Filter讲解
k8s快速入门教程-----4 工作负载控制器之deployment
Pytorch：使用data_prefetcher提升数据读取速度【自动将训练数据移动到GPU】
常见音视频、流媒体开源编解码库及官网(四十一)
设计模式之单例和原型
- 原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_46251230/article/details/126659673
