单片机的一种按键处理方法(便捷、高效)
eetrendMcuBlog 2021-04-08

我在网上游逛了很久,也看过不少源程序了,没有发现这种按键处理办法的踪迹,所以,我将他共享出来,和广大同僚们共勉。我非常坚信这种按键处理办法的便捷和高效,你可以移植到任何一种嵌入式处理器上面,因为C语言强大的可移植性。

同时,这里面用到了一些分层的思想,在单片机当中也是相当有用的,也是本文的另外一个重点。

对于老鸟,我建议直接看那两个表达式,然后自己想想就会懂的了,也不需要听我后面的自吹自擂了,我可没有班门弄斧的意思,hoho~~但是对于新手,我建议将全文看完。因为这是实际项目中总结出来的经验,学校里面学不到的东西。

以下假设你懂C语言,因为纯粹的C语言描述,所以和处理器平台无关,你可以在MCS-51,AVR,PIC,甚至是ARM平台上面测试这个程序性能。当然,我自己也是在多个项目用过,效果非常好的。

好了,工程人员的习惯,废话就应该少说,开始吧。以下我以AVR的MEGA8作为平台讲解,没有其它原因,因为我手头上只有AVR的板子而已没有51的。用51也可以,只是芯片初始化部分不同,还有寄存器名字不同而已。

核心算法:

unsigned char Trg;

unsigned char Cont;

void KeyRead( void )

{

unsigned char ReadData = PINB^0xff; // 1

Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); // 2

Cont = ReadData; // 3

}

完了。有没有一种不可思议的感觉?当然,没有想懂之前会那样,想懂之后就会惊叹于这算法的精妙!!

下面是程序解释:

Trg(triger) 代表的是触发,Cont(continue)代表的是连续按下。

1:读PORTB的端口数据,取反,然后送到ReadData 临时变量里面保存起来。

2:算法1,用来计算触发变量的。一个位与操作,一个异或操作,我想学过C语言都应该懂吧?Trg为全局变量,其它程序可以直接引用。

3:算法2,用来计算连续变量。

看到这里,有种“知其然,不知其所以然”的感觉吧?代码很简单,但是它到底是怎么样实现我们的目的的呢?好,下面就让我们绕开云雾看青天吧。

我们最常用的按键接法如下:AVR是有内部上拉功能的,但是为了说明问题,我是特意用外部上拉电阻。那么,按键没有按下的时候,读端口数据为1,如果按键按下,那么端口读到0。下面就看看具体几种情况之下,这算法是怎么一回事。

(1)没有按键的时候

端口为0xff,ReadData读端口并且取反,很显然,就是 0x00 了。

Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); (初始状态下,Cont也是为0的)很简单的数学计算,因为ReadData为0,则它和任何数“相与”,结果也是为0的。

Cont = ReadData; 保存Cont 其实就是等于ReadData,为0;

结果就是:

ReadData = 0;

Trg = 0;

Cont = 0;

(2) 第一次PB0按下的情况

端口数据为0xfe,ReadData读端口并且取反,很显然,就是 0x01 了。

Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); 因为这是第一次按下,所以Cont是上次的值,应为为0。那么这个式子的值也不难算,也就是 Trg = 0x01 & (0x01^0x00) = 0x01

Cont = ReadData = 0x01;

结果就是:

ReadData = 0x01;

Trg = 0x01;Trg只会在这个时候对应位的值为1,其它时候都为0

Cont = 0x01;

(3)PB0按着不松(长按键)的情况

端口数据为0xfe,ReadData读端口并且取反是 0x01 了。

Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); 因为这是连续按下,所以Cont是上次的值,应为为0x01。那么这个式子就变成了 Trg = 0x01 & (0x01^0x01) = 0x00

Cont = ReadData = 0x01;

结果就是:

ReadData = 0x01;

Trg = 0x00;

Cont = 0x01;

因为现在按键是长按着,所以MCU会每个一定时间(20ms左右)不断的执行这个函数,那么下次执行的时候情况会是怎么样的呢?

ReadData = 0x01;这个不会变,因为按键没有松开

Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont) = 0x01 & (0x01 ^ 0x01) = 0 ,只要按键没有松开,这个Trg值永远为 0 !!!

Cont = 0x01;只要按键没有松开,这个值永远是0x01!!

(4)按键松开的情况

端口数据为0xff,ReadData读端口并且取反是 0x00 了。

Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont) = 0x00 & (0x00^0x01) = 0x00

Cont = ReadData = 0x00;

结果就是:

ReadData = 0x00;

Trg = 0x00;

Cont = 0x00;

很显然,这个回到了初始状态,也就是没有按键按下的状态。

总结一下,不知道想懂了没有?其实很简单,答案如下:

Trg 表示的就是触发的意思,也就是跳变,只要有按键按下(电平从1到0的跳变),那么Trg在对应按键的位上面会置一,我们用了PB0则Trg的值为0x01,类似,如果我们PB7按下的话,Trg 的值就应该为 0x80 ,这个很好理解,还有,最关键的地方,Trg 的值每次按下只会出现一次,然后立刻被清除,完全不需要人工去干预。所以按键功能处理程序不会重复执行,省下了一大堆的条件判断,这个可是精粹哦!!Cont代表的是长按键,如果PB0按着不放,那么Cont的值就为 0x01,相对应,PB7按着不放,那么Cont的值应该为0x80,同样很好理解。

如果还是想不懂的话,可以自己演算一下那两个表达式,应该不难理解的。

因为有了这个支持,那么按键处理就变得很爽了,下面看应用:

应用一:一次触发的按键处理

假设PB0为蜂鸣器按键,按一下,蜂鸣器beep的响一声。这个很简单,但是大家以前是怎么做的呢?对比一下看谁的方便?

#define KEY_BEEP 0x01

void KeyProc(void)

{

if (Trg & KEY_BEEP) // 如果按下的是KEY_BEEP

{

Beep(); // 执行蜂鸣器处理函数

}

}

怎么样?够和谐不?记得前面解释说Trg的精粹是什么?精粹就是只会出现一次。所以你按下按键的话,Trg & KEY_BEEP 为“真”的情况只会出现一次,所以处理起来非常的方便,蜂鸣器也不会没事乱叫,hoho~~~

或者你会认为这个处理简单,没有问题,我们继续。

应用2:长按键的处理

项目中经常会遇到一些要求,例如:一个按键如果短按一下执行功能A,如果长按2秒不放的话会执行功能B,又或者是要求3秒按着不放,计数连加什么什么的功能,很实际。不知道大家以前是怎么做的呢?我承认以前做的很郁闷。

但是看我们这里怎么处理吧,或许你会大吃一惊,原来程序可以这么简单

这里具个简单例子,为了只是说明原理,PB0是模式按键,短按则切换模式,PB1就是加,如果长按的话则连加(玩过电子表吧?没错,就是那个!)

#define KEY_MODE 0x01 // 模式按键

#define KEY_PLUS 0x02 // 加

void KeyProc(void)

{

if (Trg & KEY_MODE) // 如果按下的是KEY_MODE,而且你常按这按键也没有用,

{ //它是不会执行第二次的哦 , 必须先松开再按下

Mode++; // 模式寄存器加1,当然,这里只是演示,你可以执行你想

// 执行的任何代码

}

if (Cont & KEY_PLUS) // 如果“加”按键被按着不放

{

cnt_plus++; // 计时

if (cnt_plus > 100) // 20ms*100 = 2S 如果时间到

{

Func(); // 你需要的执行的程序

}

}

}

不知道各位感觉如何?我觉得还是挺简单的完成了任务,当然,作为演示用代码

应用3:点触型按键和开关型按键的混合使用

点触形按键估计用的最多,特别是单片机。开关型其实也很常见,例如家里的电灯,那些按下就不松开,除非关。这是两种按键形式的处理原理也没啥特别,但是你有没有想过,如果一个系统里面这两种按键是怎么处理的?我想起了我以前的处理,分开两个非常类似的处理程序,现在看起来真的是笨的不行了,但是也没有办法啊,结构决定了程序。不过现在好了,用上面介绍的办法,很轻松就可以搞定。

原理么?可能你也会想到,对于点触开关,按照上面的办法处理一次按下和长按,对于开关型,我们只需要处理Cont就OK了,为什么?很简单嘛,把它当成是一个长按键,这样就找到了共同点,屏蔽了所有的细节。程序就不给了,完全就是应用2的内容,在这里提为了就是说明原理~~

好了,这个好用的按键处理算是说完了。可能会有朋友会问,为什么不说延时消抖问题?哈哈,被看穿了。果然不能偷懒。下面谈谈这个问题,顺便也就非常简单的谈谈我自己用时间片轮办法,以及是如何消抖的。

延时消抖的办法是非常传统,也就是 第一次判断有按键,延时一定的时间(一般习惯是20ms)再读端口,如果两次读到的数据一样,说明了是真正的按键,而不是抖动,则进入按键处理程序。

当然,不要跟我说你delay(20)那样去死循环去,真是那样的话,我衷心的建议你先放下手上所有的东西,好好的去了解一下操作系统的分时工作原理,大概知道思想就可以,不需要详细看原理,否则你永远逃不出“菜鸟”这个圈子。当然我也是菜鸟。我的意思是,真正的单片机入门,是从学会处理多任务开始的,这个也是学校程序跟公司程序的最大差别。当然,本文不是专门说这个的,所以也不献丑了。

我的主程序架构是这样的:

volatile unsigned char Intrcnt;

void InterruptHandle() // 中断服务程序

{

Intrcnt++; // 1ms 中断1次,可变

}

void main(void)

{

SysInit();

while(1) // 每20ms 执行一次大循环

{

KeyRead(); // 将每个子程序都扫描一遍

KeyProc();

Func1();

Funt2();

while(1)

{

if (Intrcnt>20) // 一直在等,直到20ms时间到

{

Intrcnt="0";

break; // 返回主循环

}

}

}

}

貌似扯远了,回到我们刚才的问题,也就是怎么做按键消抖处理。我们将读按键的程序放在了主循环,也就是说,每20ms我们会执行一次KeyRead()函数来得到新的Trg 和 Cont 值。好了,下面是我的消抖部分:很简单

基本架构如上,我自己比较喜欢的,一直在用。当然,和这个配合,每个子程序必须执行时间不长,更加不能死循环,一般采用有限状态机的办法来实现,具体参考其它资料咯。

懂得基本原理之后,至于怎么用就大家慢慢思考了,我想也难不到聪明的工程师们。例如还有一些处理,

怎么判断按键释放?很简单,Trg 和Cont都为0 则肯定已经释放了。

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