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本帖最后由 林光光1号 于 2019-1-13 21:15 编辑
1.环境介绍
1.1软件环境介绍
PC环境：Windows10 64-bit
IDE环境：MDK-ARM 5.24.2.0
工程名称：STM32_KeyTest
工程下载地址：[github](http://github.com/LGG001/MyApplication_Program)
1.2硬件环境介绍
MCU平台：STM32F103C8T6
工程名称：STM32 Display Board V1.0
工程下载地址：[github](http://github.com/LGG001/LCEDA_Hardware)
1.3 应用环境介绍
按键检测是属于一个基础的单片机IO口应用，在消费级产品中如：洗衣机、抽油烟机、MP3...等等，几乎任何一个产品都会带有按键，因此在研发人员开发中就会遇到检测按键功能设计，本文从硬件原理到软件实现介绍如何检测按键的长短按，并触发相应的事件，可以轻松移植到任何MCU平台上。硬件平台使用的是以STM32F103C8T6位核心的一块STM32 Display Board V1.0开发板，开源在github上，可通过上面相应链接进行下载。软件工程也开源在github上可通过上面相应链接进行下载
2.原理介绍
2.1硬件过程分析
按键电路一般是：一端接上拉电阻（IO口带上拉电阻配置可直接配置），一点接GND，当按键没有按下时位高电平，按下位低电平。按键在实际工作中会存在许多的干扰，如在按下的一瞬间会有抖动、误触发等。因为按键本身的特性原因，在按下的时候会有一个抖动电平，这个抖动会触发多个高低电平，因此会使按键无法正常直接检测。
2.2状态与时间分析
本文章讨论按键长短按，上图就是一个按键长短按的整一个过程，在这个过程中可以把按键划分为如下几个状态：
- A：IDLE-空闲状态，没有按键按下或按键释放后的状态
- B：Debounce-消抖状态，按键按下瞬间的抖动状态
- C：Pressed-按键按下状态，为低电平
- D：Long_Pressed-按键长按状态，按键按下超过一定的时间
- E：Release-按键释放状态，按键松开的状态
按键的触发过程是一个从左向右的单向过程，在这每个过程都对应着一个时间段，不过在检测长短按过程中只需重点要关注B：消抖时间、D：长按时间、E：释放时间
其他状态时间A：空闲状态时间、C：按键按下的时间可以有B、D、E的时间以及状态确定
在按键过程分析中，主要分析下图的三个过程：
- 按键消抖过程（或误触发）
- 按键短按过程
- 按键长按过程
3.程序设计
3.1数据结构定义
数据结构的定义位于button.h文件。从上面的分析可以知道，在按键长短按过程中主要涉及五个状态与三个重要时间段，因为在一个时间段内只能存在一种状态，程序中可以把状态定义为枚举类型：
```C
typedef enum
{
IDLE, //空闲
Debounce, //消抖
Pressed, //按下
Long_Pressed, //长按
Release, //释放
}key_status; //按键状态
```
同时使用结构体类型定义按键长短按的时间变量：
```C
typedef struct
{
unsigned int Time_Debounce; //消抖时间
unsigned int Time_LongPressed; //长按时间
unsigned int Time_Release; //释放时间
}key_time; //消抖、长按&释放时间
```
硬件上有六个按键，每一个按键都有长按短按两种情况，应为一次只能检测一个按键的长短按，所以使用枚举的方式定义KEY1~KEY6的长短按键值：
```
typedef enum
{
NULL_Pressed=0, //无按键按下
KEY1_Pressed, //KEY1按下（短按）
KEY2_Pressed, //KEY2按下（短按）
KEY3_Pressed, //KEY3按下（短按）
KEY4_Pressed, //KEY4按下（短按）
KEY5_Pressed, //KEY5按下（短按）
KEY6_Pressed, //KEY6按下（短按）
KEY1_LongPressed, //KEY1长按
KEY2_LongPressed, //KEY2长按
KEY3_LongPressed, //KEY3长按
KEY4_LongPressed, //KEY4长按
KEY5_LongPressed, //KEY5长按
KEY6_LongPressed, //KEY6长按
}key_value; //键值
```
为了能方便的找到是哪个按键处于那个状态，还是短按（或长按），可以定义一个键表，方便在扫描过程中找对对应按键：
```
typedef struct
{
unsigned int Index; //按键索引(按键按下的键值)
key_value Value1; //键值1（KEYx按下）
key_value Value2; //键值2（KEYx长按）
key_status State1; //按键状态1（按下状态）
key_status State2; //按键状态2（长按状态）
}KEY_Table;
```
索引值指的是按键按下时对应的值，硬件中KEY1~KEY6都使用PB上的IO口，每个按键按下的键值（十六进制）都不一样，使用宏定义：
```C
#define KEY_VALUE 0x3c03 //没按键按下的键值
#define KEY1_VALUE 0x3c02 //KEY1按下的键值
#define KEY2_VALUE 0x3c01 //KEY2按下的键值
#define KEY3_VALUE 0x3803 //KEY3按下的键值
#define KEY4_VALUE 0x3403 //KEY4按下的键值
#define KEY5_VALUE 0x2c03 //KEY5按下的键值
#define KEY6_VALUE 0x1c03 //KEY6按下的键值
```
时间参数一般消抖采用50ms，释放3ms，长按2s，按键的检测周期位10ms，对应时间可以使用宏定义：
```C
#define RELEASE_TIMES 3 //按键释放时间
#define DEBOUNCE_TIMES 5 //按键消抖时间
#define LONG_PRESSED_TIMES 200 //按键长按时间
```
3.2按键扫描过程程序设计
按键扫描过程程序位于button.c文件。在扫描前先定义一个键值表存放每个按键的索引、键值、状态：
```C
//键值表
const KEY_Table key_tab[]=
{
{KEY1_VALUE, KEY1_Pressed, KEY1_LongPressed, Pressed, Long_Pressed}, //KEY1-短按-长按
{KEY2_VALUE, KEY2_Pressed, KEY2_LongPressed, Pressed, Long_Pressed}, //KEY2-短按-长按
{KEY3_VALUE, KEY3_Pressed, KEY3_LongPressed, Pressed, Long_Pressed}, //KEY3-短按-长按
{KEY4_VALUE, KEY4_Pressed, KEY4_LongPressed, Pressed, Long_Pressed}, //KEY4-短按-长按
{KEY5_VALUE, KEY5_Pressed, KEY5_LongPressed, Pressed, Long_Pressed}, //KEY5-短按-长按
{KEY6_VALUE, KEY6_Pressed, KEY6_LongPressed, Pressed, Long_Pressed}, //KEY6-短按-长按
};
```
按键扫描过程：
* 读取键值，如果有按键按下则赋值释放时间，然后判断上一次的状态
* 如果为空闲则证明按键第一次按下，赋值消抖时间并把状态改为消抖
* 如果在消抖状态并消抖完成，赋值长按时间并在键值表中找出对应的键值，把状态改为按下；如果没有找到则判断为误触发或多按键同时按下
* 如果在按下状态并检测到长按时间完成，在键值表中找出对应的键值，把状态改为长按；如果没有找到则判断为误触发或多按键同时按下
* 如过在长按状态下则不处理
* 其他情况把状态改为空闲并退出
* 读取键值后，发现是没有按键按下，则贩毒案释放时间是否完成，如果完成则判断状态
* 如果为按下状态，则找出对应按键并返回它的值（按下）
* 如果为长按状态，则找出对应按键并返回它的值（长按）
* 其他状态，如空闲、消抖等等；把状态置为空闲后退出
*注：按键短按长按要在释放后才有效；函数中有多处是使用static修饰的变量*
```C
/**
* @函数名 check_user_key
* @功 能 按键扫描
* @参 数 无
* @返回值 key_value：键值
*/
key_value KEY_Scan(void)
{
static key_status state; //按键状态
static key_time time; //按键消抖和释放的时间
volatile key_value KEY_Value = NULL_Pressed; //键值，初始为空
static unsigned char i; //扫描键值表计数：i
unsigned int key_temp;
key_temp = (GPIO_ReadInputData(GPIOB) & KEY_VALUE); //读取键值
if(key_temp != KEY_VALUE) //判断是否有按键按下
{
time.Time_Release = RELEASE_TIMES; //有按键按下（在按下的状态），赋值释放时间
switch(state) //判断上一次按键的状态
{
case IDLE: //空闲状态
time.Time_Debounce = DEBOUNCE_TIMES; //赋值消抖时间
state = Debounce; //将状态改为消抖状态
break; //退出
case Debounce: //消抖状态
if(--time.Time_Debounce == 0) //消抖完成
{
time.Time_LongPressed = LONG_PRESSED_TIMES; //长按的时间赋值
for(i=0; ;i++) //循环查询键值表
{
if(key_temp == key_tab.Index) //循环查询索引
{
state = key_tab.State1; //对应索引的状态为按下（PRESSED）
break; //退出循环
}
else if(i >= 6) //超出按键扫描范围，或同时按到其他按键
{
state=IDLE; //把状态重新配置为空闲
return NULL_Pressed; //返回空值
}
}
}
break;
case Pressed: //按键按下状态
if(--time.Time_LongPressed == 0) //长按消抖完成
{
for(i=0; ;i++) //循环查询键值表
{
if(key_temp == key_tab.Index) //重新循环查询索引
{
state = key_tab.State2; //对应索引的状态为长按（LONG_PRESSED）
break; //退出循环
}
else if(i > 6) //超出按键扫描范围，或同时按到其他按键
{
state=IDLE; //把状态重新配置为空闲
return NULL_Pressed; //返回空值
}
}
}
break;
case Long_Pressed: //一直保持长按，退出，不处理
break;
default: //其他情况，将状态设为空闲，退出
state=IDLE;
break;
}
}
else
{
if(time.Time_Release != 0) //判断按键是否已经释放完成（空闲状态时stkey.release一直等于0）
{
if(--time.Time_Release == 0) //如果按键已经释放
{
switch(state)
{
case Pressed: //按键按下，返回单击键值
KEY_Value=key_tab.Value1;
state=IDLE; //将状态设为空闲
break;
case Long_Pressed: //按键长按，返回按键长按键值
KEY_Value=key_tab.Value2;
state=IDLE; //将状态设为空闲
break;
default: //其他情况（消抖期间释放，或一直没按键按下），将状态设为空闲，退出
state=IDLE;
break;
}
}
}
}
return KEY_Value; //返回键值
}
```
3.3键值处理过程程序设计
键值处理过程程序位于button.c文件。将上面获取的键值，根据不同的键值进行不同的处理，需要注意的是：程序中使用窗口打印信息，一般不建议在处理函数中做复杂的处理，这会影响程序运行的时间，这里主要作为演示效果使用：
```C
/**
* @函数名 KeyProcess
* @功 能 按键处理，根据键值来执行相应的操作
* @参 数 key_val：键值
* @返回值 无
*/
void KEY_Process(key_value key_value)
{
switch(key_value)
{
case KEY1_Pressed: //KEY1按下（短按）
printf("KEY1_Pressed! \r\n"); //打印信息
break;
case KEY2_Pressed: //KEY2按下（短按）
printf("KEY2_Pressed! \r\n"); //打印信息
break;
case KEY3_Pressed: //KEY3按下（短按）
printf("KEY3_Pressed! \r\n"); //打印信息
break;
case KEY4_Pressed: //KEY4按下（短按）
printf("KEY4_Pressed! \r\n"); //打印信息
break;
case KEY5_Pressed: //KEY5按下（短按）
printf("KEY5_Pressed! \r\n"); //打印信息
break;
case KEY6_Pressed: //KEY6按下（短按）
printf("KEY6_Pressed! \r\n"); //打印信息
break;
case KEY1_LongPressed: //KEY1长按
printf("KEY1_LongPressed! \r\n"); //打印信息
break;
case KEY2_LongPressed: //KEY2长按
printf("KEY2_LongPressed! \r\n"); //打印信息
break;
case KEY3_LongPressed: //KEY3长按
printf("KEY3_LongPressed! \r\n"); //打印信息
break;
case KEY4_LongPressed: //KEY4长按
printf("KEY4_LongPressed! \r\n"); //打印信息
break;
case KEY5_LongPressed: //KEY5长按
printf("KEY5_LongPressed! \r\n"); //打印信息
break;
case KEY6_LongPressed: //KEY6长按
printf("KEY6_LongPressed! \r\n"); //打印信息
break;
default: //其他
break;
}
}
```
3.4主函数处理
在初始化好相应的接口后，只需要提供10ms作为按键扫描的时基，如下：
```C
/**
* @函数名 main
* @功 能 主函数入口
* @参 数 无
* @返回值 无
*/
int main(void)
{
key_value temp; //键值变量
LED_Init(); //LED初始化
KEY_Init(); //KEY初始化
USART1_Init(); //串口初始化
Delay_Init(); //延迟初始化
GPIO_ResetBits(LED1_PORT,LED1_PIN); //LED1亮
GPIO_ResetBits(LED2_PORT,LED2_PIN); //LED2亮
while(1)
{
temp = KEY_Scan(); //获取键值
if(temp != NULL_Pressed) //如果键值非空（有按键按下）
KEY_Process(temp); //处理键值
Delay_ms(10); //时间单位10ms
}
}
```
4.实现效果
使用USB转TTL把串口链接PC，打开上位机（这里使用的是SecureCRT 8.3，其他的串口助手也一样），配置波特率115200、停止位1位，数据位8位，无奇偶校验，无流控。效果中首先短按KEY1、KEY3，然后长按KEY2、KEY4：
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发表于 2019-1-13 21:09:24
