新型按鍵掃描程序分享

ID:235061 · 發表于 2017-11-7 11:34

新型的按鍵掃描程序
不過我在網上游逛了很久，也看過不少源程序了，沒有發現這種按鍵處理辦法的蹤跡，所以，
我將他共享出來，和廣大同僚們共勉。我非常堅信這種按鍵處理辦法的便捷和高效，你可以
移植到任何一種嵌入式處理器上面，因為 C 語言強大的可移植性。
同時，這里面用到了一些分層的思想，在單片機當中也是相當有用的，也是本文的另外一個
重點。
對于老鳥，我建議直接看那兩個表達式，然后自己想想就會懂的了，也不需要聽我后面的自
吹自擂了，我可沒有班門弄斧的意思，hoho～～但是對于新手，我建議將全文看完。因為這
是實際項目中總結出來的經驗，學校里面學不到的東西。
以下假設你懂 C 語言，因為純粹的 C 語言描述，所以和處理器平臺無關，你可以在 MCS-51，
AVR，PIC，甚至是 ARM 平臺上面測試這個程序性能。當然，我自己也是在多個項目用過，
效果非常好的。
好了，工程人員的習慣，廢話就應該少說，開始吧。以下我以 AVR 的 MEGA8 作為平臺講
解，沒有其它原因，因為我手頭上只有 AVR 的板子而已沒有 51 的。用 51 也可以，只是芯
片初始化部分不同，還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。有沒有一種不可思議的感覺？當然，沒有想懂之前會那樣，想懂之后就會驚嘆于這算
法的精妙！！
下面是程序解釋：
Trg（triger）代表的是觸發，Cont（continue）代表的是連續按下。
1：讀 PORTB 的端口數據，取反，然后送到 ReadData 臨時變量里面保存起來。
2：算法 1，用來計算觸發變量的。一個位與操作，一個異或操作，我想學過 C 語言都應該
懂吧？Trg 為全局變量，其它程序可以直接引用。
3：算法 2，用來計算連續變量。
看到這里，有種“知其然，不知其所以然”的感覺吧？代碼很簡單，但是它到底是怎么樣實現
我們的目的的呢？好，下面就讓我們繞開云霧看青天吧。
我們最常用的按鍵接法如下：AVR 是有內部上拉功能的，但是為了說明問題，我是特意用
外部上拉電阻。那么，按鍵沒有按下的時候，讀端口數據為 1，如果按鍵按下，那么端口讀
到 0。下面就看看具體幾種情況之下，這算法是怎么一回事。
（1）沒有按鍵的時候
端口為 0xff，ReadData 讀端口并且取反，很顯然，就是 0x00 了。
Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); （初始狀態下，Cont 也是為 0 的）很簡單的數學計算，
因為 ReadData 為 0，則它和任何數“相與”，結果也是為 0 的。
Cont = ReadData; 保存 Cont 其實就是等于 ReadData，為 0；
結果就是：
ReadData ＝ 0；
Trg ＝ 0；
Cont ＝ 0；
（2）第一次 PB0 按下的情況
端口數據為 0xfe，ReadData 讀端口并且取反，很顯然，就是 0x01 了。
Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); 因為這是第一次按下，所以 Cont 是上次的值，應為為 0。
那么這個式子的值也不難算，也就是 Trg = 0x01 & (0x01^0x00) = 0x01
Cont = ReadData = 0x01；
結果就是：
ReadData ＝ 0x01；
Trg ＝ 0x01；Trg 只會在這個時候對應位的值為 1，其它時候都為 0
Cont ＝ 0x01；
（3） PB0 按著不松（長按鍵）的情況
端口數據為 0xfe，ReadData 讀端口并且取反是 0x01 了。
Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); 因為這是連續按下，所以Cont 是上次的值，應為為0x01。
那么這個式子就變成了 Trg = 0x01 & (0x01^0x01) = 0x00
Cont = ReadData = 0x01；
結果就是：
ReadData ＝ 0x01；
Trg ＝ 0x00；
Cont ＝ 0x01；
因為現在按鍵是長按著，所以 MCU 會每個一定時間（20ms 左右）不斷的執行這個函數，
那么下次執行的時候情況會是怎么樣的呢？
ReadData ＝ 0x01；這個不會變，因為按鍵沒有松開
Trg ＝ ReadData & (ReadData ^ Cont) ＝ 0x01 & (0x01 ^ 0x01) = 0 ，只要按鍵沒有松開，這個
Trg 值永遠為 0 ！！！
Cont ＝ 0x01；只要按鍵沒有松開，這個值永遠是 0x01！！
（4）按鍵松開的情況
端口數據為 0xff，ReadData 讀端口并且取反是 0x00 了。
Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont) = 0x00 & (0x00^0x01) = 0x00
Cont = ReadData = 0x00；
結果就是：
ReadData ＝ 0x00；
Trg ＝ 0x00；
Cont ＝ 0x00；
很顯然，這個回到了初始狀態，也就是沒有按鍵按下的狀態。
總結一下，不知道想懂了沒有？其實很簡單，答案如下：
Trg 表示的就是觸發的意思，也就是跳變，只要有按鍵按下（電平從 1 到 0 的跳變），那么
Trg 在對應按鍵的位上面會置一，我們用了 PB0 則 Trg 的值為 0x01，類似，如果我們 PB7
按下的話，Trg 的值就應該為 0x80 ，這個很好理解，還有，最關鍵的地方，Trg 的值每次按
下只會出現一次，然后立刻被清除，完全不需要人工去干預。所以按鍵功能處理程序不會重
復執行，省下了一大堆的條件判斷，這個可是精粹哦！！Cont 代表的是長按鍵，如果 PB0 按
著不放，那么 Cont 的值就為 0x01，相對應，PB7 按著不放，那么 Cont 的值應該為 0x80，
同樣很好理解。
如果還是想不懂的話，可以自己演算一下那兩個表達式，應該不難理解的。
因為有了這個支持，那么按鍵處理就變得很爽了，下面看應用：
應用一：一次觸發的按鍵處理
假設 PB0 為蜂鳴器按鍵，按一下，蜂鳴器 beep 的響一聲。這個很簡單，但是大家以前是怎
么做的呢？對比一下看誰的方便？
#define KEY_BEEP 0x01
void KeyProc(void)
{
if (Trg & KEY_BEEP) // 如果按下的是 KEY_BEEP
{
Beep(); // 執行蜂鳴器處理函數
}
}
怎么樣？夠和諧不？記得前面解釋說 Trg 的精粹是什么？精粹就是只會出現一次。所以你按
下按鍵的話，Trg & KEY_BEEP 為“真”的情況只會出現一次，所以處理起來非常的方便，蜂
鳴器也不會沒事亂叫，hoho～～～
或者你會認為這個處理簡單，沒有問題，我們繼續。
應用 2：長按鍵的處理
項目中經常會遇到一些要求，例如：一個按鍵如果短按一下執行功能 A，如果長按 2 秒不放
的話會執行功能 B，又或者是要求 3 秒按著不放，計數連加什么什么的功能，很實際。不知
道大家以前是怎么做的呢？我承認以前做的很郁悶。
但是看我們這里怎么處理吧，或許你會大吃一驚，原來程序可以這么簡單
這里具個簡單例子，為了只是說明原理，PB0 是模式按鍵，短按則切換模式，PB1 就是加，
如果長按的話則連加（玩過電子表吧？沒錯，就是那個！）
#define KEY_MODE 0x01 // 模式按鍵
#define KEY_PLUS 0x02 // 加
void KeyProc(void)
{
if (Trg & KEY_MODE) // 如果按下的是 KEY_MODE，而且你常按這按鍵也沒有用，
{ //它是不會執行第二次的哦，必須先松開再按下
Mode++; // 模式寄存器加 1，當然，這里只是演示，你可以執行你想
// 執行的任何代碼
}
if (Cont & KEY_PLUS) // 如果“加”按鍵被按著不放
{
cnt_plus++; // 計時
if (cnt_plus > 100) // 20ms*100 = 2S 如果時間到
{
Func(); // 你需要的執行的程序
}
}
}
不知道各位感覺如何？我覺得還是挺簡單的完成了任務，當然，作為演示用代碼。
應用 3：點觸型按鍵和開關型按鍵的混合使用
點觸形按鍵估計用的最多，特別是單片機。開關型其實也很常見，例如家里的電燈，那些按
下就不松開，除非關。這是兩種按鍵形式的處理原理也沒啥特別，但是你有沒有想過，如果
一個系統里面這兩種按鍵是怎么處理的？我想起了我以前的處理，分開兩個非常類似的處理
程序，現在看起來真的是笨的不行了，但是也沒有辦法啊，結構決定了程序。不過現在好了，
用上面介紹的辦法，很輕松就可以搞定。
原理么？可能你也會想到，對于點觸開關，按照上面的辦法處理一次按下和長按，對于開關
型，我們只需要處理 Cont 就 OK 了，為什么？很簡單嘛，把它當成是一個長按鍵，這樣就
找到了共同點，屏蔽了所有的細節。程序就不給了，完全就是應用 2 的內容，在這里提為了
就是說明原理～～
好了，這個好用的按鍵處理算是說完了。可能會有朋友會問，為什么不說延時消抖問題？哈
哈，被看穿了。果然不能偷懶。下面談談這個問題，順便也就非常簡單的談談我自己用時間
片輪辦法，以及是如何消抖的。
延時消抖的辦法是非常傳統，也就是第一次判斷有按鍵，延時一定的時間（一般習慣是 20ms）
再讀端口，如果兩次讀到的數據一樣，說明了是真正的按鍵，而不是抖動，則進入按鍵處理
程序。
當然，不要跟我說你 delay（20）那樣去死循環去，真是那樣的話，我衷心的建議你先放下
手上所有的東西，好好的去了解一下操作系統的分時工作原理，大概知道思想就可以，不需
要詳細看原理，否則你永遠逃不出“菜鳥”這個圈子。當然我也是菜鳥。我的意思是，真正的
單片機入門，是從學會處理多任務開始的，這個也是學校程序跟公司程序的最大差別。當然，
本文不是專門說這個的，所以也不獻丑了。
我的主程序架構是這樣的：
volatile unsigned char Intrcnt;
void InterruptHandle() // 中斷服務程序
{
Intrcnt++; // 1ms 中斷 1 次，可變
}
void main(void)
{
SysInit();
while(1) // 每 20ms 執行一次大循環
{
KeyRead(); // 將每個子程序都掃描一遍
KeyProc();
Func1();
Funt2();
…
…
while(1)
{
if (Intrcnt>20) // 一直在等，直到 20ms 時間到
{
Intrcnt="0";
break; // 返回主循環
}
}
}
}
貌似扯遠了，回到我們剛才的問題，也就是怎么做按鍵消抖處理。我們將讀按鍵的程序放在
了主循環，也就是說，每 20ms 我們會執行一次 KeyRead()函數來得到新的 Trg 和 Cont 值。
好了，下面是我的消抖部分：很簡單
基本架構如上，我自己比較喜歡的，一直在用。當然，和這個配合，每個子程序必須執行時
間不長，更加不能死循環，一般采用有限狀態機的辦法來實現，具體參考其它資料咯。
懂得基本原理之后，至于怎么用就大家慢慢思考了，我想也難不到聰明的工程師們。例如還
有一些處理，
怎么判斷按鍵釋放？很簡單，Trg 和 Cont 都為 0 則肯定已經釋放了。

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