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        新型的按鍵掃描程序,僅三行代碼

        作者:胡允宏   來源:本站原創   點擊數:  更新時間:2014年03月11日   【字體:

              對于單片機或嵌入式系統而言,按鍵是必不可少的。記得剛開始學51單片機的時候,剛接觸到按鍵掃描程序,理解起來很是費力,感覺代碼量不少。后來有接觸到 stm32的按鍵掃描程序,覺得不錯。今天一個偶然的機會從阿莫電子網看到這篇關于按鍵掃描的程序,覺得很不錯;于是就轉載整理出來了。不過,代碼是否可行我沒有上機實踐過,但是我相信應該沒問題的。

             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 )
        {   //什么叫異或運算?:簡單地說就是相同出0,不同出1.參與運算的兩個值,如果兩個相應的位bit
           //相同,則結果為0;否則為1.   如:0^0=0;0^1=1; 1^0=1; 1^1=0;

            unsigned char ReadData = PINB^0xff; // 1,讀端口數據即端口字節值,異或運算(或->取反)
            Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont);      // 2,觸發即按下按鍵
            Cont = ReadData;         // 3,連續按下
        }
        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讀端口并且異或運算,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讀端口并且異或運算,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 。!,這就說明:不管按鍵按什么方式操作,Trg只會在這個時候對應位的值為1,其它時候都為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讀端口并且作異或運算結果是 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(手一松即通過程序掃描自動恢復初態),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,如果松開則為0x00;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)  //鍵盤操作函數
        {
               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~~~這里補充一點大量實驗的經驗:一旦beep鳴叫,若沒有按鍵再次按下,beep會一直鳴叫;這樣的按鍵相當于“點動”功能按鍵。
        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
        這里舉個簡單例子,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?赡軙信笥褧䥺,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。

              每當我看完這篇帖子,就感覺有所收獲。學習就是要多交流,廣開門路!

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