【stm32单片机基础】按键状态机
前言
在单片机的教学例程中，常使用delay延迟的方式消除按键抖动，而delay延迟的方式使CPU处于空等的状态，不能进行其他任务，直到结束delay延时函数，这种阻塞的方式不便 利于多任务的情形。本文将使用非阻塞的方式消抖，并采用状态机的模式编写按键处理函数。一、按键的消抖
按键消抖：通常的按键所用开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开，因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，按键抖动会引起一次按键被误读多次。
抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5ms～10ms。
软件消抖：硬件方法将导致系统硬件电路设计复杂化，常采用软件方法进行消抖。
软件方法去抖，即检测出键闭合后执行一个延时程序，5ms～10ms的延时，让前沿抖动消失后再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认为真正有键按下。
二、按键状态机实现
0.状态机模式
简单理解为：将一个事件划分为有限个状态，满足相应的条件，在有限个状态之间跳转；可以使用状态图来描述事件处理过程，这种方式使得程序逻辑思路更加清晰严谨。以按键为例，按键检测的过程可以分为三个状态：未按下状态、按下状态、按键释放；而在这三个状态之间跳转的条件为当前状态下按键的值。
在单片机中实现状态机最常用的语句便是switch case语句。
【状态机中如何非阻塞消抖】：使用定时器中断，定时每10ms执行一次switch case语句，即两个状态之间跳转的时间为10ms，这样便代替了delay延时。当定时中断发生时，才跳转到中断服务函数执行。
1.单个按键检测
独立按键电路
单个按键的状态转移图如下：
S1状态为按键未按下，S2为按键按下，S3为释放按键；状态跳转条件为当前状态下读取到的按键高低电平Key，当Result为1时，表示按键已经成功按下。
单个按键检测的代码实现：
#ifdef SingleKeyEvent
/**
* 单个按键检测事件
* 功能：使用状态机方式，扫描单个按键；扫描周期为10ms,10ms刚好跳过抖动；
* 状态机使用switch case语句实现状态之间的跳转
*
*/
void Key_Scan(void)
{
static u8 Key_status = Key_ON; //设置局部静态变量 keystatus 记录状态
switch (Key_status)
{
//按键未按下状态，此时判断Key的值
case Key_ON:
if(!Key)
{
Key_status = Key_Pressed; //如果按键Key值为0，说明按键开始按下，进入下一个状态
Key_Result = No_Key; //Key_Result =0;
}
break;
//按键按下状态：
case Key_Pressed:
if(!Key) //查看当前Key是否还是0，再次确认是否按下
{
Key_status = Key_Release; //进入下一个释放状态
Key_Result = Get_Key; //按下已经按下，Key_Result = 1；
}
else //当前Key值为1，确认为抖动，则返回上一个状态
{
Key_status = Key_ON; //返回上一个状态
Key_Result = No_Key;
}
break;
//按键释放状态
case Key_Release:
if(Key) //当前Key值为1，说明按键已经释放，返回开始状态
{
Key_status = Key_ON;
}
Key_Result = No_Key;
break;
default: break;
}
}
#endif
2.单个按键实现长按和短按
单个按键实现短按和长按是个很常用的方式，许多电子设计中都这么用。区别单个按键是否是长按和短按依靠检测按键按下的持续时间。
一般将短按时间T设为 10ms < T < 30ms；长按时间的T设置为：T > 500ms.
按键长按和短按的状态转移图如下：
S1状态为按键未按下，S2为第一次按键稳定按下，S3为按键长按状态，S4为释放按键；状态跳转条件为当前状态下读取到的按键高低电平Key，对于短按和长按的判断在S2和S3状态中处理。
代码如下（示例）：
#ifdef SingleKey_LongShort_Event
/**
* 单个按键检测短按和长按事件
* 短按：时间 10ms < T < 30 ms, 长按：时间 T > 500ms
* 功能：使用状态机方式，扫描单个按键；扫描周期为10ms,10ms刚好跳过抖动；
* 状态机使用switch case语句实现状态之间的跳转
* 使用长按u8 LongFlag和短按u8 ShortFlag标志位以及计时变量 u8 TimeCnt;
* 在单个按键长按和短按事件中Key_Result： 0：没有按下，1：表示短按，2：表示长按
*/
void Key_Scan(void)
{
static u8 Key_status = Key_ON; //设置局部静态数据 keystatus 记录状态
static u8 TimeCnt = 0;
switch (Key_status)
{
//按键未按下状态，此时判断Key的值
case Key_ON:
if(!Key)
{
Key_status = Key_Pressed; //如果按键Key值为0，说明按键开始按下，进入下一个状态
TimeCnt = 0;
}
break;
case Key_Pressed:
if(!Key) //查看当前Key是否还是0，再次确认是否按下
{
TimeCnt++; //开始记录按下时长
if(TimeCnt > S_KeyTime) //短按时长,大于30ms
{
Key_status = Key_LongPress; //需要进入长按状态确定
}
}
else //当前Key值为1，确认为抖动，则返回上一个状态
{
Key_status = Key_ON; //返回上一个状态
}
break;
case Key_LongPress:
if(!Key)
{
TimeCnt++; //继续记录按下时长
if(TimeCnt > L_KeyTime) //大于500ms
{
Key_Result = Long_Key;
Key_status = Key_Release; //进入按键释放状态
}
}
else //Key值变为了1，说明此处动作为短按
{
Key_Result = Short_Key; //短按
TimeCnt = 0; //清空计时器
Key_status = Key_ON; //返回初状态
}
break;
case Key_Release:
if(Key) //当前Key值为1，说明按键已经释放，返回开始状态
{
Key_status = Key_ON;
}
break;
default: break;
}
}
#endif
三、长按和短按测试示例
头文件
/**
* 使用定时器来轮询Key_Scan()函数，定时节拍为2ms,
* 状态转换时间为10ms,即每次进入switch case语句的时间差为10ms
* 利用该10ms的间隙跳过按键抖动
*/
#ifndef __BUTTON_H
#define __BUTTON_H
#include "stm32f10x.h"
//按键对应的IO管脚 KEY1 PA.15
#define KEY_IO_RCC RCC_APB2Periph_GPIOA
#define KEY_IO_PORT GPIOA
#define KEY_IO_PIN GPIO_Pin_15
//Key的值 0：没有按下，1：表示短按，2：表示长按
#define No_Key 0x00
#define Get_Key 0x01
#define Short_Key 0x01
#define Long_Key 0x02
#define S_KeyTime 3
#define L_KeyTime 50
//Key: 1:高电平，按键未按下， 0：低电平，按键按下
#define Key GPIO_ReadInputDataBit(KEY_IO_PORT,KEY_IO_PIN)
//一个按键的状态，Key_ON：未按下，Key_Down:按下，Key_Release:按键释放，Key_LongPress :长按
#define Key_ON 0x00
#define Key_Pressed 0x01
#define Key_Release 0x02
#define Key_LongPress 0x03
//单个按键事件
//#define SingleKeyEvent
//单个按键实现长按和短按
#define SingleKey_LongShort_Event
void Key_Init(void);
void Key_Scan(void);
#endif
main函数
extern u8 Key_Result;
int main()
{
Key_Init();
led_init();
timer_init(19,7199);//10Khz的计数频率，计数到20为2ms
while(1)
{
switch(Key_Result)
{
case Short_Key:
LED0 = 0;
Delay_ms(1000);
break;
case Long_Key:
LED1 = 0;
Delay_ms(1000);
break;
case No_Key:
LED0 = 1;
LED1 = 1;
break;
default: break;
}
}
}
#endif
void TIM3_IRQHandler(void) //TIM3 每 2ms 中断一次
{
static u8 cnt;
if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) //检查指定的TIM中断发生与否:TIM 中断源
{
cnt++;
if(cnt>4) // 每10ms 执行一次按键扫描程序
{
Key_Scan();
cnt = 0;
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update); //清除TIMx的中断待处理位:TIM 中断源
}
}
总结
使用状态机时，需要对事件的状态进行分析，可适当的增加中间状态，便于处理。在上文中，增加了长按的状态S3，S2为第一次按下状态，S2状态可以消抖判断，也用于处理短按处理，S3为长按状态，增加S3状态之后，程序逻辑更清楚，不至于混乱。