基于状态转移的独立按键程序设计

电子

基于状态转移的独立按键程序设计

本章所描述的按键程序要达到的目的：检测按键按下，短按，长按，释放。即通过按键的返回值我们可以获取到如下的信息：按键按下(短按)，按键长按，按键连发，按键释放。不知道大家还记得小时候玩过的电子钟没有，就是外形类似于CALL 机(CALL )的那种，有一个小液晶屏，还有四个按键，功能是时钟，闹钟以及秒表。在调整时间的时候，短按+键每次调整值加一，长按的时候调整值连续增加。

譬如，用一个智能充电器给你的手机电池充电，刚开始，它是处于快速充电状态，随着电量的增加，电压的升高，当达到规定的电压时候，它会转换到恒压充电。总而言之，细心观察，你会发现生活中的总总都可以归结为一个个的状态，而状态的变换或者转移总是由某些条件引起同时伴随着一些动作的发生。我们的按键亦遵循同样的规律，下面让我们来简单的描绘一下它的状态流程转移图。

下面对上面的流程图进行简要的分析。
首先按键程序进入初始状态S1，在这个状态下，检测按键是否按下，如果有按下，则进入按键消抖状态2，在下一次执行按键程序时候，直接由按键消抖状态进入按键按下状态3，在此状态下检测按键是否按下，如果没有按键按下，则返回初始状态S1，如果有则可以返回键值，同时进入长按状态S4，在长按状态下每次进入按键程序时候对按键时间计数，当计数值超过设定阈值时候，则表明长按事件发生，同时进入按键连发状态S5。如果按键键值为空键，则返回按键释放状态S6，否则继续停留在本状态。在按键连发状态下，如果按键键值为空键则返回按键释放状态S6，如果按键时间计数超过连发阈值，则返回连发按键值，清零时间计数后继续停留在本状态。
看了这么多，也许你已经有一个模糊的概念了，下面让我们趁热打铁，一起来动手编写按键驱动程序吧。
下面是我使用的硬件的连接图。

硬件连接很简单，四个独立按键分别接在P3^0------P3^3四个I/O上面。
因为51单片机I/O口内部结构的限制，在读取外部引脚状态的时候，需要向端口写1.在51单片机复位后，不需要进行此操作也可以进行读取外部引脚的操作。因此，在按键的端口没有复用的情况下，可以省略此步骤。而对于其它一些真正双向I/O口的单片机来说，将引脚设置成输入状态，是必不可少的一个步骤。
下面的程序代码初始化引脚为输入。

void KeyInit(void)
{
io_key_1 = 1 ;
io_key_2 = 1 ;
io_key_3 = 1 ;
io_key_4 = 1;
}

根据按键硬件连接定义按键键值
#defineKEY_VALUE_1          0x0e
#defineKEY_VALUE_2          0x0d
#defineKEY_VALUE_3             0x0b
#defineKEY_VALUE_4             0x07
#defineKEY_NULL                0x0f

下面我们来编写按键的硬件驱动程序。
根据第一章所描述的按键检测原理，我们可以很容易的得出如下的代码：
static uint8 KeyScan(void)
{
if(io_key_1 == 0)return KEY_VALUE_1 ;
if(io_key_2 == 0)return KEY_VALUE_2 ;
if(io_key_3 == 0)return KEY_VALUE_3 ;
if(io_key_4 == 0)return KEY_VALUE_4 ;
return KEY_NULL ;
}
其中io_key_1等是我们按键端口的定义，如下所示：
***it io_key_1 = P3^0 ;
***it io_key_2 = P3^1 ;
***it io_key_3 = P3^2 ;
***it io_key_4 = P3^3 ;

KeyScan()作为底层按键的驱动程序，为上层按键扫描提供一个接口，这样我们编写的上层按键扫描函数可以几乎不用修改就可以拿到我们的其它程序中去使用，使得程序复用性大大提高。同时，通过有意识的将与底层硬件连接紧密的程序和与硬件无关的代码分开写，使得程序结构层次清晰，可移植性也更好。对于单片机类的程序而言，能够做到函数级别的代码重用已经足够了。
在编写我们的上层按键扫描函数之前，需要先完成一些宏定义。
//定义长按键的TICK数,以及连发间隔的TICK数
#define KEY_LONG_PERIOD 100
#define KEY_CONTINUE_PERIOD 25

//定义按键返回值状态(按下,长按,连发,释放)
#defineKEY_DOWN             0x80
#define KEY_LONG                0x40
#defineKEY_CONTINUE          0x20
#defineKEY_UP                0x10

//定义按键状态
#defineKEY_STATE_INIT          0
#defineKEY_STATE_WOBBLE          1
#defineKEY_STATE_PRESS          2
#defineKEY_STATE_LONG          3
#define KEY_STATE_CONTINUE    4
#define KEY_STATE_RELEASE       5

接着我们开始编写完整的上层按键扫描函数，按键的短按，长按，连按，释放等等状态的判断均是在此函数中完成。对照状态流程转移图，然后再看下面的函数代码，可以更容易的去理解函数的执行流程。完整的函数代码如下：

void GetKey(uint8 *pKeyValue)
{
static uint8 s_u8KeyState = KEY_STATE_INIT ;
static uint8 s_u8KeyTimeCount = 0 ;
static uint8 s_u8LastKey = KEY_NULL ; //保存按键释放时候的键值
uint8 KeyTemp = KEY_NULL ;

KeyTemp = KeyScan(); //获取键值

switch(s_u8KeyState)
{
      case KEY_STATE_INIT :
            {
               if(KEY_NULL != (KeyTemp))
               {
                     s_u8KeyState = KEY_STATE_WOBBLE ;
               }
            }
      break ;

   case KEY_STATE_WOBBLE :    //消抖
            {
               s_u8KeyState = KEY_STATE_PRESS ;
            }
      break ;

   case KEY_STATE_PRESS :
            {
               if(KEY_NULL != (KeyTemp))
               {
                     s_u8LastKey = KeyTemp ; //保存键值,以便在释放按键状态返回键值
                     KeyTemp |= KEY_DOWN ; //按键按下
                     s_u8KeyState = KEY_STATE_LONG ;
               }
               else
               {
                     s_u8KeyState = KEY_STATE_INIT ;
               }
            }
      break ;

   case KEY_STATE_LONG :
            {
               if(KEY_NULL != (KeyTemp))
               {
                     if(++s_u8KeyTimeCount > KEY_LONG_PERIOD)
                     {
                        s_u8KeyTimeCount = 0 ;
                        KeyTemp |= KEY_LONG ; //长按键事件发生
                        s_u8KeyState = KEY_STATE_CONTINUE ;
                     }
               }
               else
               {
                     s_u8KeyState = KEY_STATE_RELEASE ;
               }
            }
      break ;

   case KEY_STATE_CONTINUE :
            {
               if(KEY_NULL != (KeyTemp))
               {
                     if(++s_u8KeyTimeCount > KEY_CONTINUE_PERIOD)
                     {
                        s_u8KeyTimeCount = 0 ;
                        KeyTemp |= KEY_CONTINUE ;
                     }
               }
               else
               {
                     s_u8KeyState = KEY_STATE_RELEASE ;
               }
            }
      break ;

   case KEY_STATE_RELEASE :
            {
               s_u8LastKey |= KEY_UP ;
               KeyTemp = s_u8LastKey ;
               s_u8KeyState = KEY_STATE_INIT ;
            }
      break ;

   default : break ;
}
*pKeyValue = KeyTemp ; //返回键值
}
关于这个函数内部的细节我并不打算花过多笔墨去讲解。对照着按键状态流程转移图，然后去看程序代码，你会发现其实思路非常清晰。最能让人理解透彻的，莫非就是将整个程序自己看懂，然后想象为什么这个地方要这样写，抱着思考的态度去阅读程序，你会发现自己的程序水平会慢慢的提高。所以我更希望的是你能够认认真真的看完，然后思考。也许你会收获更多。
不管怎么样，这样的一个程序已经完成了本章开始时候要求的功能：按下，长按，连按，释放。事实上，如果掌握了这种基于状态转移的思想，你会发现要求实现其它按键功能，譬如，多键按下，功能键等等，亦相当简单，在下一章，我们就去实现它。
在主程序中我编写了这样的一段代码，来演示我实现的按键功能。
void main(void)
{
uint8 KeyValue = KEY_NULL;
uint8 temp = 0 ;
   LED_CS11 = 1 ; //流水灯输出允许
LED_SEG = 0 ;
LED_DIG = 0 ;
Timer0Init() ;
KeyInit() ;
EA = 1 ;
while(1)
{
      Timer0MainLoop() ;
      KeyMainLoop(&KeyValue) ;

      if(KeyValue == (KEY_VALUE_1 |KEY_DOWN)) P0 = ~1 ;
      if(KeyValue == (KEY_VALUE_1 |KEY_LONG)) P0 = ~2 ;
      if(KeyValue == (KEY_VALUE_1 |KEY_CONTINUE)) { P0 ^= 0xf0;}
      if(KeyValue == (KEY_VALUE_1 |KEY_UP)) P0 = 0xa5 ;
}

}
按住第一个键，可以清晰的看到P0口所接的LED的状态的变化。当按键按下时候，第一个LED灯亮，等待2 S后第二个LED亮，第一个熄灭，表示长按事件发生。再过500 ms 第5~8个LED闪烁，表示连按事件发生。当释放按键时候，P0口所接的LED的状态为：
灭亮灭亮亮灭亮灭，这也正是P0 =0xa5这条语句的功能