基于狀態(tài)機(jī)的單片機(jī)按鍵短按長按功能的實(shí)現(xiàn)

吳允強(qiáng)+吳由松

摘 要

本文介紹了一種基于狀態(tài)機(jī)的單片機(jī)按鍵的實(shí)現(xiàn)，通過狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)按鍵的短按與長按的功能，同時(shí)改進(jìn)按鍵消抖的方法，使單片機(jī)在節(jié)約CPU的資源的同時(shí)實(shí)現(xiàn)按鍵的各種狀態(tài)的檢測，提高單片機(jī)的工作效率，整個(gè)設(shè)計(jì)代碼簡潔，方便維護(hù)。

【關(guān)鍵詞】狀態(tài)機(jī) 按鍵 長按

1 引言

在自己在科研實(shí)踐和對學(xué)生教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在單片機(jī)學(xué)習(xí)中對于按鍵處理的方法都是：檢測按鍵、延時(shí)消抖、按鍵執(zhí)行、等待釋放，整個(gè)按鍵處理的程序中大量出現(xiàn)“delay_1ms（5）；”和“while（！key）；”這樣的語句，這明顯是在給自己找麻煩，延時(shí)消抖與等待釋放需要消耗CPU運(yùn)行時(shí)間，執(zhí)行效率低下，而且這種方法處理的按鍵程序也實(shí)現(xiàn)不了按鍵的短按、長按等靈活的按鍵操作方式。本文講述了一種用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)按鍵掃描的方法，達(dá)到按鍵的短按和長按功能，高效的處理按鍵消抖問題。

2 狀態(tài)機(jī)

狀態(tài)機(jī)在軟件編程中非常重要，一個(gè)思路清晰而且高效的程序，必然有狀態(tài)機(jī)的身影浮現(xiàn)。比如在按鍵命令解析程序中，本來是在狀態(tài)1中，觸發(fā)一個(gè)按鍵后切換到狀態(tài)2，再觸發(fā)另一個(gè)按鍵切換到狀態(tài)3，或者返回到狀態(tài)1。按鍵的擊鍵過程也是一種狀態(tài)的切換，也可以看著是一個(gè)狀態(tài)機(jī)，一個(gè)按鍵的擊鍵過程包括：按下、抖動(dòng)、閉合、抖動(dòng)和釋放等狀態(tài)。我們只要把這些狀態(tài)機(jī)的思想想辦法用程序表示出來就可以了。

3 按鍵的狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)

我們這里用狀態(tài)機(jī)是為解決問題的，那么我們就要從問題本身去思考。為了實(shí)現(xiàn)按鍵掃描，達(dá)到按鍵短按和長按的功能，可以根據(jù)一個(gè)按鍵從按下按鍵到釋放按鍵的整個(gè)過程將按鍵分為4個(gè)狀態(tài)：

S0：等待按鍵按下

S1：按鍵按下

S2：等待按鍵短按釋放

S3：等待按鍵長按釋放

假設(shè)按鍵按下為低電平“0”，按鍵未按下為高電平“1”，按鍵的整個(gè)過程我們就可以通過狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖表示出來，如圖1所示。

首先，按鍵的初始狀態(tài)為S0，當(dāng)檢測到輸入為1時(shí)，表示按鍵沒有按下，保持S0；當(dāng)輸入為0時(shí)，表示按鍵按下，狀態(tài)轉(zhuǎn)入S1。在S1狀態(tài)中，檢測輸入信號是否為0，如果為0，執(zhí)行按鍵程序轉(zhuǎn)入S2；如果為1，表示之前的按鍵操作是干擾信號，回到S0。在S2狀態(tài)中，如果輸入信號是1，則回到S0，表示按鍵短按已經(jīng)釋放；如果按鍵沒有釋放，輸入為0時(shí)，就開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)沒有結(jié)束前一直在S2，當(dāng)計(jì)時(shí)結(jié)束了，轉(zhuǎn)入S3，表示按鍵一直按著，為長按功能，在S2計(jì)時(shí)過程中，輸入從0變?yōu)?也會回到S0。在S3狀態(tài)中，輸入信號為1，返回S0，表示按鍵長按釋放；輸入信號為0，執(zhí)行相應(yīng)的按鍵程序，也可以計(jì)時(shí)，等計(jì)時(shí)結(jié)束執(zhí)行按鍵程序，達(dá)到按鍵連擊的功能。這就是采用狀態(tài)機(jī)進(jìn)行按鍵檢測達(dá)到短按與長按的整個(gè)過程。

下面以四個(gè)按鍵接在P1的P1.7、P1.6、P1.5、P1.4，設(shè)計(jì)狀態(tài)機(jī)按鍵掃描程序。

程序代碼如下：

#define S0 0 //狀態(tài)0

#define S1 1 //狀態(tài)1

#define S2 2 //狀態(tài)2

#define S3 3 //狀態(tài)3

void key（）

{static unsigned char state=S0，key_time；

unsigned char key；

key=P1&0xf0； //屏蔽P1低四位

switch （state） //檢測狀態(tài)

{case S0：//狀態(tài)0

if（key！=0xf0）state=S1；break； //判斷輸入是否為0，為0轉(zhuǎn)入狀態(tài)1

case S1：//狀態(tài)1

if（key==0xf0）state=S0； //判斷輸入是否為1，為1返回狀態(tài)0

else //否則，轉(zhuǎn)入狀態(tài)2，執(zhí)行按鍵程序

{state=S2；

switch （key）

{case 0xe0：/*按鍵1執(zhí)行程序*/break；

case 0xd0：/*按鍵2執(zhí)行程序*/break；

case 0xb0：/*按鍵3執(zhí)行程序*/break；

case 0x70：/*按鍵4執(zhí)行程序*/break；}} break；

case S2：//狀態(tài)2

if（key==0xf0）state=S0；//判斷輸入是否為1，為1返回狀態(tài)0

else if（++key_time==100）{key_time=0；state=S3；}break；

//否則開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)結(jié)束轉(zhuǎn)入狀態(tài)3

case S3：//狀態(tài)3

if（key==0xf0）state=S0；//判斷輸入是否為1，為1返回狀態(tài)0

else if（++key_time==5）//否則開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)結(jié)束按鍵連擊

{key_time=0；

switch （key）{

case 0xe0：break；

case 0xd0：break；

case 0xb0：break；

case 0x70：break；}

}break；}}

4 中斷處理按鍵消抖

通常使用的按鍵都是機(jī)械彈性按鍵，也就是輕觸開關(guān)。機(jī)械按鍵在觸點(diǎn)的閉合和斷開的過程中會產(chǎn)生抖動(dòng)，一個(gè)按鍵在按下時(shí)不會立刻穩(wěn)定的導(dǎo)通，在釋放時(shí)也一樣，不會一下子就斷開，在按下和釋放瞬間都會有一連串的抖動(dòng)現(xiàn)象。按鍵的抖動(dòng)時(shí)間有按鍵的機(jī)械特性決定，一般情況為5ms～10ms。這種抖動(dòng)人是感覺不出來的，但是單片機(jī)的運(yùn)行速度是微秒級的，這里可以設(shè)計(jì)一個(gè)定時(shí)中斷來檢測按鍵的狀態(tài)，通過定時(shí)中斷來消除按鍵抖動(dòng)問題。因此可以把定時(shí)器的時(shí)間設(shè)置為10ms，每隔10ms進(jìn)入一次中斷檢測一次按鍵的狀態(tài)。

5 總結(jié)

本文介紹的這種以狀態(tài)機(jī)來實(shí)現(xiàn)按鍵檢測的方法，與一般的按鍵檢測方法相對比，能完成案件的多種狀態(tài)的檢測，實(shí)現(xiàn)按鍵的短按和長按功能。采用狀態(tài)機(jī)編寫的按鍵程序也大大的改進(jìn)了按鍵消抖對CPU運(yùn)行時(shí)間消耗的問題。程序代碼簡單，維護(hù)方便，適用范圍廣。

參考文獻(xiàn)

[1]黃小華，單片機(jī)中的按鍵處理方法[J].電子科技，2014（19）：1.

[2]陳曉麗，按鍵的多種狀態(tài)檢測及消抖處理方法[J].家電科技，2013（04）：68-70.

作者單位

南昌理工學(xué)院 江西省南昌市 330044endprint