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一个学妹写的按键检测函数把我秀翻了！

来源:果果小师弟发布时间:2024-02-01

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摘要：今年实验室来了三个学妹，其中一个学妹以前是物联网专业的，进了实验室老师二话没说：先把STM32单片机过一遍，有啥问题就找小师弟。还好单片机小师弟会玩一点点，玩的也不好，所以一起学习吧！

上来第一个例程就是使用按键点亮一个LED灯，好家伙。点灯小师弟比较在行，毕竟32、FPGA、Linux的小灯都被小师弟点了一遍。哈哈哈！所以今天还是来说一说按键检测吧！

一、如何进行按键检测

检测按键有中断方式和GPIO查询方式两种。推荐大家用GPIO查询方式。

中断方式：中断方式可以快速地检测到按键按下，并执行相应的按键程序，但实际情况是由于按键的机械抖动特性，在程序进入中断后必须进行滤波处理才能判定是否有效的按键事件。如果每个按键都是独立的接一个 IO 引脚，需要我们给每个 IO 都设置一个中断，程序中过多的中断会影响系统的稳定性。中断方式跨平台移植困难。

查询方式：查询方式有一个最大的缺点就是需要程序定期的去执行查询，耗费一定的系统资源。实际上耗费不了多大的系统资源，因为这种查询方式也只是查询按键是否按下，按键事件的执行还是在主程序里面实现。

中断方式：在 OS 中要尽可能少用中断方式，因为在RTOS中过多的使用中断会影响系统的稳定性和可预见性。只有比较重要的事件处理需要用中断的方式。

查询方式：对于用户按键推荐使用这种查询方式来实现，现在的OS基本都带有CPU利用率的功能，这个按键FIFO占用的还是很小的，基本都在1%以下。

二、最简单的按键检测程序

先给他说了一种经典的按键检测代码，相信大多数人使用按键函数都见过它，很简单就不过多介绍了！

#defineKEY0_PRES1//KEY0
#defineKEY1_PRES2//KEY1
#defineWKUP_PRES3//WK_UP

u8KEY_Scan(u8mode)
{
staticu8key_up=1;//按键按松开标志
if(mode)key_up=1;//支持连按
if(key_up&&(KEY0==0||KEY1==0||WK_UP==1))
{
delay_ms(10);//去抖动
key_up=0;
if(KEY0==0)returnKEY0_PRES;
elseif(KEY1==0)returnKEY1_PRES;
elseif(WK_UP==1)returnWKUP_PRES;
}elseif(KEY0==1&&KEY1==1&&WK_UP==0)key_up=1;
return0;//无按键按下
}

intmain(void)
{
u8t=0;
delay_init();//延时函数初始化
LED_Init();//初始化与LED连接的硬件接口
KEY_Init();//初始化与按键连接的硬件接口
LED=0;//点亮LED
while(1)
{
t=KEY_Scan(0);//得到键值
switch(t)
{
caseKEY0_PRES://如果KEY0按下
LED=!LED;
break;
default:
delay_ms(10);
}
}
}

如果你在工作中使用这种代码，有可能会被同事笑话。当然我这里并不是说这种代码不好，不管黑猫白猫，能抓住老鼠就是好猫。只要能满足项目需求实现对应的功能就是好代码。但是如果你使用下面这种个人感觉可能会更好。

其实也并没有什么神秘感，就是使用了FIFO机制。参考的就是安富莱的按键例程，不过源代码相对比较复杂，对于初学者并不友好，所以小小的修改了一下，仅供参考！

在前面分享了使用系统滴答定时器实现了多个软件定时器，在按键FIFO中也需要使用这个定时器。在系统的开始我们会启动一个10ms的软件定时器。在这个10ms的软件定时器中不断的进行按键扫描，与其他的任务互不影响。

三、为什么要了解FIFO

要回答什么是FIFO，先要回答为什么要使用FIFO。只有搞清楚使用FIFO的好处，你才会有意无意的使用FIFO。学习FIFO机制和状态机机制一样，都是在裸机编程中非常重要的编程思想。编程思想很重要。初级coder总是在关注代码具体是怎么写，高级coder关注的是程序的框架逻辑，而不是某个细节。只要你框架逻辑通了，则一通百通。

四、什么是FIFO

FIFO是先入先出的意思，即谁先进入队列，谁先出去。比如我们需要串口打印数据，当使用缓存将该数据保存的时候，在输出数据时必然是先进入的数据先出去，那么该如何实现这种机制呢？首先就是建立一个缓存空间，这里假设为10个字节空间进行说明。

从这张图就知道如果要使用FIFO，就要定义一个结构体，而这个结构体至少应该有三个成员。数组buf、读指针read、写指针write。

typedefstruct
{
uint8_tBuf[10];/*缓冲区*/
uint8_tRead;/*缓冲区读指针*/
uint8_tWrite;/*缓冲区写指针*/
}KEY_FIFO_T;

缓存一开始没有数据，并且用一个变量write指示下一个写入缓存的索引地址，这里下一个存放的位置就是0，用另一个变量read 指示下一个读出缓存的索引地址，并且下一个读出数据的索引地址也是0。目前队列中是没有数据的，也就是不能读出数据，队列为空的判断条件在这里就是两个索引值相同。

现在开始存放数据：

在这里可以看到队列中加入了9个数据，并且每加入一个数据后队尾索引加 1，队头不变，这就是数据加入队列的过程。但是缓存空间只有10个，如何判断队列已满呢？如果只是先一次性加数据到队列中，然后再读出数据，那这里的判断条件显然是队尾索引为9。

好了这就是FIFO的基本原理，下面来看一下按键FIFO是怎么操作的。

我们这里以5个字节的FIFO空间进行说明。Write变量表示写位置，Read 变量表示读位置。初始状态时，Read = Write = 0。

我们依次按下按键 K1，K2，那么FIFO中的数据变为：

如果 Write！= Read，则我们认为有新的按键事件。我们通过函数KEY_FIFO_Get()读取一个按键值进行处理后，Read 变量变为 1。Write 变量不变。

继续通过函数KEY_FIFO_Get()读取 3 个按键值进行处理后，Read 变量变为 4。此时Read = Write= 4。两个变量已经相等，表示已经没有新的按键事件需要处理。

有一点要特别的注意，如果 FIFO 空间写满了，Write 会被重新赋值为 0，也就是重新从第一个字节空间填数据进去，如果这个地址空间的数据还没有被及时读取出来，那么会被后来的数据覆盖掉，这点要引起大家的注意。我们的驱动程序开辟了 10 个字节的 FIFO 缓冲区，对于一般的应用足够了。

五、按键FIFO的优点

可靠地记录每一个按键事件，避免遗漏按键事件。特别是需要实现按键的按下、长按、自动连发、弹起等事件时。

读取按键的函数可以设计为非阻塞的，不需要等待按键抖动滤波处理完毕。

按键 FIFO 程序在嘀嗒定时器中定期的执行检测，不需要在主程序中一直做检测，这样可以有效地降低系统资源消耗。

六、按键 FIFO 的实现

在我们的key.h文件中定义一个结构体类型为KEY_FIFO_T的结构体。就是前面说的那个结构体。这只是类型声明，并没有分配变量空间。

typedefstruct
{
uint8_tBuf[10];/*缓冲区*/
uint8_tRead;/*缓冲区读指针*/
uint8_tWrite;/*缓冲区写指针*/
}KEY_FIFO_T;

接着在key.c 中定义 s_tKey 结构变量, 此时编译器会分配一组变量空间。

staticKEY_FIFO_Ts_tKey;/*按键FIFO变量,结构体*/
好了按键FIFO的结构体数据类型就定义完了，很简单吧！

既然结构体都定义好了，接着就是往这个FIFO的数组中写入数据，也就是按键的键值，用来模拟按键的动作了。

/*
**********************************************************
*函数名:KEY_FIFO_Put
*功能说明:将1个键值压入按键FIFO缓冲区。可用于模拟一个按键。
*形参:_KeyCode:按键代码
*返回值:无
**********************************************************
*/
voidKEY_FIFO_Put(uint8_t_KeyCode)
{
s_tKey.Buf[s_tKey.Write]=_KeyCode;

if(++s_tKey.Write>=KEY_FIFO_SIZE)
{
s_tKey.Write=0;
}
}

函数的主要功能就是将按键代码_KeyCode写入到FIFO中，而这个FIFO就是我们定义结构体的这个数组成员，每写一次，就是每调用一次KEY_FIFO_Put()函数，写指针write就++一次，也就是向后移动一个空间，如果FIFO空间写满了，也就是s_tKey.Write >= KEY_FIFO_SIZE，Write会被重新赋值为 0。

有写入键值当然就有读出键值。

/*
***********************************************************
*函数名:KEY_FIFO_Get
*功能说明:从按键FIFO缓冲区读取一个键值。
*形参:无
*返回值:按键代码
************************************************************
*/
uint8_tKEY_FIFO_Get(void)
{
uint8_tret;

if(s_tKey.Read==s_tKey.Write)
{
returnKEY_NONE;
}
else
{
ret=s_tKey.Buf[s_tKey.Read];

if(++s_tKey.Read>=KEY_FIFO_SIZE)
{
s_tKey.Read=0;
}
returnret;
}
}

如果写指针和读出的指针相等，那么返回值就为0，表示按键缓冲区为空，所有的按键时间已经处理完毕。如果不相等就说明FIFO的缓冲区不为空，将Buf中的数读出给ret变量。同样，如果FIFO空间读完了，没有缓存了，也就是s_tKey.Read >= KEY_FIFO_SIZE，Read也会被重新赋值为 0。按键的键值定义在key.h 文件，下面是具体内容：

typedefenum
{
KEY_NONE=0,/*0表示按键事件*/

KEY_1_DOWN,/*1键按下*/
KEY_1_UP,/*1键弹起*/
KEY_1_LONG,/*1键长按*/

KEY_2_DOWN,/*2键按下*/
KEY_2_UP,/*2键弹起*/
KEY_2_LONG,/*2键长按*/

KEY_3_DOWN,/*3键按下*/
KEY_3_UP,/*3键弹起*/
KEY_3_LONG,/*3键长按*/
}KEY_ENUM;

必须按次序定义每个键的按下、弹起和长按事件，即每个按键对象占用 3 个数值。推荐使用枚举enum, 不用#define的原因是便于新增键值,方便调整顺序。使用{ } 将一组相关的定义封装起来便于理解。编译器也可帮我们避免键值重复。

上面说了如何将按键的键值存入和读出FIFO，但是既然是按键操作，就肯定涉及到按键消抖处理，还有按键的状态是按下还是弹起，是长按还是短按。所以为了以示区分，我们用还需要给每一个按键设置很多参数，就需要再定义一个结构体KEY_T，让每个按键对应1个全局的结构体变量。

typedefstruct
{
/*下面是一个函数指针，指向判断按键手否按下的函数*/
uint8_t(*IsKeyDownFunc)(void);/*按键按下的判断函数,1表示按下*/

uint8_tCount;/*滤波器计数器*/
uint16_tLongCount;/*长按计数器*/
uint16_tLongTime;/*按键按下持续时间,0表示不检测长按*/
uint8_tState;/*按键当前状态（按下还是弹起）*/
uint8_tRepeatSpeed;/*连续按键周期*/
uint8_tRepeatCount;/*连续按键计数器*/
}KEY_T;
在key.c 中定义s_tBtn结构体数组变量。

staticKEY_Ts_tBtn[3]={0};

每个按键对象都分配一个结构体变量，这些结构体变量以数组的形式存在将便于我们简化程序代码行数。因为我的硬件有3个按键，所以这里的数组元素为3。使用函数指针IsKeyDownFunc可以将每个按键的检测以及组合键的检测代码进行统一管理。

因为函数指针必须先赋值，才能被作为函数执行。因此在定时扫描按键之前，必须先执行一段初始化函数来设置每个按键的函数指针和参数。这个函数是void KEY_Init(void)。

voidKEY_Init(void)
{
KEY_FIFO_Init();/*初始化按键变量*/
KEY_GPIO_Config();/*初始化按键硬件*/
}
下面是KEY_FIFO_Init函数的定义：

staticvoidKEY_FIFO_Init(void)
{
uint8_ti;

/*对按键FIFO读写指针清零*/
s_tKey.Read=0;
s_tKey.Write=0;

/*给每个按键结构体成员变量赋一组缺省值*/
for(i=0;i<HARD_KEY_NUM;i++)
{
s_tBtn[i].LongTime=100;/*长按时间0表示不检测长按键事件*/
s_tBtn[i].Count=5/2;/*计数器设置为滤波时间的一半*/
s_tBtn[i].State=0;/*按键缺省状态，0为未按下*/
s_tBtn[i].RepeatSpeed=0;/*按键连发的速度，0表示不支持连发*/
s_tBtn[i].RepeatCount=0;/*连发计数器*/
}
/*判断按键按下的函数*/
s_tBtn[0].IsKeyDownFunc=IsKey1Down;
s_tBtn[1].IsKeyDownFunc=IsKey2Down;
s_tBtn[2].IsKeyDownFunc=IsKey3Down;
}

我们知道按键会有机械抖动，你以为按键按下就是低电平，其实在按下的一瞬间会存在机械抖动，如果不做延时处理，可能会出错，一般如果按键检测到按下后再延时50ms检测一次，如果还是检测低电平，才能说明按键真正的被按下了。反之按键弹起时也是一样的。所以我们程序设置按键滤波时间50ms, 因为代码每10ms扫描一次按键，所以按键的单位我们可以理解为10ms，滤波的次数就为5次。这样只有连续检测到50ms状态不变才认为有效，包括弹起和按下两种事件，即使按键电路不做硬件滤波(没有电容滤波)，该滤波机制也可以保证可靠地检测到按键事件。

判断按键是否按下，用一个HAL_GPIO_ReadPin就可以搞定。

staticuint8_tIsKey1Down(void)
{
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,GPIO_PIN_4)==GPIO_PIN_RESET)
return1;
else
return0;
}
staticuint8_tIsKey2Down(void)
{
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,GPIO_PIN_3)==GPIO_PIN_RESET)
return1;
else
return0;
}

staticuint8_tIsKey3Down(void)
{
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,GPIO_PIN_2)==GPIO_PIN_RESET)
return1;
else
return0;
}
下面是KEY_GPIO_Config函数的定义，这个函数就是配置具体的按键GPIO的，就不需要过多的解释了。

staticvoidKEY_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;

/*第1步：打开GPIO时钟*/
__HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();

/*第2步：配置所有的按键GPIO为浮动输入模式(实际上CPU复位后就是输入状态)*/
GPIO_InitStructure.Mode=GPIO_MODE_INPUT;/*设置输入*/
GPIO_InitStructure.Pull=GPIO_NOPULL;/*上下拉电阻不使能*/
GPIO_InitStructure.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;/*GPIO速度等级*/

GPIO_InitStructure.Pin=GPIO_PIN_4;
HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

GPIO_InitStructure.Pin=GPIO_PIN_3;
HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

GPIO_InitStructure.Pin=GPIO_PIN_2;
HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
}
按键扫描函数KEY_Scan()每隔 10ms 被执行一次。RunPer10ms函数在 systick中断服务程序中执行。

voidRunPer10ms(void)
{
KEY_Scan();
}

voidKEY_Scan(void)
{
uint8_ti;
for(i=0;i<HARD_KEY_NUM;i++)
{
KEY_Detect(i);
}
}
/*
每隔10ms所有的按键GPIO均会被扫描检测一次。KEY_Detect函数实现如下：

staticvoidKEY_Detect(uint8_ti)
{
KEY_T*pBtn;

pBtn=&s_tBtn[i];
if(pBtn->IsKeyDownFunc())
{//这个里面执行的是按键按下的处理
if(pBtn->Count<KEY_FILTER_TIME)
{//按键滤波前给Count设置一个初值
pBtn->Count=KEY_FILTER_TIME;
}
elseif(pBtn->Count<2*KEY_FILTER_TIME)
{//实现KEY_FILTER_TIME时间长度的延迟
pBtn->Count++;
}
else
{
if(pBtn->State==0)
{
pBtn->State=1;

/*发送按钮按下的消息*/
KEY_FIFO_Put((uint8_t)(3*i+1));
}

if(pBtn->LongTime>0)
{
if(pBtn->LongCount<pBtn->LongTime)
{
/*发送按钮持续按下的消息*/
if(++pBtn->LongCount==pBtn->LongTime)
{
/*键值放入按键FIFO*/
KEY_FIFO_Put((uint8_t)(3*i+3));
}
}
else
{
if(pBtn->RepeatSpeed>0)
{
if(++pBtn->RepeatCount>=pBtn->RepeatSpeed)
{
pBtn->RepeatCount=0;
/*长按键后，每隔10ms发送1个按键*/
KEY_FIFO_Put((uint8_t)(3*i+1));
}
}
}
}
}
}
else
{//这个里面执行的是按键松手的处理或者按键没有按下的处理
if(pBtn->Count>KEY_FILTER_TIME)
{
pBtn->Count=KEY_FILTER_TIME;
}
elseif(pBtn->Count!=0)
{
pBtn->Count--;
}
else
{
if(pBtn->State==1)
{
pBtn->State=0;

/*发送按钮弹起的消息*/
KEY_FIFO_Put((uint8_t)(3*i+2));
}
}
pBtn->LongCount=0;
pBtn->RepeatCount=0;
}
}
这个函数还是比较难以理解的，主要是结构体的操作。所以好好学习结构体，不要见了结构体就跑。

分析：首先读取相应按键的结构体地址赋值给结构体指针变量pBtn ，因为程序里面每个按键都有自己的结构体，只有通过这个方式才能对具体的按键进行操作。(在前面我们使用软件定时器时也使用了这中操作，在滴答定时器的中断服务函数中)。

staticKEY_Ts_tBtn[3];//程序里面每个按键都有自己的结构体,有三个按键
KEY_T*pBtn;//定义一个结构体指针变量pBtn
pBtn=&s_tBtn[i];//将按键的结构体地址赋值给结构体指针变量pBtn
然后接着就是给按键滤波前给Count设置一个初值，前面说按键初始化的时候已经设置了Count =5/2。然后判断是否按下的标志位，如果按键按下了，这里就将其设置为 1，如果没有按下这个变量的值就会一直是 0。这里可能不理解是就是按键按下发送的键值是3 * i + 1。按键弹起发送的键值是3 * i + 2，按键长按发送的键值是3 * i + 3。也就是说按键按下发送的键值是1和4和7。按键弹起发送的键值是2和5和8，按键长按发送的键值是3和6和9。看下面这个枚举enum你就明白了。

typedefenum
{
KEY_NONE=0,/*0表示按键事件*/

KEY_1_DOWN,/*1键按下*/
KEY_1_UP,/*1键弹起*/
KEY_1_LONG,/*1键长按*/

KEY_2_DOWN,/*2键按下*/
KEY_2_UP,/*2键弹起*/
KEY_2_LONG,/*2键长按*/

KEY_3_DOWN,/*3键按下*/
KEY_3_UP,/*3键弹起*/
KEY_3_LONG,/*3键长按*/

}KEY_ENUM;
intmain(void)
{
uint8_tKeyCode;/*按键代码*/
KEY_Init();
while(1)
{
/*按键滤波和检测由后台systick中断服务程序实现，我们只需要调用KEY_FIFO_Get读取键值即可。*/
KeyCode=KEY_FIFO_Get();/*读取键值,无键按下时返回KEY_NONE=0*/
if(KeyCode!=KEY_NONE)
{
switch(KeyCode)
{
caseKEY_DOWN_K1:/*K1键按下*/
printf("K1键按下\r\n");
break;
caseKEY_UP_K1:/*K1键弹起*/
printf("K1键弹起\r\n");
break;
caseKEY_DOWN_K2:/*K2键按下*/
printf("K2键按下\r\n");
break;
caseKEY_UP_K2:/*K2键弹起*/
printf("K2键弹起\r\n");
break;
caseKEY_DOWN_K3:/*K3键按下*/
printf("K3键按下\r\n");
break;
caseKEY_UP_K3:/*K3键弹起*/
printf("K3键弹起\r\n");
break;
default:
/*其它的键值不处理*/
break;
}

}
}
}