[源码分析] 按键扫描程序分享【装载】

liao821

新型的按键扫描程序
; V4 w# a# Q  b7 ]: ]. o不过我在网上游逛了很久，也看过不少源程序了，没有发现这种按键处理办法的踪迹，所以，我将他共享出来，和广大同僚们共勉。我非常坚信这种按键处理办法的便捷和高效，你可以移植到任何一种嵌入式处理器上面，因为C语言强大的可移植性。
# P) _0 k6 v; F8 l$ \0 y同时，这里面用到了一些分层的思想，在单片机当中也是相当有用的，也是本文的另外一个重点。
对于老鸟，我建议直接看那两个表达式，然后自己想想就会懂的了，也不需要听我后面的自吹自擂了，我可没有班门弄斧的意思，hoho～～但是对于新手，我建议将全文看完。因为这是实际项目中总结出来的经验，学校里面学不到的东西。
以下假设你懂C语言，因为纯粹的C语言描述，所以和处理器平台无关，你可以在MCS-51，AVR，PIC，甚至是ARM平台上面测试这个程序性能。当然，我自己也是在多个项目用过，效果非常好的。
: s; Q! O$ u7 @& B1 y+ r好了，工程人员的习惯，废话就应该少说，开始吧。以下我以AVR的MEGA8作为平台讲解，没有其它原因，因为我手头上只有AVR的板子而已没有51的。用51也可以，只是芯片初始化部分不同，还有寄存器名字不同而已。
  s5 b, p: K8 ?7 s; h# W核心算法：
+ Q; x2 i/ v# xunsigned char Trg;
" F: `& {7 n: _unsigned char Cont;
void KeyRead( void )
( J$ v/ M! b; o{
    unsigned char ReadData = PINB^0xff;   // 1
    Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont);      // 2
+ t. `- S4 s+ m! u8 U    Cont = ReadData;                                // 3
. ]7 \1 a5 [& a- z5 p0 S}
! @' l7 j5 M& P* E3 n完了。有没有一种不可思议的感觉？当然，没有想懂之前会那样，想懂之后就会惊叹于这算法的精妙！！
下面是程序解释：
Trg（triger） 代表的是触发，Cont（continue）代表的是连续按下。
% y" W6 G+ p, [' e) C4 u6 s/ ]1：读PORTB的端口数据，取反，然后送到ReadData 临时变量里面保存起来。
7 y5 r4 r5 q7 @* p% L* E) P: }8 c2：算法1，用来计算触发变量的。一个位与操作，一个异或操作，我想学过C语言都应该懂吧？Trg为全局变量，其它程序可以直接引用。
3：算法2，用来计算连续变量。
. e* p, ?( o: }7 p看到这里，有种“知其然，不知其所以然”的感觉吧？代码很简单，但是它到底是怎么样实现我们的目的的呢？好，下面就让我们绕开云雾看青天吧。
我们最常用的按键接法如下：AVR是有内部上拉功能的，但是为了说明问题，我是特意用外部上拉电阻。那么，按键没有按下的时候，读端口数据为1，如果按键按下，那么端口读到0。下面就看看具体几种情况之下，这算法是怎么一回事。
（1）       没有按键的时候
端口为0xff，ReadData读端口并且取反，很显然，就是 0x00 了。
Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); （初始状态下，Cont也是为0的）很简单的数学计算，因为ReadData为0，则它和任何数“相与”，结果也是为0的。
" e5 N& V. m- i1 _Cont = ReadData; 保存Cont 其实就是等于ReadData，为0；
结果就是：
. i* Y8 G& }  M3 h; j; dReadData ＝ 0；
% n. j& a2 k! L& t9 oTrg ＝ 0；
1 T7 P  ^6 q- z7 DCont ＝ 0；
（2）       第一次PB0按下的情况
端口数据为0xfe，ReadData读端口并且取反，很显然，就是 0x01 了。
4 Y9 `) h$ z$ \; r; WTrg = ReadData & (ReadData ^ Cont); 因为这是第一次按下，所以Cont是上次的值，应为为0。那么这个式子的值也不难算，也就是 Trg = 0x01 & (0x01^0x00) = 0x01
Cont = ReadData = 0x01；
. d7 |! v- Q9 T. T: D结果就是：
ReadData ＝ 0x01；
3 v# P; I7 ~1 O3 S% H. ^$ e+ KTrg ＝ 0x01；Trg只会在这个时候对应位的值为1，其它时候都为0
" M  k& @" f/ R  Q0 L$ \Cont ＝ 0x01；
$ t7 _/ ^0 W2 J" N; \2 C: p  X. h（3）       PB0按着不松（长按键）的情况
端口数据为0xfe，ReadData读端口并且取反是 0x01 了。
Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); 因为这是连续按下，所以Cont是上次的值，应为为0x01。那么这个式子就变成了 Trg = 0x01 & (0x01^0x01) = 0x00
Cont = ReadData = 0x01；
) `$ y  S) O3 D) N结果就是：
* i1 L7 z5 J" R( W; P0 T9 i! oReadData ＝ 0x01；
# ^  f# L& m% q- _! k" V/ V( nTrg ＝ 0x00；
Cont ＝ 0x01；
因为现在按键是长按着，所以MCU会每个一定时间（20ms左右）不断的执行这个函数，那么下次执行的时候情况会是怎么样的呢？
ReadData ＝ 0x01；这个不会变，因为按键没有松开
Trg ＝ ReadData & (ReadData ^ Cont) ＝ 0x01 & (0x01 ^ 0x01) = 0 ，只要按键没有松开，这个Trg值永远为 0 ！！！
. D5 Q* s: k0 y+ x, @5 k3 R% nCont ＝ 0x01；只要按键没有松开，这个值永远是0x01！！
' Y6 S  i7 E% s" `（4）       按键松开的情况
端口数据为0xff，ReadData读端口并且取反是 0x00 了。
Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont) = 0x00 & (0x00^0x01) = 0x00
Cont = ReadData = 0x00；
结果就是：
ReadData ＝ 0x00；
/ K0 m5 h: x$ NTrg ＝ 0x00；
Cont ＝ 0x00；
* ~  M- [2 w8 d2 ^7 L. @, {/ ?6 v很显然，这个回到了初始状态，也就是没有按键按下的状态。
: s9 r6 c1 x* q. M, }5 T总结一下，不知道想懂了没有？其实很简单，答案如下：
Trg 表示的就是触发的意思，也就是跳变，只要有按键按下（电平从1到0的跳变），那么Trg在对应按键的位上面会置一，我们用了PB0则Trg的值为0x01，类似，如果我们PB7按下的话，Trg 的值就应该为 0x80 ，这个很好理解，还有，最关键的地方，Trg 的值每次按下只会出现一次，然后立刻被清除，完全不需要人工去干预。所以按键功能处理程序不会重复执行，省下了一大堆的条件判断，这个可是精粹哦！！Cont代表的是长按键，如果PB0按着不放，那么Cont的值就为 0x01，相对应，PB7按着不放，那么Cont的值应该为0x80，同样很好理解。
3 A8 j6 C% s3 [: v如果还是想不懂的话，可以自己演算一下那两个表达式，应该不难理解的。
因为有了这个支持，那么按键处理就变得很爽了，下面看应用：
- }' K" Z& ~6 W. J应用一：一次触发的按键处理
假设PB0为蜂鸣器按键，按一下，蜂鸣器beep的响一声。这个很简单，但是大家以前是怎么做的呢？对比一下看谁的方便？
* D( c' y3 J2 C2 P' U4 j9 P" B2 X#define KEY_BEEP 0x01
' N1 P4 r2 l; a8 }' ?. x+ `void KeyProc(void)
/ {0 ?/ ^6 q0 \0 V{
9 j9 i  a$ @: E/ u. o       if (Trg & KEY_BEEP) // 如果按下的是KEY_BEEP
8 Q) s4 }5 e( @  R, Y8 r    {
         Beep();            // 执行蜂鸣器处理函数
. J9 L' z; m9 {& |) H  G    }
}
怎么样？够和谐不？记得前面解释说Trg的精粹是什么？精粹就是只会出现一次。所以你按下按键的话，Trg & KEY_BEEP 为“真”的情况只会出现一次，所以处理起来非常的方便，蜂鸣器也不会没事乱叫，hoho～～～
或者你会认为这个处理简单，没有问题，我们继续。
. |& s0 ?2 w9 p/ O: q' N应用2：长按键的处理
8 N; D. _, Y# J% h- s2 q/ q* z项目中经常会遇到一些要求，例如：一个按键如果短按一下执行功能A，如果长按2秒不放的话会执行功能B，又或者是要求3秒按着不放，计数连加什么什么的功能，很实际。不知道大家以前是怎么做的呢？我承认以前做的很郁闷。
' w% z# b" d# ?( }" ^但是看我们这里怎么处理吧，或许你会大吃一惊，原来程序可以这么简单
这里具个简单例子，为了只是说明原理，PB0是模式按键，短按则切换模式，PB1就是加，如果长按的话则连加（玩过电子表吧？没错，就是那个！）
#define KEY_MODE 0x01    // 模式按键
#define KEY_PLUS 0x02     // 加
void KeyProc(void)
{
/ f$ r7 u: o. v# Z) S! K, c7 T       if (Trg & KEY_MODE) // 如果按下的是KEY_MODE，而且你常按这按键也没有用，
. `: ?7 C9 W! w7 v7 J- C2 r    {                    //它是不会执行第二次的哦 ， 必须先松开再按下
         Mode++;         // 模式寄存器加1，当然，这里只是演示，你可以执行你想
$ v  v9 H, m0 c3 J                         // 执行的任何代码
6 ?0 S. K" M* {    }
, E4 E! s: H3 a/ M    if (Cont & KEY_PLUS) // 如果“加”按键被按着不放
    {
         cnt_plus++;       // 计时
         if (cnt_plus > 100) // 20ms*100 = 2S 如果时间到
" ?: W" m; i9 M' V. B7 P: u, q         {
. q+ m) \: a; n              Func();      // 你需要的执行的程序
         }         
    }
}
* y% j9 V! a1 t) S6 x不知道各位感觉如何？我觉得还是挺简单的完成了任务，当然，作为演示用代码。
应用3：点触型按键和开关型按键的混合使用
点触形按键估计用的最多，特别是单片机。开关型其实也很常见，例如家里的电灯，那些按下就不松开，除非关。这是两种按键形式的处理原理也没啥特别，但是你有没有想过，如果一个系统里面这两种按键是怎么处理的？我想起了我以前的处理，分开两个非常类似的处理程序，现在看起来真的是笨的不行了，但是也没有办法啊，结构决定了程序。不过现在好了，用上面介绍的办法，很轻松就可以搞定。
原理么？可能你也会想到，对于点触开关，按照上面的办法处理一次按下和长按，对于开关型，我们只需要处理Cont就OK了，为什么？很简单嘛，把它当成是一个长按键，这样就找到了共同点，屏蔽了所有的细节。程序就不给了，完全就是应用2的内容，在这里提为了就是说明原理～～
6 I: A7 N( j2 ?. `好了，这个好用的按键处理算是说完了。可能会有朋友会问，为什么不说延时消抖问题？哈哈，被看穿了。果然不能偷懒。下面谈谈这个问题，顺便也就非常简单的谈谈我自己用时间片轮办法，以及是如何消抖的。
" D. p% ]2 u6 G: ~延时消抖的办法是非常传统，也就是 第一次判断有按键，延时一定的时间（一般习惯是20ms）再读端口，如果两次读到的数据一样，说明了是真正的按键，而不是抖动，则进入按键处理程序。
- R6 r2 i1 F% M% g! @* ~当然，不要跟我说你delay（20）那样去死循环去，真是那样的话，我衷心的建议你先放下手上所有的东西，好好的去了解一下操作系统的分时工作原理，大概知道思想就可以，不需要详细看原理，否则你永远逃不出“菜鸟”这个圈子。当然我也是菜鸟。我的意思是，真正的单片机入门，是从学会处理多任务开始的，这个也是学校程序跟公司程序的最大差别。当然，本文不是专门说这个的，所以也不献丑了。
' k- u, D+ _2 K: z4 R我的主程序架构是这样的：
volatile unsigned char Intrcnt;
void InterruptHandle()    // 中断服务程序
{
       Intrcnt++;          // 1ms 中断1次，可变
}
; A% Y/ ?8 n8 F( Gvoid main(void)
3 p' Z5 x# k! h# e: T( }  U{
       SysInit();
9 S6 U. I$ B4 ]# W. S" ?! ?    while(1)           // 每20ms 执行一次大循环
    {
        KeyRead();             // 将每个子程序都扫描一遍
        KeyProc();
        Func1();
        Funt2();
        …
* n* V9 Y/ N" I; q/ J7 P        …
           while(1)
        {
              if (Intrcnt>20)     // 一直在等，直到20ms时间到
0 U' {& I' a4 \              {
% I5 c4 x/ K" x3 E0 x2 q                   Intrcnt="0";
                   break;       // 返回主循环
2 J" [6 {4 ^. G" H1 R              }
        }
       }
: a& S  q) m" D9 ^}
; A! s  z0 w/ @9 h- x, i% _, _6 Q貌似扯远了，回到我们刚才的问题，也就是怎么做按键消抖处理。我们将读按键的程序放在了主循环，也就是说，每20ms我们会执行一次KeyRead()函数来得到新的Trg 和 Cont 值。好了，下面是我的消抖部分：很简单
基本架构如上，我自己比较喜欢的，一直在用。当然，和这个配合，每个子程序必须执行时间不长，更加不能死循环，一般采用有限状态机的办法来实现，具体参考其它资料咯。
懂得基本原理之后，至于怎么用就大家慢慢思考了，我想也难不到聪明的工程师们。例如还有一些处理，
怎么判断按键释放？很简单，Trg 和Cont都为0 则肯定已经释放了。

Wenghezhong

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