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单片机基础:详解按键单击、双击、长按

前言:很多人学单片机的时候马马虎虎,许多例程都是知其然不知其所以然。这样其实是害了自己,拿来就用自然很方便,但如果不懂其中的原理,只要功能要求稍微变一点,估计你就蒙圈了。毕竟技巧是基于扎实的基础之上的!

下面这篇文章,作者是马潮老师,AVR单片机的教育者,出版过很多本书。通过一个IO口,详细讲解了按键单击、双击、长按的各种情况,适合初学者慢慢啃。

用户基本操作定义:
    1。短按操作:按键按下,按下时间<1s,属于一次短按操作
    2。长按操作:按键按下,按下时间>1s,属于一次长按操作

在正常0.5s内无按键操作为启始按键扫描条件下,扫描按键将产生以下3种按键事件:
    1。长按事件:任何1次出现的长按操作都属于长按事件
    2。单击事件:1次短按操作后,间隔0.5内没有短按操作
    3。双击事件:2次短按操作间隔时间<0.5s,则2次短按操作为1次双击事件,且2次短按都取消

特别操作情况定义:
    1。短按操作和长按操作间隔<0.5s,以及,长按操作和短按操作间隔<0.5s,均不产生双击事件
    2。连续n次(n为奇数)短按操作,且间隔均<0.5s,产生(n-1)/2次双击事件+1次单击事件
    3。连续n次(n为偶数)短按操作,且间隔均<0.5s,产生n/2次双击事件

对按键操作者的建议:     
    由于按键的多功能性质,建议操作者每次在单击/长按/双击按键事件发生后,隔0.5s后再进行下一次的按键操作。因为在特别操作情况下,程序是保证按定义进行判断和处理的,主要是怕操作者自己记不清楚导致操作失误。

对软件设计者的要求:
    1。应该全面进行分析,给出严格定义和判断条件,如上所示。如果自己都不清楚,你的设计出的系统就不稳定,不可靠。
    2。在1的基础上,编写出符合要求的程序,并进行全面测试。

/*=============
低层按键(I/0)扫描函数,即低层按键设备驱动,只返回无键、短按和长按。具体双击不在此处判断。
===============*/

#define key_input    PIND.7    // 按键输入口

#define N_key    0             //无键
#define S_key    1             //单键
#define D_key    2             //双键
#define L_key    3             //长键

#define key_state_0 0
#define key_state_1 1
#define key_state_2 2

unsigned char key_driver(void)
{
    static unsigned char key_state = key_state_0, key_time = 0;
    unsigned char key_press, key_return = N_key;

    key_press = key_input;                    // 读按键I/O电平

    switch (key_state)
    {
      case key_state_0:                              // 按键初始态
        if (!key_press) key_state = key_state_1;      // 键被按下,状态转换到按键消抖和确认状态
        break;
      
      case key_state_1:                      // 按键消抖与确认态
        if (!key_press)
        {
             key_time = 0;                   //  
             key_state = key_state_2;   // 按键仍然处于按下,消抖完成,状态转换到按下键时间的计时状态,但返回的还是无键事件
        }
        else
             key_state = key_state_0;   // 按键已抬起,转换到按键初始态。此处完成和实现软件消抖,其实按键的按下和释放都在此消抖的。
        break;
      
      case key_state_2:
        if(key_press)
        {
             key_return = S_key;        // 此时按键释放,说明是产生一次短操作,回送S_key
             key_state = key_state_0;   // 转换到按键初始态
        }
        else if (++key_time >= 100)     // 继续按下,计时加10ms(10ms为本函数循环执行间隔)
        {
             key_return = L_key;        // 按下时间>1000ms,此按键为长按操作,返回长键事件
             key_state = key_state_3;   // 转换到等待按键释放状态
        }
        break;

      case key_state_3:                 // 等待按键释放状态,此状态只返回无按键事件
        if (key_press) key_state = key_state_0; //按键已释放,转换到按键初始态
        break;
    }
    return key_return;
}

/*=============
中间层按键处理函数,调用低层函数一次,处理双击事件的判断,返回上层正确的无键、单键、双键、长键4个按键事件。
本函数由上层循环调用,间隔10ms
===============*/

unsigned char key_read(void)
{
    static unsigned char key_m = key_state_0, key_time_1 = 0;
    unsigned char key_return = N_key,key_temp;
     
    key_temp = key_driver();
     
    switch(key_m)
    {
        case key_state_0:
            if (key_temp == S_key )
            {
                 key_time_1 = 0;               // 第1次单击,不返回,到下个状态判断后面是否出现双击
                 key_m = key_state_1;
            }
            else
                 key_return = key_temp;        // 对于无键、长键,返回原事件
            break;

        case key_state_1:
            if (key_temp == S_key)             // 又一次单击(间隔肯定<500ms)
            {
                 key_return = D_key;           // 返回双击键事件,回初始状态
                 key_m = key_state_0;
            }
            else                                
            {                                  // 这里500ms内肯定读到的都是无键事件,因为长键>1000ms,在1s前低层返回的都是无键
                 if(++key_time_1 >= 50)
                 {
                      key_return = S_key;      // 500ms内没有再次出现单键事件,返回上一次的单键事件
                      key_m = key_state_0;     // 返回初始状态
                 }
             }
             break;
    }
    return key_return;
}     

下面,根据程序分析按键事件的反映时间:
1。对于长键,按下超过1s马上响应,反映最快
2。对于双键,第2次按键释放后马上得到反映。
3。对于单键,释放后延时拖后500ms才能响应,反映最慢。这个与需要判断后面是否有双击操作有关,只能这样。实际应用中,可以调整两次单击间隔时间定义,比如为300ms,这样单击的响应回快一点,单按键操作人员需要加快按键的操作过程。如果产品是针对老年人的,这个时间不易太短,因为年纪大的人,反映和动作都比较慢。

   当然,上面两段可以合在一起。我这样做的目的,是为了可以方便的扩展为N击(当然,需要做修改)。可是最底层的就是最基本的操作处理短按和长按,不用改动的。至于双击,还是N击,在中间层处理。这就是程序设计中分层结构的优点。

测试代码环境如下:  


interrupt [TIM0_COMP] void timer0_comp_isr(void)       // 定时器10ms中断服务
{
       time_10ms_ok = 1;
}


main(viod)  
{  
    .........  

    while  
    {  
        if (time_10ms_ok)            //每10ms执行一次,  
        {  
             time_10ms_ok =0;  
             key = key_read();       //《====== 10ms一次调用按键中间层函数,根据返回键值,点亮不同的LED灯,全面测试按键操作是否正常  
             if (key == L_key)  
                 ........//点亮A_LED,关闭B_LED和C_LED  
             else if(key == D_key)  
                 ........//点亮B_LED,关闭A_LED和C_LED  
             else if(key == S_key)  
                 ........//点亮C_LED,关闭A_LED和B_LED  
         }  
     }  
}  

=================================================

通过以上这个看似简单的按键,看在应用中如何变化,以及如何在实际产品中全面、可靠的进行设计。
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