楼主: GY@艳

新型的按键扫描程序

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    [LV.8]以坛为家I

    发表于 2012-8-9 15:32:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
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    原帖由
    噗噗熊
    发自:dev.eefocus.com
    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。好了,工程人员的习惯,废话就应该少说,开始吧。
    核心算法:
    unsigned char Trg;
    unsigned char Cont;
    void KeyRead( void )
    {
       unsigned char ReadData = PINB^0xff;     // 1
       Trg  = ReadData & (ReadData ^ Cont);    // 2
       Cont = ReadData;                        // 3
    }

    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。
    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。
    2: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。

    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。
    Cont = ReadData; 保存Cont 其实就是等于ReadData,为0;
    结果就是:
    ReadData = 0;
    Trg  = 0;
    Cont = 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。
    Trg  = 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;
    结果就是:
    ReadData = 0x01;
    Trg  = 0x01;Trg只会在这个时候对应位的值为1,其它时候都为0
    Cont = 0x01;

    (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;
    结果就是:
    ReadData = 0x01;
    Trg  = 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 !!!
    Cont = 0x01;只要按键没有松开,这个值永远是0x01!!

    (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;
    Trg  = 0x00;
    Cont = 0x00;

    很显然,这个回到了初始状态,也就是没有按键按下的状态。
    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。
    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:

    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?
    #define KEY_BEEP 0x01
    void KeyProc(void)
    {
       if (Trg & KEY_BEEP)  // 如果按下的是KEY_BEEP
          {
             Beep();            // 执行蜂鸣器处理函数
            }
    }

    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。

    应用2:长按键的处理
    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。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,这里举个简单例子,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)
    {
       if (Trg & KEY_MODE)  //如果按下的是KEY_MODE,而且你常按这按键也没有用,
          {                 //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
                            // 执行的任何代码
          }
       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
                {
                  Func();        // 你需要的执行的程序
                }
          }
    }

    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~~

    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。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。
    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。

    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
    }
    void main(void)
    {
       SysInit();
       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();
           …
           …
           while(1)
             {
               if (Intrcnt>20)     // 一直在等,直到20ms时间到
                 {
                  Intrcnt="0";
                   break;          //返回主循环
                  }
              }
           }
    }

    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。在这个基础上再增加一个按键释放检测功能,程序如下:

    volatile unsigned char Trg;
    volatile unsigned char Cont;
    volatile unsigned char Release;
    // 再增加新功能!
    void KeyRead( void )
    {
      unsigned char ReadData = PINB^0xff;      // 1  读键值
      Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont);      // 2  得到按下触发值
      Release=  (ReadData ^ Trg ^ Cont);       // 3  得到释放触发值
      Cont = ReadData;                         // 4  得到所有未释放的键值
    }

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    发表于 2012-8-9 15:40:21 | 显示全部楼层
    这个新型的按键扫描程序感觉挺不错
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