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三行代码按键消抖 独立按键 矩阵按键 长按 短按 双击
九层妖塔 起于垒土
直接跳转到三行代码 三行代码按键消抖 独立按键 矩阵按键 长按 短按 双击 一、基本理论0、按键的常见名词： ①按键抖动 ②按键稳定闭合时间 1、按键的扫描：2、按键的消抖： 二、常见的按键消抖算法1、普通软件延时2、标志位软件延时3、标志位定时器延时4、状态机5、三行代码 三行代码 1、按键的扫描①独立按键的扫描①矩阵键盘的扫描 2、按键的消抖3、相关变量值的变化4、按键处理函数①独立按键的处理函数②矩阵键盘的处理函数 5、长按长按一长按二 6、双击7、复合按键● 改编自国信长天蓝桥杯官方蓝皮书例程,按照自己的习惯进行了补充和修改 链接 1、独立按键抖动产生原因；普通软件延时消抖；标志位软件延时消抖；标志位定时器延时消抖 2、矩阵键盘的识别与编码;查询扫描;定时扫描;中断扫描;使用定时器状态机的方法进行按键的扫描识别 3、定时器三行代码 矩阵键盘长短按的识别 一、基本理论 0、按键的常见名词： ①按键抖动当机械触点断开、闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上就稳定的接通，在断开时也不会一下子彻底断开，而是在闭合和断开的瞬间伴随了一连串的抖动。抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5ms～10ms。
按键稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作决定的，一般为100ms 以上至数秒。
完整的按键识别分为两部分：按键的扫描和按键的消抖。 1、按键的扫描：按键的扫描就是通过程序判断与按键相连的IO口的电平状态。通过相关IO口的电平状态来判断按键的抬起和按下。 ①查询扫描 把按键扫描子程序和其他子程序并列在一起，单片机循环分时运行各个子程序。当按键按下并且单片机查询到的时候立即响应键盘输入操作。 ②定时扫描 定时器，灵活多样，方法较多。 ③中断扫描 依赖于硬件(如四路与门等)，利用外部中断。 2、按键的消抖：由于上文所说的 按键抖动 ，需要对IO口电平进行消抖处理。消抖分为硬件消抖和软件消抖。常见的硬件消抖有 使用电容进行延时消抖 、S触发器进行硬件去抖等。 在此旨在介绍全面的软件消抖算法。 二、常见的按键消抖算法 1、普通软件延时●消抖：软件延时。CPU在按键按下抖动时进行10ms的软件延时消抖，在数百ms的稳定期以及松手抖动时停滞在松手检测while(!KEY)中，占用CPU资源过多；也就是在整个按键检测期间内，没有再执行其他指令。 ●松手检查：while(!KEY)等待按键释放。 等按键确认释放后再去执行相应代码。防止重入。 ●按键检测时是借助while(1)死循环进行反复检测。 ●若是采用普通软件延时消抖10ms的软件延时和松手检测都会占用CPU资源，对其它同样借助while(1)死循环进行反复运行的模块代码产生了挤占影响，比如动态数码管。 ●稳定期取决于是否松手，若不松手，则数码管将一直保持进入按键检测前最后一次对数码管的操作。 最低级的方法，没有实用性。 ●流程图： ●消抖：软件延时。 ●通过引入按下标志位，省去了while(!KEY)的松手检测，将按下时稳定期的数百ms释放出来，只占用了按下和松手时的共20ms的消抖时间。 标志位的使用使算法具有了一定的实用性，优点是不借助硬件资源 ●波形图： ●消抖：定时器延时。使用定时器进行延时消抖。 ●使用标志位代替松手检测。 文前链接中有解释和程序，写的不太成熟，与状态机类似 4、状态机也是一种利用标志位定时器延时按键算法，但比较成熟，逻辑严谨。 状态机进行按键的扫描识别 bug最少，算法成熟，但程序量比较大，不太方便移植。 5、三行代码目前已知最好的按键算法，将按键的识别与扫描完全分开，便于移植，拓展性好。 三行代码完整的按键程序可以包括：按键的扫描 和 按键的消抖 两部分。 三行代码 属于 按键的消抖 部分的算法，与是独立按键还是矩阵键盘无关。 三行代码 其实就是一种时域滤波算法–消抖滤波法。 1、按键的扫描按键的扫描 采用定时器进行扫描。10ms扫描一次IO口电平状态，即10ms读取一次键值。通过Key_Read()函数读取。 unsigned char Key_Read(void) { Key_Value = P01; //任意一个IO口的电平值保存在变量中 } ①独立按键的扫描基于蓝桥杯单片机开发板 uchar Key4_Read(void) //独立按键扫描函数,读取键值 { uchar Key_temp; uchar Key_Value; P3 |= 0x0f; Key_temp = P3&0x0f; switch(Key_temp) { case 0x0e : Key_Value = 7; break; //S7 case 0x0d : Key_Value = 6; break; //S6 case 0x0b : Key_Value = 5; break; //S5 case 0x07 : Key_Value = 4; break; //S4 default: Key_Value = 0; } return Key_Value; }Notes: ●程序中P3 |= 0x0f; Key_temp = P3&0x0f;两行属于按键扫描的识别部分； ●switch属于按键扫描的编码部分。 ●对程序中P3 |= 0x0f; Key_temp = P3&0x0f;两行的解释： ○P3 |= 0x0f; 将P3低四位即独立按键接口拉高置为1；Key_temp = P3&0x0f;读取P3低四位I/O口的电平。 ○重点是读取I/O口外部电平状态前，需要先将I/O口置为1。 STC15的芯片手册中有介绍：STC15F2系列单片机I/O口上电默认为准双向口，在324页有相关的介绍和使用说明。截去一段关于读取外部状态的使用说明： 再来看国信长天给的电子版例程： 基于蓝桥杯单片机开发板 uchar Key16_Read(void) //矩阵按键扫描函数,读取键值 { uint Key_temp; uchar Key_Value; //按键扫描的识别部分 P44=0; P42=1; P35=1; P34=1; P3|=0X0F; //第一列拉低，其余全为高 Key_temp = P3; //读取P3低四位I/O状态 P44=1; P42=0; P35=1; P34=1; P3|=0X0F; //第二列拉低，其余全为高 Key_temp = (Key_temp uchar Key_Temp,Key_Down,Key_Up; static uchar Key_Old = 0; if(uc_Key_flag) return; //10ms uc_Key_flag = 1; Key_Temp = Key4_Read(); Key_Down = Key_Temp & (Key_Old ^ Key_Temp); //按下为按键值，其它为0 Key_Up = ~Key_Temp & (Key_Old ^ Key_Temp); //松手为抬起前的按键值，其他为0 Key_Old = Key_Temp; if(Key_Down) { uc_Key_state = 'd'; uc_Key_Value = Key_Down; } if(Key_Up) { uc_Key_state = 'U'; } } ②矩阵键盘的处理函数 void Key16_Proc(void) //矩阵按键处理函数 { uchar Key_Value,Key_Down,Key_Up; static uchar Key_Old = 0; if(uc_Key_flag) return; //10ms uc_Key_flag = 1; Key_Value = Key16_Read(); Key_Down = Key_Value & (Key_Old ^ Key_Value); //按下为按键值，其它为0 Key_Up = ~Key_Value & (Key_Old ^ Key_Value); //松手为抬起前的按键值，其他为0 Key_Old = Key_Value; if(Key_Down) { uc_Key_state = 'd'; uc_Key_Value = Key_Down; } if(Key_Up) { uc_Key_state = 'U'; uc_Key_Value = Key_Up; } }Notes: ●观察独立按键/矩阵键盘的处理函数可知，定义了两个全局变量uc_Key_Value和uc_Key_state来分别向全局传递按键值和按键状态。 ●uc_Key_Value和uc_Key_state对比临时值Key_Down与Key_Up，可以理解为状态值，10ms刷新一次，可以在全局中传递。 5、长按 长按一顾名思义，长按 区别于 短按 在于时间，又因为STC15没有实时时钟，只能通过定时器来搭建全局时间。用定时器1作为1ms定时器，用作程序内的ms计时。 创建全局变量ul_ms，用作ms计时。 unsigned long ul_ms;在定时器1的中断服务函数或者自定义的查询服务函数中： ul_ms++; //ms计时按键长按短按的实现只需在按键处理函数中增加代码： //-----------------------------------------独立按键处理函数---------------// void Key4_Proc(void) //独立按键处理函数 { uchar Key_Temp,Key_Down,Key_Up; static uchar Key_Old = 0; static ulong ul_Key_Time_Down = 0; static ulong ul_Key_Time_Up = 0; if(uc_Key_flag) return; //10ms uc_Key_flag = 1; Key_Temp = Key4_Read(); Key_Down = Key_Temp & (Key_Old ^ Key_Temp); //按下为按键值，其它为0 Key_Up = ~Key_Temp & (Key_Old ^ Key_Temp); //松手为抬起前的按键值，其他为0 Key_Old = Key_Temp; if(Key_Down) { uc_Key_state = 'd'; ul_Key_Time_Down = ul_ms; //记录按键按下时的时刻 } if(Key_Up) { uc_Key_state = 'U'; ul_Key_Time_Up = ul_ms; //记录按键抬起时的时刻 switch(Key_Up) { case 7 : uc_Key_Value = 7; break; case 6 : uc_Key_Value = 6; break; case 5 : uc_Key_Value = 5; break; case 4 : uc_Key_Value = 4; break; } //长按判断 if(ul_Key_Time_Up - ul_Key_Time_Down >1000) { uc_Key_Value = uc_Key_Value +10; } } }Notes: ●有长按的要求，按键的功能最好放在按键抬起时刻。即在按键抬起时刻相应事件再响应。 长按二 static ulong ul_Key4_Presstime = 0; //计时按键按下状态的时间 static bit Key4_Down_flag = 0; //按按下标志位 static bit Key4_Up_Enable = 0; //抬起触发使能标志位 if(Key_Down) //下降沿检测 { switch(Key_Down) { case 4: { ul_Key4_Presstime = ul_time; //在按键按下的时刻 开始记录时间 Key4_Down_flag = 1; //按下标志位 置1 Key4_Up_Enable = 1; //使能抬起标志位 }break; ………… } } if(Key_Up) //上升沿检测 { switch(Key_Up) { case 4: { if(Key4_Up_Enable == 1) //抬起标志位已经使能 { Key4_Down_flag = 0; //清除按下标志位 Key4_Up_Enable = 0; //清除抬起标志位 uc_Key_Value = 40; //短按功能 } } } if( (( ul_time - ul_Key4_Presstime)>1000) && (Key4_Down_flag == 1) && (Key_Old == 4) && (ul_Key4_Presstime != 0)) { ul_Key4_Presstime = ul_time; //ul_Key4_Presstime = 0; Key4_Up_Enable = 0; uc_Key_Value += 1; } 6、双击 //-----------------------------------------独立按键处理函数---------------// void Key4_Proc(void) //独立按键处理函数 { uchar Key_Temp,Key_Down,Key_Up; static uchar Key_Old = 0; static ulong ul_Key_Time_Down_First = 0; //记录按键 第一次 按下时的时刻 static ulong ul_Key_Time_Down_Second = 0; //记录按键 第二次 按下时的时刻 static uchar Key_First = 0; //记录按键 第一次 按键值 static uchar Key_Second = 0; //记录按键 第二次 按键值 if(uc_Key_flag) return; //10ms uc_Key_flag = 1; Key_Temp = Key4_Read(); Key_Down = Key_Temp & (Key_Old ^ Key_Temp); //按下为按键值，其它为0 Key_Up = ~Key_Temp & (Key_Old ^ Key_Temp); //松手为抬起前的按键值，其他为0 Key_Old = Key_Temp; if(Key_Down) { uc_Key_state = 'd'; if( (Key_First == 0) && (Key_Second == 0) ) //未有按键按下 { ul_Key_Time_Down_First = ul_ms; //记录按键 第一次 按下时的时刻 Key_First = Key_Down; //记录按键 第一次 按键值 } else if( (Key_First != 0) && (Key_Second == 0) ) //已有一次按键按下，此次是第二次 { ul_Key_Time_Down_Second = ul_ms; //记录按键 第二次 按下时的时刻 Key_Second = Key_Down; //记录按键 第二次 按键值 } } if(Key_Up) { uc_Key_state = 'U'; } //双击、单击的判断 if( (Key_First != 0) && (ul_ms - ul_Key_Time_Down_First >500) ) //有第一次按键按下，并且时间>500ms { if(Key_Second == 0) //第二次没有按下， 单击 { switch(Key_First) { case 7 : uc_Key_Value = 7; break; case 6 : uc_Key_Value = 6; break; case 5 : uc_Key_Value = 5; break; case 4 : uc_Key_Value = 4; break; } Key_First = 0;Key_Second = 0; //清零 } else if(Key_Second == Key_First) //第二次有按下，且和第一次相等 ，双击 { uc_Key_Value = Key_Second +10; Key_First = 0;Key_Second = 0; //清零 } else if( (Key_Second != 0) && (Key_Second != Key_First) ) //第二次有按下，但和第一次不相等 ，错误 { uc_Key_Value = 'E'; Key_First = 0;Key_Second = 0; //清零 } } }Notes: ●按键双击的判断周期设为500ms，即按键500ms响应一次，判断是单击、双击还是错误。 7、复合按键类似于Ctrl+C 和 Ctrl+V 在长按一个的情况下，再单击另一个。 复合按键 是在按键扫描函数中进行修改。 uchar Key4_Read(void) //独立按键扫描函数,读取键值 { uchar Key_temp; uchar Key_Value; P3 |= 0x0f; Key_temp = P3&0x0f; switch(Key_temp) { case 0x0e : Key_Value = 7; break; //S7 case 0x0d : Key_Value = 6; break; //S6 case 0x0b : Key_Value = 5; break; //S5 case 0x07 : Key_Value = 4; break; //S4 //S4的复合按键部分 case 0x06 : Key_Value = 47; break; //S4 + S7 case 0x05 : Key_Value = 46; break; //S4 + S6 case 0x03 : Key_Value = 45; break; //S4 + S5 default: Key_Value = 0; } return Key_Value; }彩 蛋 |
尝试用示波器的触发捕获按键抖动波形，只捕获到了比较明显的松手抖动。 
下图是串口返回的IO口内部数学电平(不知道是采样频率的问题还是按键的问题，并没有观察到方波) 
●示例代码
emmm……似乎不太严谨…………【本文地址】