本帖最后由 lemonhub 于 2023-7-6 15:16 编辑
# 国产MCU-CW32F030开发学习--按键检测
## 硬件平台
1. CW32_48F大学计划板
2. CW32_IOT_EVA物联网开发评估套件
bsp_key 按键驱动程序用于扫描独立按键，具有软件滤波机制，采用 FIFO 机制保存键值。可以检测
如下事件：
- [x] 按键按下。
- [x] 按键弹起。
- [x] 长按键。
- [x] 长按时自动连发。
我们将按键驱动分为两个部分来介绍，一部分是 FIFO 的实现，一部分是按键检测的实现。博客参考安富莱开发指南和果果小师弟博客等相关互联网资源
## 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。
1. 从裸机的角度分析
- [x] 1.1 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。
- [x] 1.2 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。
2. 从OS的角度分析
- [x] 2.1 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。
- [x] 2.2 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。
## FIFO
FIFO 是 First Input First Output 的缩写，先入先出队列。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 bsp_GetKey 读取一个按键值进行处理后，Read 变量变为 1。Write 变量不变。
我们继续通过函数 bsp_GetKey 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。
设计按键 FIFO 主要有三个方面的好处：
- [x] 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。
- [x] 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。
- [x] 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。
## 按键 FIFO 的实现
1.定义结构体
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。typedef struct
{
uint8_t Buf[10]; /* 缓冲区 */
uint8_t Read; /* 缓冲区读指针*/
uint8_t Write; /* 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。
static KEY_FIFO_T s_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！
2.将键值写入FIFO
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
**********************************************************
*/
void KEY_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。
3.从FIFO读出键值
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_t KEY_FIFO_Get(void)
{
uint8_t ret;
if (s_tKey.Read == s_tKey.Write)
{
return KEY_NONE;
}
else
{
ret = s_tKey.Buf[s_tKey.Read];
if (++s_tKey.Read >= KEY_FIFO_SIZE)
{
s_tKey.Read = 0;
}
return ret;
}
}
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:
typedef enum
{
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。
4.按键检测程序
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。
typedef struct
{
/* 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_t Count; /* 滤波器计数器 */
uint16_t LongCount; /* 长按计数器 */
uint16_t LongTime; /* 按键按下持续时间, 0表示不检测长按 */
uint8_t State; /* 按键当前状态（按下还是弹起） */
uint8_t RepeatSpeed; /* 连续按键周期 */
uint8_t RepeatCount; /* 连续按键计数器 */
}KEY_T;
在key.c 中定义s_tBtn结构体数组变量。
static KEY_T s_tBtn[3] = {0};
下面是KEY_FIFO_Init函数的定义：
void KEY_Init(void)
{
KEY_FIFO_Init(); /* 初始化按键变量 */
KEY_GPIO_Config(); /* 初始化按键硬件 */
}
static void KEY_FIFO_Init(void)
{
uint8_t i;
/* 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.LongTime = 100;/* 长按时间 0 表示不检测长按键事件 */
s_tBtn.Count = 5/ 2; /* 计数器设置为滤波时间的一半 */
s_tBtn.State = 0;/* 按键缺省状态，0为未按下 */
s_tBtn.RepeatSpeed = 0;/* 按键连发的速度，0表示不支持连发 */
s_tBtn.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，使用CW32库的GPIO_ReadPin就可以搞定。
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: IsKeyDownFunc
* 功能说明: 判断按键是否按下。单键和组合键区分。单键事件不允许有其他键按下。
* 形 参: 无
* 返 回 值: 返回值1 表示按下(导通），0表示未按下（释放）
*********************************************************************************************************
*/
static uint8_t IsKey1Down(void)
{
if (GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_PORT, KEY1_GPIO_PIN) == GPIO_Pin_RESET)
return 1;
else
return 0;
}
static uint8_t IsKey2Down(void)
{
if (GPIO_ReadPin(KEY2_GPIO_PORT, KEY2_GPIO_PIN) == GPIO_Pin_RESET)
return 1;
else
return 0;
}
static uint8_t IsKey3Down(void)
{
if (GPIO_ReadPin(KEY3_GPIO_PORT, KEY3_GPIO_PIN) == GPIO_Pin_RESET)
return 1;
else
return 0;
}
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。
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: KEY_GPIO_Config
* 功能说明: 配置按键对应的GPIO
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void KEY_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
/* 第1步：打开GPIO时钟 */
__RCC_GPIOB_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.IT = GPIO_IT_NONE; //KEY1 KEY2 KEY3
GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_INPUT_PULLUP; /* 设置输入 */
GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_HIGH; /* GPIO速度等级 */
GPIO_InitStructure.Pins = KEY1_GPIO_PIN;
GPIO_Init(KEY1_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.Pins = KEY2_GPIO_PIN;
GPIO_Init(KEY2_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.Pins = KEY3_GPIO_PIN;
GPIO_Init(KEY3_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
}
按键扫描函数KEY_Scan()每隔 10ms 被执行一次。
void KEY_Scan(void) { uint8_t i; for (i = 0; i < HARD_KEY_NUM; i++) { KEY_Detect(i); } } static void KEY_Detect(uint8_t i)
{
KEY_T *pBtn;
pBtn = &s_tBtn;
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;
}
else if(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;
}
else if(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)。
static KEY_T s_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;//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。
### 测试效果
完整代码仓库 ：https://gitee.com/delehubcode/cw32-template/tree/master/cw32-template/cw32f030-board-template
|
楼主
标题置顶
标题高亮
