一种基于定时器的按键检测程序

只看该作者 · 2012-11-15 16:18

本帖最后由 3htech 于 2012-11-15 16:19 编辑

一种基于定时器的按键检测程序

By—小白菜（3htech）

零 该程序产生的背景

话说2012年，小白菜要做一个三相电压电流组合表，这个仪表需要进行数据输入（小白菜以前的项目也有输入，但是小白菜没有仔细的研究过），并且给出的时间很长，小白菜有时间来做一些“研究处理”。拿着以前写的按键检测程序，感觉漏洞百出，于是想着趁着有时间把这部分做出来，于是便用了一个星期（实际是5天，双休思密达）专门写了这部分程序。
一 小白菜的应用需求
小白菜的仪表仅需要单短击（简称单击，短击，短按等）和单长击（简称长击，长按等），单短击要在按键松开后才进行识别，单长击要在达到设定的时间阀值时进行识别（这时按键未松开）。
不需要考虑的情况如下，不需要连击（可以做为多次短击）、不需要多键同时击、暂时不需要考虑输入数字时长按某键，数字快速自加或自减。
该检测程序要满目不依赖于任何一种单片机，也不依赖按键连接方式，如独立式，矩阵式（当然你要用按键扫描芯片那就……你要用AD式键盘，我无语……好吧，你赢了～），能够独立存在。
二 按键过程分析
1 按键小思考
正常的按键过程（不考虑非法的按键状态）如图 2.1.1。

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image002.jpg

图 2.1.1正常按键状态示意图

单击和长击只是时间上的区分而已，但是其识别时稍有区别，单击是在按键松开时进行识别的，长击是在按键闭合时进行识别的。见图2.1.2。

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image004.jpg

图 2.1.2长短击按键状态示意图

2 各种可能出现的按键情况
合法情况不再赘述。下面把非法（仅在本应用中非法）的情况列一下。
(1) 人为或干扰引起的单击时间过短（主要为防干扰）。
(2) 单击时间过长（与(1)对应，凡事有短就有长，要有度嘛～）。
(3) 按下了多个键（与我的应用需要相悖，所以非法）。这里有可能是同时按的，也有可能是异步按下的。
(4) 快速多次按同一个键。这种情况可以归结到(1)。
(5) 我觉得没有了，元芳，你怎么看？？
3 小综合（“综合？理综还是文综？”）
综合1和2进行考虑，得出以下几条。
(1)
正常的单击和长击示意图。如图2.3.1和图2.3.2所示。

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image006.jpg file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image008.jpg

图 2.3.1短击识别示意图图 2.3.2长击识别示意图
(2)
按键时间过短，应丢弃。如图2.3.3所示。

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image010.jpg

图 2.3.3按键时间过短示意图

(3)
多键同时按下时，不响应。如图2.3.4所示。

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image012.jpg file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image014.jpg

图 2.3.4多键同时按下示意图
图 2.3.5 多键异步按下示意图
(4)
多键异步按下
这种情况要考虑一下了。如图2.3.5所示。这种情况不会影响到单击。看图2.3.1可知，单击是在按键松开后才进行识别的；但这种情况对长击有影响，如果t1大于长击的阀值，那么键1是否应该识别为一次有效长击呢？这里小白菜认为键1有效，后面的程序也是按键1有效进行的处理。
既然认为有效，那么这个过程可以分解为两个部分，键1闭合到键2闭合这部分认为是一次合法的长击行为，键2闭合以后认为是“多键同时按下”（图2.3.4中所示），按出错处理。
(5)
多键“前仆后继”地按下

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image016.jpg

图2.3.6多键“前仆后继”地按下示意图

这里仍然存在(4)中存在的长击问题。这里小白菜依旧认为长击有效。并且不再响应后面的按键。

(6)
按键因为受到干扰而出现了假松开。如图2.3.7中的尖峰所示。

file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image018.jpg

图 2.3.7“假松开”干扰示意图

小白菜并不知道这种假松开在实际发生的概率有多大。这种情况是小白菜“捏造”出来的。实际中，如果按键完全闭合后还口线电平还到达能够识别的高度，那么这个干扰也够强烈的（此时口线实际上是接地的）！
对付这种假松开，小白菜想到的是设定按键松开计时器，只有计时器到一定的值，并且在此期间，读取到的状态都是键松开，才真正认为是键松开。否则，认为是一次干扰而已。
还有其他错误情况吗，元芳？？

只看该作者 · 2012-11-15 16:18

三 “伪状态”的抽象
为什么要加上“伪”字呢，因为小白菜对于状态机这个东西，认识的不够清楚，为了避免老鸟们的拍砖，加上伪字。嘎嘎～
根据第二部分，小白菜大致能抽象出一些东西了。
1 确定所使用的变量
前言，在程序中，小白菜会加上前缀u8，i8，u16等，代表着无符号8位、有符号8位、无符号16位等，具体请参见TypeRedefine.H中的说明。这里为了叙述方便，去掉了u8、i8等前缀。
(1) 首先要有一个按键状态是否正确合法的标志 KeyErr标志寄存器。
(2) 按键时长计时器KeyTimer。用这个变量来确定键按下了多长时间。
单击时间范围 TS < t < TL 。这里Ts代表短按最短时间，TL 代表长按最短时间。
长击时间范围 t ≥ TL 。
(3) 为了防止【多键“前仆后继”地按下】（图2.3.6中所示）这种情况的出现，小白菜自以为是的增加了两个变量，当前按键值KeyCurrent和上次按键值KeyLast。通过两个变量的比较来防止二(5)的出现。
(4) 键松开计时器KeyOffTimer。
设置本变量主要是为了防止【假松开】（图2.3.7中所示）情况的出现。KeyOffTimer必须大于某个值才算完全松开。
这里为何不对键按下时做处理呢（假如由于干扰而出现假按下的情况）？因为假按下的延续时间比较短，达不到我们所设置的Ts时间，所以可以忽略，即由Ts来保证当由于干扰而出现假按下时，程序能够不响应。如果假按下的时间超过了Ts，让你来处理的话，你还能认为是假按下吗？
(5) 键值寄存器 KeyValue和KeyReg，用户可以直接查询变量KeyValue，最重要的是不需要用户清零；而KeyReg则由检测程序和键值读取函数使用，用户不可使用。

2 所有可能的情况
这里列了一个表。在表中利用组合可以看到所有可能情况，最重要的是，不会漏掉任何一种可能。
表中变量说明：
KeyErr标志寄存器： TRUE或OK = 无错误，ERR = 有错误。
KeyCurrent和KeyLast：NULL = 无键按下，OK = 键值合法，ERR = 键值非法。
KeyErr标志寄存器 KeyCurrent KeyLast 此时的操作合法性
TRUE NULL NULL 无键按下或完全松开 √
OK 按键刚松开 √
ERR 防错处理 ×
TRUE OK NULL 键刚按下 √
OK (与KeyCurrent相等)键正在按下 √
OK (与KeyCurrent不等) 二(5) ×
ERR ×
TRUE ERR 忽略错误按键 ×
ERR NULL 忽略错误按键松开 ×
OK
/ ERR 忽略错误按键未松开 ×
表3.2.1 变量组合表
3 “伪”状态转换图
根据表3.2.1，画出“伪”状态转换图。这里要注意几点：
(1) 为了在一张图上能画的下，这里面把Key都省略了。
(2) 图中的粗线是正常按键时的状态转换。
(3) 小白菜在长按键识**，把Err标志寄存器置为了ERR，所以之后的状态就到了最下方的【Err标志寄存器 = ERR， Curr = OK或ERR， Last = 忽略】。

图 3.3.1 状态转换图

4 程序传统流程图
这里面需要注意一点，在长按键的识别时，有两种方法：
一是检查 KeyTimer == TL 这样可以保证只识别一次。
二是检查KeyTimer >= TL 然后把 KeyErr标志寄存器置为Err，这样也能保证只识别一次，并且可以转换其状态，使其不再识别按键。
第一种方法的好处是清晰明了，但是却仅检查了TL 这一个点，对于大于TL情况没有做处理，小白菜很担心，也许你会说，正常运行时没问题，但是，我就怕不正常运行；基于安全的考虑，小白菜选用了方法二。流程图请参见图3.4.1。
图3.4.1 流程图
四代码编写（略）
五应用说明
说了半天，还没有中断的事。下面说一下，同学们，注意听哈。
1 while(1)式检测和中断式检测的对比
(1) 在网上也看过一些人发的按键检测，自己以前也写过按键检测，但是无论这些检测程序多么美妙，绝大部分是在while(1)里执行按键检测程序（先管它叫while(1)式吧），这其实有一个很大的隐患。
当 MCU 负担不重时，while(1)式检测程序也许能好好的工作，这是由于while(1)的平均执行时间(不是最大执行时间)与按键检测程序的最长调用间隔时间相差无几或更小。但当MCU 负担很重时，while(1)式反应就会明显变慢，甚至会丢失按键信息；这是由于while(1)的平均执行时间过大所造成的。举个极端例子，while(1)平均执行时间为1000ms，短按时间为300ms，显然按键检测程序会丢失按键信息。
一句话总结 while(1)式的按键检测程序：时间不可控，耗时长，易丢失信息。
(2) 下面说一下在定时中断服务函数中进行按键检测（管它叫中断式吧）的优缺点。
首先说缺点：
由于是在中断中执行检测程序，增加的中断执行时间。但由于仅仅是几个8位变量的大小判断，所以耗时很短，小白菜曾在自己所用的平台上测试过，不超过50us。
下面说一下优点。
优点一：中断式检测的调用时间是可预测，是可控的。中断的发生和while(1)的执行可以看成是并行的（老鸟不要拍砖啊），这显然为按键检测程序按我们设定的间隔执行。
优点二：几乎每个系统中都会出现定时中断（这里不用RTOS，因为小白菜不懂RTOS，只会裸了个奔），并且小白菜接触到的系统都是以10ms，20ms 左右这样的定时中断。
优点三：一但把按键检测程序放在中断处理函数中执行，那我们就不需要再考虑之了，只需要在需要使用按键值的地方（比如菜单）调用一个获取键值函数就可以了，而获取键值
函数也仅仅是把一个变量的值返回。
优点四：巧妙的躲过了抖动区。小白菜的系统中用的 10ms 中断。如图5.1.1 所示。

图 5.1.1 抖动区示意图
大家知道单片机IO口对高低电平识别是有范围的，如图5.1.1中所示，所以，虽然aa’、dd’段存在抖动，但是这一段的电平仍然在“松开”范围内，同理，bb’、cc’段的电平仍在“闭合”的范围内。实际中肯定有ab 段时长大于a’b’段时长。而我们真正要躲避的是a’b’和c’d’段，这才是真正的抖动区，因为其处于单片机不能识别的电平范围。
一般地，抖动区在10ms左右（我是听说的，这个我真没测试过），而我的中断时间是10ms，由图5.1.1可以，正好可以完美地跨过ab段和cd段，也必然跨过了a’b’和c’d’，从而实现了利用中断间隔达到普通延时去抖动的目的。
小白在实验定时间隔时发现，10-20ms 的定时时间对按键响应比较好。中断时间过短，会因中断太频繁而降低系统性能；中断时间过长又不能及时地响应短按键。万能的亲们，你们自己试试吧。
2 函数说明。
(1) extern void App_Init_Key(void);按键检测初始化函数。必须在中断服务程序执行前调用，使变量一个合法的初始值开始运行，以防止因为变量随机值而出现误动作的情况！！！
(2) extern void App_Detect_Key(void); 核心函数，好吧，直接放到定时中断服务程序中就行了。不需要做什么工作。
(3) extern uint8 App_Get_Key_Value(void);读取按键函数。返回值是当前的键值，一定要在使用键值前先调用本函数！在一个循环中本函数只能调用一次！
extern uint8 App_Get_Key_Value(void)
{
// 这段代码不允许被打断，以防止定时中断函数对键值寄存器做赋值操作。
EA = 0;
KeyScan.u8KeyValue = KeyScan.u8KeyReg;
KeyScan.u8KeyReg = KEY_NULL;
EA = 1;

return KeyScan.u8KeyValue;
}
看到该函数的实现了吧，如果你连着调用两次，第二次读到的就是无键按下了，所以在使用时，一个循环体中只能调用一次本函数。

3 简单的应用举例
void main(void) 主函数中
{
App_Init_Key(); // 初始化按键
xxx(); // 初始化定时器，定时时间10ms

while(1)
{
App_Get_Key_Value();

if(KEY_NULL == KeyScan.u8KeyValue)
{// 什么都不做
}
else if(KEY_1 == KeyScan.u8KeyValue)
{ // 处理1
}
}
} 定时中断ISR
10ms执行一次
Tn_ISR()
{
App_Detect_Key();
}

只看该作者 · 2012-11-15 16:20

欢迎各位前辈的拍砖和骂声。
:lol

只看该作者 · 2012-11-15 16:50

支持一下，留个记号回家看

只看该作者 · 2012-12-5 15:49

正需要着，研究一下

只看该作者 · 2012-12-15 11:10

留下自己的脚印，感觉不错正学习中

只看该作者 · 2012-12-15 18:16

谢谢楼主分享

只看该作者 · 2012-12-15 18:56

本帖最后由 zxsa_001 于 2012-12-15 19:00 编辑

初学者路过，不过当前我这里遇到个一个类似与楼主的按键扫描问题，自己琢磨了好几天，截止目前为止又琢磨出一个思路，不过还没试，把问题简单描述一下，希望楼主能给个思路建议 ;命题是这样的：使用三个按键进行一项参数设置，同时将设置的过程在数码管上实时显示出来（数码管正常显示的是当前设置的参数1）；具体的实现过程如下：
1、当点按设置按键时，数码管开始闪烁（闪烁标志程序进入了设置状态，如果此时没有任何按键按动，则数码管闪烁5次后自动退出，回到正常显示），点按设置键1次，对参数1进行设置（参数1在数码管上闪烁显示），点按2次，设置参数2；参数2设置完毕后再点按设置键第三次则数码管退出闪烁，转入正常显示；
2、在数码管闪烁显示的时候，例如设置参数1时，点按其他两个键（一个+，一个-）可以对参数1进行加减操作；
3、在对参数设置完毕后（没有按键再按下），数码管闪烁5次后，同样也退出设置状态；

其实说的再简单些，就是用数码管闪烁显示的方式表明程序正在运行在设置状态；并在设置状态下的所有数码管显示的参数都是以闪烁的形式表现
我最终是给困在的第三步的实现上，因为参数进行完一次设置，在没有任何按键点按下的情况自己会闪烁5次退出设置状态，可是如果就在这闪烁的
5次过程当中，再次有按键按下，或是对设置参数的选择，或是对参数加减操作，都会使闪烁重新开始，再闪烁5次；我曾经用两个个外部中断口作为两个按键的捕捉口实现过上述命题，不过总觉得用外部中断的方式实现按键操作 1是有点大才小用，2是单片机上的外部中断口也就那么几个，一旦按键多了，那该怎么控制；
另外数码管显示我是用了8个共阴极数码管扫描方式即实现的（将数码管显示子程序放在定时器中断服务子程序中，每2ms调用一次）；

只看该作者 · 2012-12-15 22:23

按键大家研究的很火爆啊匠人也研究啊

但是我平时用不上啊哈哈

只看该作者 · 2012-12-16 12:25

来学习一下

只看该作者 · 2012-12-18 16:51

:lol经典的很！！！

只看该作者 · 2013-4-10 18:09

很受教。
也遇到按键检测问题，用While 判断检测，紧接着的中断函数不能执行，感觉是进了中断，马上就跳出来。一直没有弄明白那里出错。

只看该作者 · 2013-4-10 18:14

int main ()                      {
       EA=1;                            //    TR0=1;                            //
   init_timer();

   while(1)
loop: if(DA==0)
      {
         delay10ms(5);                   //延时20ms去抖动，
         if(DA==0)                //读取按键状态
         {                            //执行以下程序

               sc ();       //执行中断函数
               SW=0;
       sd_s2();                //led 闪烁
while(DA==0);                   //等待按键松开

      goto loop;                //
            }

   }



return 0;                      //主函数返回值
      }

    ;                         //; “结束程序

以上的SC(),不能执行，很纠结

只看该作者 · 2013-8-1 15:06

路过学习中，好东西啊！

只看该作者 · 2013-8-1 18:10

学习了

只看该作者 · 2013-8-2 22:28

不知道为什么，只要看到有软件延时这种强制CPU原地空转的代码，我都很不爽

只看该作者 · 2013-8-8 18:45

谢谢楼主

只看该作者 · 2014-1-11 21:35

学习了......

只看该作者 · 2016-11-23 11:35

谢谢楼主分享

只看该作者 · 2016-11-23 20:50

zdhlixiang2006 发表于 2013-8-2 22:28
不知道为什么，只要看到有软件延时这种强制CPU原地空转的代码，我都很不爽 ...

同感，可以在定时器设个标志位，检测到按键不一样时，定时器开启计数，10ms置位标志位，再回头按键值。金沙滩也介绍过另一种方法。

一种基于定时器的按键检测程序

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