注:key.cpp有更改
单片机键盘扫描之状态机实现 作者:原野之狼 日期 2008.1.3 23:37
一、概述
在编写单片机程序的过程中,键盘作为一种人机接口的实现方式,是很常用的。 而一般的实现方法大概有:
1、外接键盘扫描芯片(例如8279,7279等等),然后由该芯片来完成去抖、键值读取、中断请求等功能。然后单片机响应中断并读取键值,有的时候也可以采用轮训的方式。
2、如果按键数比较少,那么可以直接将按键接到单片机的IO口,然后各按键取逻辑或再送到单片机的中断管脚(对于51体系),单片机响应中断后再去读取IO口的数据。如果单片机的中断向量比较多(例如AVR系列的单片机,每个IO都可以作为中断),那么也可以直接把各个按键接到各个具有中断功能的IO上面。在中断处理程序中往往需要执行这样一个操作序列:延时一定时间来去抖,如果按键有效那么等待按键释放。
这两种方法都有比较明显的缺陷:
第一种方法需要专门的外围芯片,增加成本,且一般不容易检测按键的按下、释放以及长按键等一些事件。
第二种方法同样不容易检测按键的按下、释放以及长按键等一些事件。且采用软件延时的方式,浪费CPU资源,很不可取。
二、扫描式方法
鉴于以上两种方法的缺点,我们可以采用扫描式的方法来判断按键事件。 扫描方法即CPU在一定的节奏下去扫描按键数据线上的信号,然后分析并确定按键事件。扫描节奏一般为20MS
三、状态机
在软件工程中,有这样一个概念,即状态机。 状态机是一个抽象的概念,即把一个过程抽象为若干个状态之间的切换,这些状态之间存在着一定的联系。
举个例子:在操作系统中有一个关于进程调度的经典论述。 即把进程的调度过程抽象为运行、就绪、挂起以及睡眠等状态之间的切换。 各个状态之间在满足一定条件下才能进行切换。
在状态机程序的编写中有两点需要注意: 1、过程的抽象。 2、切换的条件以及如何切换。
四、按键过程的状态机分析
众所周知,一个键按下之后的波形是这样的(假定低有效): 在有键按下后,数据线上的信号出现一段时间的抖动,然后为低,然后当按键释放时,信号抖动一段时间后变高。当然,在数据线为低或者为高的过程中,都有可能出现一些很窄的干扰信号。
1、状态抽象
因此,我们对这个过程抽象为这么几个阶段:
(1)、空闲状态,即数据线信号为高,这里假定为S1状态 (2)、确认真的有键按下的状态,这里假定为S2状态。 (3)、键按下的状态,这里假定为S3状态。 (4)、确认真的有键释放的状态,这里假定为S4状态。
2、状态切换
在S1状态,如果信号线为高,那么继续保持S1状态,如果信号线为低,那么切换到S2状态。 在S2状态,如果信号线为高,那么切换到S1状态,如果信号线为低,那么切换到S3状态,此时表示有了键按下的消息事件,把此事件存入消息队列(如果系统不需要此消息,那么为了简单起见,此时可以不存入这个键按下事件)。 在S3状态,如果信号线为高,那么切换到S4状态,如果信号线为低,那么保持S3状态,并对信号为低这一状态进行计数。 在S4状态,如果信号线为高,那么切换到S1状态,此时表示有了键释放的消息事件,把此消息存入消息队列(如果系统不需要此消息,那么为了简单起见,此时可以不存入这个键按下事件),同时还需要对信号为低这一状态的计数进行判断,如果大于一定的阈值,那么表示之前是一个长按键消息事件,小于此阈值,则表示之前为一个短按键消息事件。如果信号线为低,则切换到S3状态。
五、程序实现
本程序采用C++语言来编写,在AVR系列之ATMEGA64单片机上测试过。采用的开发环境是:WinAVR。 若要移植本程序,请注意: 1、makefile文件要支持C++,我自己在网上随便找了一个,还没有弄明白怎么更好地配置,比如在配置printf的浮点形式格式化的问题上,我就没有弄明白,如果谁有关于这个的更好的资料,麻烦共享一下。 2、用户还需要写一个20MS定时器中断程序,在中断服务程序中去调用TaskKeyScan函数。应用范例见本文第六部分。
/************************************************************ FileName: type.h
Author:原野之狼
Version :V1.0
Date: 2008.1.2
Description:
History:
<author> <time> <version > <desc>
************************************************************/
#ifndef _TYPE_H_ #define _TYPE_H_
//type define #define UINT8 unsigned char #define INT8 char #define UINT16 unsigned int #define INT16 signed int #define UINT32 unsigned long #define INT32 signed long #define FLP32 float
#endif
/************************************************************ FileName: includes.h
Author:原野之狼
Version :V1.0
Date: 2008.1.2
Description:
History:
<author> <time> <version > <desc>
************************************************************/
#ifndef _INCLUDES_H_ #define _INCLUDES_H_
//system header files #include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdarg.h> #include <avr/io.h> #include <avr/signal.h> #include <avr/interrupt.h> #include <avr/wdt.h>
//user header files #include "type.h" #include "queue.h" #include "key.h"
#define SYSTEM_FREQUENCY_HZ 8000000
#endif
/************************************************************ FileName: queue.h
Author:原野之狼
Version :V1.0
Date: 2008.1.2
Description:
History:
<author> <time> <version > <desc>
************************************************************/
#ifndef _QUEUE_H_ #define _QUEUE_H_
#include "type.h"
class CQueue { private: INT8 *pBuf; UINT16 BufLen; INT8 *pHead; INT8 *pTail; UINT16 count; public: UINT8 IsQueueEmpty(void); void QueueInit(INT8 *pBuffer,UINT16 len); UINT8 AddInQueue(INT8 dat); UINT8 RequestFrQueue(INT8 *pDat); };
#endif
/************************************************************ FileName: queue.cpp
Author:原野之狼
Version :V1.0
Date: 2008.1.2
Description: management of queue History:
<author> <time> <version > <desc>
************************************************************/
#include "includes.h"
UINT8 CQueue::IsQueueEmpty(void) { return 1; }
void CQueue::QueueInit(INT8 *pBuffer,UINT16 len) { pBuf=pBuffer; pHead=pBuf; pTail=pBuf; count=0; BufLen=len; }
UINT8 CQueue::AddInQueue(INT8 dat) { if(count<BufLen) { (*pTail++)=dat; count++;
if(pTail==(pBuf+BufLen)) { pTail=pBuf; } return 1; } else { return 0; } } UINT8 CQueue::RequestFrQueue(INT8 *pDat) { if(count) { *pDat=(*pHead++); if(pHead==(pBuf+BufLen)) pHead=pBuf; count--; return 1; } else { return 0; } }
/************************************************************ FileName: key.h
Author:原野之狼
Version :V1.0
Date: 2008.1.2
Description:
History:
<author> <time> <version > <desc>
************************************************************/
#ifndef _KEY_H_ #define _KEY_H_
#include "type.h"
#define GET_KEY1_SIGNAL PINE&(0X01<<0X02) #define GET_KEY2_SIGNAL PINE&(0X01<<0X03)
#define MSG_DOWN 0X01 #define MSG_UP 0X02 #define MSG_SHORT_CLICK 0X03 #define MSG_LONG_CLICK 0X04
class CSingleKeyManager { private: #define KEY_STATE_IDLE 0X01 #define KEY_STATE_IS_DOWN 0X02 #define KEY_STATE_DOWN 0X03 #define KEY_STATE_IS_UP 0X04 UINT8 m_state; UINT8 m_DownCount;
#define MAX_MSG_LENGTH 0X10 INT8 m_MsgBuf[MAX_MSG_LENGTH];
CQueue m_MessageQueue;
public: CSingleKeyManager(); void StateChange(UINT8 LineHighLow); UINT8 GetMsg(void); };
#endif
/************************************************************ FileName: key.cpp
Author:原野之狼
Version :V1.0
Date: 2008.1.2
Description: key managerment 1.scan mode 2.short clicked 3.long clicked 4.more info refer to file:key.jpeg
History:
<author> <time> <version > <desc> 原野之狼 2008.1.10 按键低计数
************************************************************/
#include "includes.h"
CSingleKeyManager::CSingleKeyManager() { m_state=KEY_STATE_IDLE; m_DownCount=0; m_MessageQueue.QueueInit(m_MsgBuf,MAX_MSG_LENGTH); }
void CSingleKeyManager::StateChange(UINT8 LineHighLow) { switch(m_state) { case KEY_STATE_IDLE: { if(LineHighLow) { asm("nop"); // WriteLog("1H
"); } else { m_state=KEY_STATE_IS_DOWN; // WriteLog("1L
"); } } break; case KEY_STATE_IS_DOWN: { if(LineHighLow) { m_state=KEY_STATE_IDLE; // WriteLog("2H
"); } else { m_state=KEY_STATE_DOWN; // WriteLog("2L
"); if(!m_MessageQueue.AddInQueue(MSG_DOWN)) { asm("nop");//error // WriteLog("KEY QUEUE ERROR
"); } } } break; case KEY_STATE_DOWN: { if(LineHighLow) { m_state=KEY_STATE_IS_UP; // WriteLog("3H
"); } else { m_DownCount++; if(m_DownCount==255) m_DownCount=254;//255; // WriteLog("3L
"); } } break; case KEY_STATE_IS_UP: { if(LineHighLow) { // WriteLog("4H
"); m_state=KEY_STATE_IDLE; m_MessageQueue.AddInQueue(MSG_UP); if(m_DownCount>(2000/SYSTEM_RHYTHM_MS)) { // WriteLog("LONG
"); m_MessageQueue.AddInQueue(MSG_LONG_CLICK); m_DownCount=0; } else { // WriteLog("SHORT
"); m_MessageQueue.AddInQueue(MSG_SHORT_CLICK); m_DownCount=0; } } else { // WriteLog("4L
"); m_state=KEY_STATE_DOWN; } } break; default: asm("nop"); } }
UINT8 CSingleKeyManager::GetMsg(void) { INT8 msg; if(m_MessageQueue.RequestFrQueue(&msg)) { return msg; } else { return 0x00; } }
六、应用范例
/************************************************************ FileName: main.cpp
Author:原野之狼
Version :V1.0
Date: 2008.1.2
Description:
History:
<author> <time> <version > <desc>
************************************************************/ #include “includes.h”
CSingleKeyManager key1
//call this function every 20ms Void TaskKeyScan(void) { key1.StateChange(GET_KEY1_SIGNAL); }
UINT8 main(void) { while(1) { switch(key1.GetMsg()) { //add your message handler here } } }
附:PDF版本 https://bbs.21ic.com/upfiles/img/20081/2008110152239528.pdf |