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[程序源码] 分享一个单片机按键状态机实现键值与功能解耦的方法

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4605|22
 楼主| dw772 发表于 2025-2-14 09:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
按键程序, 单片机, 状态机, 函数, 单片机程序, 按键处理
本帖最后由 dw772 于 2025-2-14 09:32 编辑

    1：搞单片机程序有好几年了，回想出入门时写程序时，对按键处理一直理解不太透彻，每做一个项目就需要写一遍按键函数，虽然能解决问题，但是一直存在一个问题，按键识别跟功能一直纠缠在一起，无法将功能与按键的键值解耦。      2：随着项目的增加和经验的积累，逐渐理解了按键状态机和函数指针后，参考一些前辈的思路，总结了一个比较好用的按键思路。   
   3：在裸机系统中，我们一般采用while（1）{}大循环，所有功能按顺序执行。在while循环内一般有个定时器标志位，比如10ms执行一次控制函数执行节奏，同时也可以做一下非精确的定时，比如按键长按时间，指示灯闪烁周期。
先定义一个按键状态的枚举类型结构体
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  1. typedef enum 
    

  2. {
    

  3.     BT_EVENT_RELEASED = 0,        /**< 按键已经释放     */
    

  4.     BT_EVENT_PRESSED,             /**< 按键按下边沿     */
    

  5.     BT_EVENT_PRESSING,            /**< 按键按住保持     */
    

  6.     BT_EVENT_SHORT_CLICKED,       /**< 按键短按释放边沿 */
    

  7.     BT_EVENT_LONG_PRESSED,        /**< 按键识别为长按边缘         press_cont ==最小长按时间        */
    

  8.     BT_EVENT_LONG_PRESSED_REPEAT, /**< 按键长按重复               press_cont -上次计数 == 重复时间 */
    

  9.     BT_EVENT_CLICKED,             /**< 按键释放                   长按/短按                        */
    

  10.     BT_EVENT_DOUBLE_CLICKED,      /**< 按键双击                   两次间隙<= 500MS                 */
    

  11.      
    

  12. }bt_event_value_t;
再定义一个按键类型参数，用来存放按键的各个参数
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  1. typedef struct
    

  2. {
    

  3.     flag_status      (*read_gpio)();                       //读取按键GPIO的函数指针  返回值为TRUE  & FALSE            
    

  4.     bt_event_value_t  btn_event;                           //枚举为 BT_EVENT_RELEASED ~ BT_EVENT_DOUBLE_CLICKED任意值
    

  5.     uint8_t           btn_stat;                            //按键有限状态机
    

  6.     uint8_t           btn_double_en;                       //双击是否使能
    

  7.     uint8_t           btn_act_sta;                         //有效状态
    

  8.     uint32_t          press_cont;                          //按下计数，判断长短按
    

  9.     uint32_t          idl_cont;                            //空闲计数，判断双击        组合按键需要另外处理                    
    

  10. }TypeButton;
根据需要几个按键定义几个按键变量，一个变量对应一个按键。该按键的所有数据都保存在这个变量内部。同时还需要定义一个数组存放这些变量的地址，方便扫描的时候顺序扫描按键。
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  1. TypeButton   *bt[BUTTON_MAX] = { NULL};        //定义一个数组存放按键的地址，方便扫描按键的时候按顺序执行。
    


  2. 

  3. TypeButton  Power_key; //电源
    

  4. TypeButton  Light_key; //灯
    

  5. TypeButton  Funct_key; //功能
    

  6. TypeButton  Incre_key; //增加
    

  7. TypeButton  Decre_key; //减少
还需要一个注册按键的函数，注册按键并初始化按键对应的变量，并将读取按键IO的函数指针存放到按键结构体变量内，函数原型如下。
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  1. /**
    

  2.  * [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url] bsp_button_register  按键注册，并初始化相应按键的参数
    

  3.  * 
    

  4.  * 
    

  5.  * @param  id 按键的顺序 
    

  6.  * @param (*read_cb)() 按键读取回调函数 返回值为1表示按键按下 
    

  7.  * @param  *btn        指向 存放按键数值的变量  指针 
    

  8.  * [url=home.php?mod=space&uid=120043]@reval[/url]  none
    

  9.  */
    

  10. void  bsp_button_register( uint8_t  id, flag_status (*read_cb)(), TypeButton *btn)
    

  11. {
    

  12.    bt[id] = btn;
    

  13.    btn->read_gpio     = read_cb;
    

  14.    btn->btn_stat      = 0;
    

  15.    btn->idl_cont      = 0;
    

  16.    btn->btn_double_en = 0;
    

  17.    btn->press_cont    = 0;
    

  18.    btn->btn_event     = BT_EVENT_RELEASED;
    

  19.   
    

  20. }
注册按键实例如下，在程序初始化时调用，注册之前先定义好读取按键GPIO的回调函数实体
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  1. <blockquote>void bsp_btn_register(void)
下面需要用到按键状态机，主要是按下，按下等待，短按识别，长按识别等状态的切换。代码如下：
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  1. void bsp_read_key_value( TypeButton *btn)
    

  2. {
    

  3.    
    

  4.    switch(btn->btn_stat)
    

  5.    {
    

  6.      case   0://空闲
    

  7.        //btn->press_cont = 0;
    

  8.        btn->btn_event  = BT_EVENT_RELEASED;
    

  9.        if( btn->read_gpio())
    

  10.        {
    

  11.            if(btn->press_cont ++ >=2)
    

  12.            {
    

  13.              btn->btn_stat = 1;
    

  14.  
    

  15.            }
    

  16.        }     
    

  17.      break;
    

  18.      case   1://按下
    

  19.        if( btn->read_gpio())
    

  20.        {
    

  21.           btn->btn_event = BT_EVENT_PRESSED;                                                        //BT_EVENT_PRESSED;
    

  22.           btn->btn_stat = 2;
    

  23.        }
    

  24.        else
    

  25.        {
    

  26.          btn->btn_stat = 0;
    

  27.     
    

  28.        }     
    

  29.      break;   
    

  30.      case   2://长按等待
    

  31.        btn->btn_event  = BT_EVENT_PRESSING ;                                                        //按住不放                            
    

  32.        if( btn->read_gpio())
    

  33.        {
    

  34.           if( btn->press_cont++ > SHORT_CLICK_TIME )
    

  35.           {
    

  36.               btn->btn_event = BT_EVENT_LONG_PRESSED;                
    

  37.               btn->btn_stat  = 3;
    

  38.           }
    

  39.        }
    

  40.        else
    

  41.        {
    

  42.          btn->btn_stat  = 3;
    

  43.          btn->btn_event = BT_EVENT_SHORT_CLICKED;                                                   //短按弹起
    

  44.        } 
    

  45.      
    

  46.      break;
    

  47.      case   3://长按
    

  48.        btn->press_cont++;
    

  49.        btn->btn_event = BT_EVENT_PRESSING;
    

  50.         if( (btn->press_cont-SHORT_CLICK_TIME)%REPEAT_PRESS_TIME ==0)
    

  51.         {
    

  52.             btn->btn_event = BT_EVENT_LONG_PRESSED_REPEAT;                
    

  53.            
    

  54.         }   
    

  55.        if(!( btn->read_gpio() ))
    

  56.        {
    

  57.           btn->press_cont = 0;
    

  58.           btn->btn_event  = BT_EVENT_RELEASED; 
    

  59.           btn->btn_stat   = 0;
    

  60.        }
    


  61. 

  62.      break;
    

  63.      default: btn->btn_stat = 0; break;
    

  64.      
    

  65.    }
    


  66. 

  67.   
    

  68. }
最后就是按键扫描函数，定义好按键的个数，每次扫描从第一个按键开始，用for循环，遍历每个按键变量内的读取回IO调函数，根据IO状态切换按键的状态，此函数放在主循环调用。
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  1. void bsp_btnton_scanf(void)
    

  2. {
    

  3.     uint8_t  i;
    

  4.     for(i=0;i< BUTTON_MAX;i++)
    

  5.     {       
    

  6.        bsp_read_key_value(bt[i]);
    

  7.       
    

  8.     }
    


  9. 

  10. }
在main函数中结构如下,在功能函数中，只要根据按键的event事件来执行不同的功能，这样就实现了功能与按键扫描的解耦：
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  1. int main(void)
    

  2. {
    

  3.    bsp_btn_register();                      //注册按键
    

  4.    while(1)
    

  5.    {  
    

  6.      if (Flag_10ms)
    

  7.      {
    

  8.          Flag_10ms = 0;
    

  9.          bsp_btnton_scanf();           //按键扫描，得到键值
    

  10.          Funct_1(Power_key.btn_event); //根据按键值执行功能 这样就可以实现功能跟按键扫描的解耦，不需要把功能写到按键扫描内部
    

  11.          
    

  12.      }
    

  13.    }
    

  14. }




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ayb_ice 发表于 2025-2-14 09:36 | 显示全部楼层
过于复杂,只要累加按下的次数即可(不支持多键同时按下),就可以识别短按,长按,连按,以及按下,释放,双击在此基础上再实现
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 楼主| dw772 发表于 2025-2-14 09:44 | 显示全部楼层
本帖最后由 dw772 于 2025-2-14 09:51 编辑
ayb_ice 发表于 2025-2-14 09:36
过于复杂,只要累加按下的次数即可(不支持多键同时按下),就可以识别短按,长按,连按,以及按下,释放,双击在此 ...

主要是想实现按键值与功能的解耦。 刚写代码的时候每次都把按键值与功能纠缠在一起，很难移植。此方法的好处是方便移植，不同项目修改头文件即可。也是个人想法，仅供参考。
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ayb_ice 发表于 2025-2-14 10:51 | 显示全部楼层
本帖最后由 ayb_ice 于 2025-2-14 10:55 编辑
dw772 发表于 2025-2-14 09:44
主要是想实现按键值与功能的解耦。 刚写代码的时候每次都把按键值与功能纠缠在一起，很难移植。此方法的好 ...

解耦也容易啊,按键扫描后将按钮值存在变量中,用个API去获取按键值,程序调用API即可,或直接访问变量

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xch 发表于 2025-2-14 13:22 | 显示全部楼层
看见switch...case 就知道还是幼儿园阶段
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xionghaoyun
那你写一个？  发表于 2025-2-17 08:47
jobszheng 发表于 2025-2-14 13:25 | 显示全部楼层
我感觉着 您这代码还需要一些磨合
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 楼主| dw772 发表于 2025-2-14 13:34 | 显示全部楼层
xch 发表于 2025-2-14 13:22
看见switch...case 就知道还是幼儿园阶段

水平有限，不用switch一直不知道用什么方法识别按键比较好，请赐教
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xionghaoyun
@xch ：那你来写一个  发表于 2025-2-17 14:48
xch
@xionghaoyun ： 居然蠢到以为别人会用if。  发表于 2025-2-17 09:30
xionghaoyun
LZ没问题啊 那用if的人是不是幼儿园？  发表于 2025-2-17 08:49
 楼主| dw772 发表于 2025-2-14 13:40 | 显示全部楼层
jobszheng 发表于 2025-2-14 13:25
我感觉着 您这代码还需要一些磨合

按键跟功能解耦一度困扰了我很长一段时间。只是抛砖引玉，希望有好的思路也分享一下。
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xch 发表于 2025-2-14 15:06 | 显示全部楼层
dw772 发表于 2025-2-14 13:40
按键跟功能解耦一度困扰了我很长一段时间。只是抛砖引玉，希望有好的思路也分享一下。 ...

用键值做索引函数指针的数组。一句话就搞定switch...case...。
如果切换不同GUI页面，就切换指向不同界面对应的数组的指针。
方便多层次嵌套修改GUI，也不容易出错。不需要改代码尸体，仅编辑数组内容即可。做到一次编程重复使用。

编程原理其实回到最原始的图灵机基础，在mcu之中虚构一个自己的图灵机。
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jobszheng 发表于 2025-2-15 09:18 | 显示全部楼层
dw772 发表于 2025-2-14 13:34
水平有限，不用switch一直不知道用什么方法识别按键比较好，请赐教

就用switch，简单，易读。

不追求其它的所谓的C语言高阶应用
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ayb_ice 发表于 2025-2-17 08:32 | 显示全部楼层
xch 发表于 2025-2-14 15:06
用键值做索引函数指针的数组。一句话就搞定switch...case...。
如果切换不同GUI页面，就切换指向不同界面 ...

任何情况下只有一个任务接管按键处理,在那个地方判断就可以了,这样就没有什么耦合,简单又高效,还用什么函数指针,我就不喜欢函数指针
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xch
喜欢就好。  发表于 2025-2-17 09:32
xch 发表于 2025-2-17 09:35 | 显示全部楼层
ayb_ice 发表于 2025-2-17 08:32
任何情况下只有一个任务接管按键处理,在那个地方判断就可以了,这样就没有什么耦合,简单又高效,还用什么函 ...

如果是102个按键要case 102下。每切换个界面都case 102. MCU 也996
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ayb_ice 发表于 2025-2-17 09:43 | 显示全部楼层
xch 发表于 2025-2-17 09:35
如果是102个按键要case 102下。每切换个界面都case 102. MCU 也996

你函数指针也少不了啊,何况MCU跑102个函数指针,估计都困难
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xch
我在小学等你  发表于 2025-2-17 09:58
xch 发表于 2025-2-17 12:27 | 显示全部楼层
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
;

void Key0Proc(void)
{//按键处理
  printf("Key 0\r\n");
}
void Key1Proc(void)
{
//按键处理
  printf("Key 1\r\n");
}
void KeynProc(void)
{
//按键处理
  printf("Key n\r\n");
}
void (*KeyFun[10])(void)=
{
//把用到的各种按键函数罗列
  Key0Proc,
  Key1Proc,
  KeynProc
};
enum aa{
//键值按顺序罗列
    Key_0,
    Key_1,
    //.........
    Key_n,
}KEY_VALUE;

int main() {
    for(int key=Key_0;key<(Key_n+1);key++)
    {
       //不需要switch..case.. ,也不需要if，一句话调用键值对应功能函数
        KeyFun[key]();
   }

return0；
}

///这里仅简单举例简单单个GUI界面情况，如果需要切换多界面，把界面也编个号，搞个指针数组指向对应的不同KeyFun。
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ayb_ice 发表于 2025-2-17 13:14 | 显示全部楼层
本帖最后由 ayb_ice 于 2025-2-17 13:18 编辑
xch 发表于 2025-2-17 12:27
#include
#include
#include

同一按键在不同的界面功能是不同的,哪有这么简单的,再说按键需要处理各个界面自己的变量,这些变量还可能是静态变量,甚至局部变量
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 楼主| dw772 发表于 2025-2-17 15:24 | 显示全部楼层
本帖最后由 dw772 于 2025-2-17 15:29 编辑
xch 发表于 2025-2-17 12:27
#include
#include
#include

不知道是不是我理解的问题，感觉这个按键键值跟功能没有完全解耦，移植和复制需要修改的东西比较多，基本等于重写一个按键了，本质上这种也是操作指针并无不同。每个人的习惯都有不同吧，作为参考就好
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ayb_ice 发表于 2025-2-18 08:45 | 显示全部楼层
dw772 发表于 2025-2-17 15:24
不知道是不是我理解的问题，感觉这个按键键值跟功能没有完全解耦，移植和复制需要修改的东西比较多，基本 ...

在他眼里,你这也是小学生水平
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