新型的按鍵掃描程序

新型的按鍵掃描程序
不過我在網上游逛了很久,也看過不少源程序了,沒有發現這種按鍵處理辦法的蹤跡,所以,我將他共享出來,和廣

大同僚們共勉。我非常堅信這種按鍵處理辦法的便捷和高效,你可以移植到任何一種嵌入式處理器上面,因爲C語言

強大的可移植性。
同時,這裏面用到了一些分層的思想,在單片機當中也是相當有用的,也是本文的另外一個重點。
對於老鳥,我建議直接看那兩個表達式,然後自己想想就會懂的了,也不需要聽我後面的自吹自擂了,我可沒有班門

弄斧的意思,hoho~~但是對於新手,我建議將全文看完。因爲這是實際項目中總結出來的經驗,學校裏面學不到的

東西。
以下假設你懂C語言,因爲純粹的C語言描述,所以和處理器平臺無關,你可以在MCS-51,AVR,PIC,甚至是ARM平臺

上面測試這個程序性能。當然,我自己也是在多個項目用過,效果非常好的。
好了,工程人員的習慣,廢話就應該少說,開始吧。以下我以AVR的MEGA8作爲平臺講解,沒有其它原因,因爲我手頭

上只有AVR的板子而已沒有51的。用51也可以,只是芯片初始化部分不同,還有寄存器名字不同而已。
核心算法:
unsigned char Trg;
unsigned char Cont;
void KeyRead( void )
{
    unsigned char ReadData = PINB^0xff;   // 1
    Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont);      // 2
    Cont = ReadData;                                // 3
}
完了。有沒有一種不可思議的感覺?當然,沒有想懂之前會那樣,想懂之後就會驚歎於這算法的精妙!!
下面是程序解釋:
Trg(triger) 代表的是觸發,Cont(continue)代表的是連續按下。
1:讀PORTB的端口數據,取反,然後送到ReadData 臨時變量裏面保存起來。
2:算法1,用來計算觸發變量的。一個位與操作,一個異或操作,我想學過C語言都應該懂吧?Trg爲全局變量,其它

程序可以直接引用。
3:算法2,用來計算連續變量。
看到這裏,有種“知其然,不知其所以然”的感覺吧?代碼很簡單,但是它到底是怎麼樣實現我們的目的的呢?好,

下面就讓我們繞開雲霧看青天吧。
我們最常用的按鍵接法如下:AVR是有內部上拉功能的,但是爲了說明問題,我是特意用外部上拉電阻。那麼,按鍵

沒有按下的時候,讀端口數據爲1,如果按鍵按下,那麼端口讀到0。下面就看看具體幾種情況之下,這算法是怎麼一

回事。
(1)       沒有按鍵的時候
端口爲0xff,ReadData讀端口並且取反,很顯然,就是 0x00 了。
Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); (初始狀態下,Cont也是爲0的)很簡單的數學計算,因爲ReadData爲0,則

它和任何數“相與”,結果也是爲0的。
Cont = ReadData; 保存Cont 其實就是等於ReadData,爲0;
結果就是:
ReadData = 0;
Trg = 0;
Cont = 0;
(2)       第一次PB0按下的情況
端口數據爲0xfe,ReadData讀端口並且取反,很顯然,就是 0x01 了。
Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); 因爲這是第一次按下,所以Cont是上次的值,應爲爲0。那麼這個式子的值

也不難算,也就是 Trg = 0x01 & (0x01^0x00) = 0x01
Cont = ReadData = 0x01;
結果就是:
ReadData = 0x01;
Trg = 0x01;Trg只會在這個時候對應位的值爲1,其它時候都爲0
Cont = 0x01;
(3)       PB0按着不鬆(長按鍵)的情況
端口數據爲0xfe,ReadData讀端口並且取反是 0x01 了。
Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); 因爲這是連續按下,所以Cont是上次的值,應爲爲0x01。那麼這個式子就變

成了 Trg = 0x01 & (0x01^0x01) = 0x00
Cont = ReadData = 0x01;
結果就是:
ReadData = 0x01;
Trg = 0x00;
Cont = 0x01;
因爲現在按鍵是長按着,所以MCU會每個一定時間(20ms左右)不斷的執行這個函數,那麼下次執行的時候情況會是

怎麼樣的呢?
ReadData = 0x01;這個不會變,因爲按鍵沒有鬆開
Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont) = 0x01 & (0x01 ^ 0x01) = 0 ,只要按鍵沒有鬆開,這個Trg值永遠爲 0

!!!
Cont = 0x01;只要按鍵沒有鬆開,這個值永遠是0x01!!
(4)       按鍵鬆開的情況
端口數據爲0xff,ReadData讀端口並且取反是 0x00 了。
Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont) = 0x00 & (0x00^0x01) = 0x00
Cont = ReadData = 0x00;
結果就是:
ReadData = 0x00;
Trg = 0x00;
Cont = 0x00;
很顯然,這個回到了初始狀態,也就是沒有按鍵按下的狀態。
總結一下,不知道想懂了沒有?其實很簡單,答案如下:
Trg 表示的就是觸發的意思,也就是跳變,只要有按鍵按下(電平從1到0的跳變),那麼Trg在對應按鍵的位上面會

置一,我們用了PB0則Trg的值爲0x01,類似,如果我們PB7按下的話,Trg 的值就應該爲 0x80 ,這個很好理解,還

有,最關鍵的地方,Trg 的值每次按下只會出現一次,然後立刻被清除,完全不需要人工去幹預。所以按鍵功能處理

程序不會重複執行,省下了一大堆的條件判斷,這個可是精粹哦!!Cont代表的是長按鍵,如果PB0按着不放,那麼

Cont的值就爲 0x01,相對應,PB7按着不放,那麼Cont的值應該爲0x80,同樣很好理解。
如果還是想不懂的話,可以自己演算一下那兩個表達式,應該不難理解的。
因爲有了這個支持,那麼按鍵處理就變得很爽了,下面看應用:
應用一:一次觸發的按鍵處理
假設PB0爲蜂鳴器按鍵,按一下,蜂鳴器beep的響一聲。這個很簡單,但是大家以前是怎麼做的呢?對比一下看誰的

方便?
#define KEY_BEEP 0x01
void KeyProc(void)
{
       if (Trg & KEY_BEEP) // 如果按下的是KEY_BEEP
    {
         Beep();            // 執行蜂鳴器處理函數
    }
}
怎麼樣?夠和諧不?記得前面解釋說Trg的精粹是什麼?精粹就是隻會出現一次。所以你按下按鍵的話,Trg &

KEY_BEEP 爲“真”的情況只會出現一次,所以處理起來非常的方便,蜂鳴器也不會沒事亂叫,hoho~~~
或者你會認爲這個處理簡單,沒有問題,我們繼續。
應用2:長按鍵的處理
項目中經常會遇到一些要求,例如:一個按鍵如果短按一下執行功能A,如果長按2秒不放的話會執行功能B,又或者

是要求3秒按着不放,計數連加什麼什麼的功能,很實際。不知道大家以前是怎麼做的呢?我承認以前做的很鬱悶。
但是看我們這裏怎麼處理吧,或許你會大吃一驚,原來程序可以這麼簡單
這裏具個簡單例子,爲了只是說明原理,PB0是模式按鍵,短按則切換模式,PB1就是加,如果長按的話則連加(玩過

電子錶吧?沒錯,就是那個!)
#define KEY_MODE 0x01    // 模式按鍵
#define KEY_PLUS 0x02     // 加
void KeyProc(void)
{
       if (Trg & KEY_MODE) // 如果按下的是KEY_MODE,而且你常按這按鍵也沒有用,
    {                    //它是不會執行第二次的哦 , 必須先鬆開再按下
         Mode++;         // 模式寄存器加1,當然,這裏只是演示,你可以執行你想
                         // 執行的任何代碼
    }
    if (Cont & KEY_PLUS) // 如果“加”按鍵被按着不放
    {
         cnt_plus++;       // 計時
         if (cnt_plus > 100) // 20ms*100 = 2S 如果時間到
         {
              Func();      // 你需要的執行的程序
         }          
    }
}
不知道各位感覺如何?我覺得還是挺簡單的完成了任務,當然,作爲演示用代碼。
應用3:點觸型按鍵和開關型按鍵的混合使用
點觸形按鍵估計用的最多,特別是單片機。開關型其實也很常見,例如家裏的電燈,那些按下就不鬆開,除非關。這

是兩種按鍵形式的處理原理也沒啥特別,但是你有沒有想過,如果一個系統裏面這兩種按鍵是怎麼處理的?我想起了

我以前的處理,分開兩個非常類似的處理程序,現在看起來真的是笨的不行了,但是也沒有辦法啊,結構決定了程序

。不過現在好了,用上面介紹的辦法,很輕鬆就可以搞定。
原理麼?可能你也會想到,對於點觸開關,按照上面的辦法處理一次按下和長按,對於開關型,我們只需要處理Cont

就OK了,爲什麼?很簡單嘛,把它當成是一個長按鍵,這樣就找到了共同點,屏蔽了所有的細節。程序就不給了,完

全就是應用2的內容,在這裏提爲了就是說明原理~~
好了,這個好用的按鍵處理算是說完了。可能會有朋友會問,爲什麼不說延時消抖問題?哈哈,被看穿了。果然不能

偷懶。下面談談這個問題,順便也就非常簡單的談談我自己用時間片輪辦法,以及是如何消抖的。
延時消抖的辦法是非常傳統,也就是 第一次判斷有按鍵,延時一定的時間(一般習慣是20ms)再讀端口,如果兩次

讀到的數據一樣,說明了是真正的按鍵,而不是抖動,則進入按鍵處理程序。
當然,不要跟我說你delay(20)那樣去死循環去,真是那樣的話,我衷心的建議你先放下手上所有的東西,好好的

去了解一下操作系統的分時工作原理,大概知道思想就可以,不需要詳細看原理,否則你永遠逃不出“菜鳥”這個圈

子。當然我也是菜鳥。我的意思是,真正的單片機入門,是從學會處理多任務開始的,這個也是學校程序跟公司程序

的最大差別。當然,本文不是專門說這個的,所以也不獻醜了。
我的主程序架構是這樣的:
volatile unsigned char Intrcnt;
void InterruptHandle()    // 中斷服務程序
{
       Intrcnt++;          // 1ms 中斷1次,可變
}
void main(void)
{
       SysInit();
    while(1)           // 每20ms 執行一次大循環
    {
        KeyRead();             // 將每個子程序都掃描一遍
        KeyProc();
        Func1();
        Funt2();
        …
        …
           while(1)
        {
              if (Intrcnt>20)     // 一直在等,直到20ms時間到
              {
                   Intrcnt="0";
                   break;       // 返回主循環
              }
        }
       }
}
貌似扯遠了,回到我們剛纔的問題,也就是怎麼做按鍵消抖處理。我們將讀按鍵的程序放在了主循環,也就是說,每

20ms我們會執行一次KeyRead()函數來得到新的Trg 和 Cont 值。好了,下面是我的消抖部分:很簡單
基本架構如上,我自己比較喜歡的,一直在用。當然,和這個配合,每個子程序必須執行時間不長,更加不能死循環

,一般採用有限狀態機的辦法來實現,具體參考其它資料咯。
懂得基本原理之後,至於怎麼用就大家慢慢思考了,我想也難不到聰明的工程師們。例如還有一些處理,
怎麼判斷按鍵釋放?很簡單,Trg 和Cont都爲0 則肯定已經釋放了。

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