1、引言

在自己在科研實踐和對學生教學中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在單片機學習中對于按鍵處理的方法都是：檢測按鍵、延時消抖、按鍵執(zhí)行、等待釋放，整個按鍵處理的程序中大量出現(xiàn)“delay_1ms（5）;”和“while（！key）;”這樣的語句，這明顯是在給自己找麻煩，延時消抖與等待釋放需要消耗CPU運行時間，執(zhí)行效率低下，而且這種方法處理的按鍵程序也實現(xiàn)不了按鍵的短按、長按等靈活的按鍵操作方式。本文講述了一種用狀態(tài)機實現(xiàn)按鍵掃描的方法，達到按鍵的短按和長按功能，高效的處理按鍵消抖問題。

2、狀態(tài)機

狀態(tài)機在軟件編程中非常重要，一個思路清晰而且高效的程序，必然有狀態(tài)機的身影浮現(xiàn)。比如在按鍵命令解析程序中，本來是在狀態(tài)1中，觸發(fā)一個按鍵后切換到狀態(tài)2，再觸發(fā)另一個按鍵切換到狀態(tài)3，或者返回到狀態(tài)1。按鍵的擊鍵過程也是一種狀態(tài)的切換，也可以看著是一個狀態(tài)機，一個按鍵的擊鍵過程包括：按下、抖動、閉合、抖動和釋放等狀態(tài)。我們只要把這些狀態(tài)機的思想想辦法用程序表示出來就可以了。

3、按鍵的狀態(tài)機實現(xiàn)

我們這里用狀態(tài)機是為解決問題的，那么我們就要從問題本身去思考。為了實現(xiàn)按鍵掃描，達到按鍵短按和長按的功能，可以根據(jù)一個按鍵從按下按鍵到釋放按鍵的整個過程將按鍵分為4個狀態(tài)：

S0：等待按鍵按下

S1：按鍵按下

S2：等待按鍵短按釋放

S3：等待按鍵長按釋放

假設(shè)按鍵按下為低電平“0”，按鍵未按下為高電平“1”，按鍵的整個過程我們就可以通過狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖表示出來，如圖1所示。

圖1：按鍵的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

首先，按鍵的初始狀態(tài)為S0，當檢測到輸入為1時，表示按鍵沒有按下，保持S0；當輸入為0時，表示按鍵按下，狀態(tài)轉(zhuǎn)入S1。在S1狀態(tài)中，檢測輸入信號是否為0，如果為0，執(zhí)行按鍵程序轉(zhuǎn)入S2；如果為1，表示之前的按鍵操作是干擾信號，回到S0。在S2狀態(tài)中，如果輸入信號是1，則回到S0，表示按鍵短按已經(jīng)釋放；如果按鍵沒有釋放，輸入為0時，就開始計時，計時沒有結(jié)束前一直在S2，當計時結(jié)束了，轉(zhuǎn)入S3，表示按鍵一直按著，為長按功能，在S2計時過程中，輸入從0變?yōu)?也會回到S0。在S3狀態(tài)中，輸入信號為1，返回S0，表示按鍵長按釋放；輸入信號為0，執(zhí)行相應(yīng)的按鍵程序，也可以計時，等計時結(jié)束執(zhí)行按鍵程序，達到按鍵連擊的功能。這就是采用狀態(tài)機進行按鍵檢測達到短按與長按的整個過程。

下面以四個按鍵接在P1的P1.7、P1.6、P1.5、P1.4，設(shè)計狀態(tài)機按鍵掃描程序。

程序代碼如下：

#defineS00//狀態(tài)0

#defineS11//狀態(tài)1

#defineS22//狀態(tài)2

#defineS33//狀態(tài)3

voidkey（）

{staticunsignedcharstate=S0，key_time;

unsignedcharkey;

key=P1&0xf0;//屏蔽P1低四位

switch（state）//檢測狀態(tài)

{caseS0://狀態(tài)0

if（key！=0xf0）state=S1;break;//判斷輸入是否為0，為0轉(zhuǎn)入狀態(tài)1

caseS1://狀態(tài)1

if（key==0xf0）state=S0;//判斷輸入是否為1，為1返回狀態(tài)0

else//否則，轉(zhuǎn)入狀態(tài)2，執(zhí)行按鍵程序

{state=S2;

switch（key）

{case0xe0:/*按鍵1執(zhí)行程序*/

break;

case0xd0:/*按鍵2執(zhí)行程序*/break;

case0xb0:/*按鍵3執(zhí)行程序*/break;

case0x70:/*按鍵4執(zhí)行程序*/break;}}

break;

caseS2://狀態(tài)2

if（key==0xf0）state=S0;//判斷輸入是否為1，為1返回狀態(tài)0

elseif（++key_time==100）{key_

time=0;state=S3;}break;

//否則開始計時，計時結(jié)束轉(zhuǎn)入狀態(tài)3

caseS3://狀態(tài)3

if（key==0xf0）state=S0;//判斷輸入是否為1，為1返回狀態(tài)0

elseif（++key_time==5）//否則開始計時，計時結(jié)束按鍵連擊

{key_time=0;

switch（key）{

case0xe0:break;

case0xd0:break;

case0xb0:break;

case0x70:break;}

}break;}}

4、中斷處理按鍵消抖

通常使用的按鍵都是機械彈性按鍵，也就是輕觸開關(guān)。機械按鍵在觸點的閉合和斷開的過程中會產(chǎn)生抖動，一個按鍵在按下時不會立刻穩(wěn)定的導通，在釋放時也一樣，不會一下子就斷開，在按下和釋放瞬間都會有一連串的抖動現(xiàn)象。按鍵的抖動時間有按鍵的機械特性決定，一般情況為5ms~10ms。這種抖動人是感覺不出來的，但是單片機的運行速度是微秒級的，這里可以設(shè)計一個定時中斷來檢測按鍵的狀態(tài)，通過定時中斷來消除按鍵抖動問題。因此可以把定時器的時間設(shè)置為10ms，每隔10ms進入一次中斷檢測一次按鍵的狀態(tài)。

5、總結(jié)

本文介紹的這種以狀態(tài)機來實現(xiàn)按鍵檢測的方法，與一般的按鍵檢測方法相對比，能完成案件的多種狀態(tài)的檢測，實現(xiàn)按鍵的短按和長按功能。采用狀態(tài)機編寫的按鍵程序也大大的改進了按鍵消抖對CPU運行時間消耗的問題。程序代碼簡單，維護方便，適用范圍廣。