摘要：今年實驗室來了三個學妹，其中一個學妹以前是物聯網專業的，進了實驗室老師二話沒說：先把STM32單片機過一遍，有啥問題就找小師弟。還好單片機小師弟會玩一點點，玩的也不好，所以一起學習吧！
上來第一個例程就是使用按鍵點亮一個LED燈，好傢夥。點燈小師弟比較在行，畢竟32、FPGA、Linux的小燈都被小師弟點了一遍。哈哈哈！所以今天還是來說一說按鍵檢測吧！
一、如何進行按鍵檢測檢測按鍵有中斷方式和GPIO查詢方式兩種。推薦大家用GPIO查詢方式。
1.從裸機的角度分析中斷方式：中斷方式可以快速地檢測到按鍵按下，並執行相應的按鍵程序，但實際情況是由於按鍵的機械抖動特性，在程序進入中斷後必須進行濾波處理才能判定是否有效的按鍵事件。如果每個按鍵都是獨立的接一個 IO 引腳，需要我們給每個 IO 都設置一個中斷，程序中過多的中斷會影響系統的穩定性。中斷方式跨平臺移植困難。
查詢方式：查詢方式有一個最大的缺點就是需要程序定期的去執行查詢，耗費一定的系統資源。實際上耗費不了多大的系統資源，因為這種查詢方式也只是查詢按鍵是否按下，按鍵事件的執行還是在主程序裡面實現。
2.從OS的角度分析中斷方式：在 OS 中要儘可能少用中斷方式，因為在RTOS中過多的使用中斷會影響系統的穩定性和可預見性。只有比較重要的事件處理需要用中斷的方式。查詢方式：對於用戶按鍵推薦使用這種查詢方式來實現，現在的OS基本都帶有CPU利用率的功能，這個按鍵FIFO佔用的還是很小的，基本都在1%以下。二、最簡單的按鍵檢測程序先給他說了一種經典的按鍵檢測代碼，相信大多數人使用按鍵函數都見過它，很簡單就不過多介紹了！
#define KEY0_PRES 1 //KEY0
#define KEY1_PRES 2 //KEY1
#define WKUP_PRES 3 //WK_UP
u8 KEY_Scan(u8 mode)
{
static u8 key_up=1;//按鍵按鬆開標誌
if(mode)key_up=1; //支持連按
if(key_up&&(KEY0==0||KEY1==0||WK_UP==1))
{
delay_ms(10);//去抖動
key_up=0;
if(KEY0==0)return KEY0_PRES;
else if(KEY1==0)return KEY1_PRES;
else if(WK_UP==1)return WKUP_PRES;
}else if(KEY0==1&&KEY1==1&&WK_UP==0)key_up=1;
return 0;// 無按鍵按下
}
int main(void)
{
u8 t=0;
delay_init(); //延時函數初始化
LED_Init(); //初始化與LED連接的硬體接口
KEY_Init(); //初始化與按鍵連接的硬體接口
LED=0; //點亮LED
while(1)
{
t=KEY_Scan(0); //得到鍵值
switch(t)
{
case KEY0_PRES: //如果KEY0按下
LED=!LED;
break;
default:
delay_ms(10);
}
}
}如果你在工作中使用這種代碼，有可能會被同事笑話。當然我這裡並不是說這種代碼不好，不管黑貓白貓，能抓住老鼠就是好貓。只要能滿足項目需求實現對應的功能就是好代碼。但是如果你使用下面這種個人感覺可能會更好。
其實也並沒有什麼神秘感，就是使用了FIFO機制。參考的就是安富萊的按鍵例程，不過原始碼相對比較複雜，對於初學者並不友好，所以小小的修改了一下，僅供參考！
在前面分享了使用系統滴答定時器實現了多個軟體定時器，在按鍵FIFO中也需要使用這個定時器。在系統的開始我們會啟動一個10ms的軟體定時器。在這個10ms的軟體定時器中不斷的進行按鍵掃描，與其他的任務互不影響。
三、為什麼要了解FIFO要回答什麼是FIFO，先要回答為什麼要使用FIFO。只有搞清楚使用FIFO的好處，你才會有意無意的使用FIFO。學習FIFO機制和狀態機機制一樣，都是在裸機編程中非常重要的編程思想。編程思想很重要。初級coder總是在關注代碼具體是怎麼寫，高級coder關注的是程序的框架邏輯，而不是某個細節。只要你框架邏輯通了，則一通百通。
四、什麼是FIFOFIFO是先入先出的意思，即誰先進入隊列，誰先出去。比如我們需要串口列印數據，當使用緩存將該數據保存的時候，在輸出數據時必然是先進入的數據先出去，那麼該如何實現這種機制呢？首先就是建立一個緩存空間，這裡假設為10個字節空間進行說明。
從這張圖就知道如果要使用FIFO，就要定義一個結構體，而這個結構體至少應該有三個成員。數組buf、讀指針read、寫指針write。
typedef struct
{
uint8_t Buf[10]; /* 緩衝區 */
uint8_t Read; /* 緩衝區讀指針*/
uint8_t Write; /* 緩衝區寫指針 */
}KEY_FIFO_T;緩存一開始沒有數據，並且用一個變量write指示下一個寫入緩存的索引地址，這裡下一個存放的位置就是0，用另一個變量read 指示下一個讀出緩存的索引地址，並且下一個讀出數據的索引地址也是0。目前隊列中是沒有數據的，也就是不能讀出數據，隊列為空的判斷條件在這裡就是兩個索引值相同。
現在開始存放數據：
在這裡可以看到隊列中加入了9個數據，並且每加入一個數據後隊尾索引加 1，隊頭不變，這就是數據加入隊列的過程。但是緩存空間只有10個，如何判斷隊列已滿呢？如果只是先一次性加數據到隊列中，然後再讀出數據，那這裡的判斷條件顯然是隊尾索引為9。
好了這就是FIFO的基本原理，下面來看一下按鍵FIFO是怎麼操作的。
我們這裡以5個字節的FIFO空間進行說明。Write變量表示寫位置，Read 變量表示讀位置。初始狀態時，Read = Write = 0。
我們依次按下按鍵 K1，K2，那麼FIFO中的數據變為：
如果 Write！= Read，則我們認為有新的按鍵事件。我們通過函數KEY_FIFO_Get()讀取一個按鍵值進行處理後，Read 變量變為 1。Write 變量不變。
繼續通過函數KEY_FIFO_Get()讀取 3 個按鍵值進行處理後，Read 變量變為 4。此時Read = Write= 4。兩個變量已經相等，表示已經沒有新的按鍵事件需要處理。
有一點要特別的注意，如果 FIFO 空間寫滿了，Write 會被重新賦值為 0，也就是重新從第一個字節空間填數據進去，如果這個地址空間的數據還沒有被及時讀取出來，那麼會被後來的數據覆蓋掉，這點要引起大家的注意。我們的驅動程序開闢了 10 個字節的 FIFO 緩衝區，對於一般的應用足夠了。
五、按鍵FIFO的優點可靠地記錄每一個按鍵事件，避免遺漏按鍵事件。特別是需要實現按鍵的按下、長按、自動連發、彈起等事件時。讀取按鍵的函數可以設計為非阻塞的，不需要等待按鍵抖動濾波處理完畢。按鍵 FIFO 程序在嘀嗒定時器中定期的執行檢測，不需要在主程序中一直做檢測，這樣可以有效地降低系統資源消耗。六、按鍵 FIFO 的實現1.定義結構體在我們的key.h文件中定義一個結構體類型為KEY_FIFO_T的結構體。就是前面說的那個結構體。這只是類型聲明，並沒有分配變量空間。
typedef struct
{
uint8_t Buf[10]; /* 緩衝區 */
uint8_t Read; /* 緩衝區讀指針*/
uint8_t Write; /* 緩衝區寫指針 */
}KEY_FIFO_T;接著在key.c 中定義 s_tKey 結構變量, 此時編譯器會分配一組變量空間。
static KEY_FIFO_T s_tKey;/* 按鍵FIFO變量,結構體 */好了按鍵FIFO的結構體數據類型就定義完了，很簡單吧！
2.將鍵值寫入FIFO既然結構體都定義好了，接著就是往這個FIFO的數組中寫入數據，也就是按鍵的鍵值，用來模擬按鍵的動作了。
/*
**********************************************************
* 函 數 名: KEY_FIFO_Put
* 功能說明: 將1個鍵值壓入按鍵FIFO緩衝區。可用於模擬一個按鍵。
* 形 參: _KeyCode : 按鍵代碼
* 返 回 值: 無
**********************************************************
*/
void KEY_FIFO_Put(uint8_t _KeyCode)
{
s_tKey.Buf[s_tKey.Write] = _KeyCode;
if (++s_tKey.Write >= KEY_FIFO_SIZE)
{
s_tKey.Write = 0;
}
}函數的主要功能就是將按鍵代碼_KeyCode寫入到FIFO中，而這個FIFO就是我們定義結構體的這個數組成員，每寫一次，就是每調用一次KEY_FIFO_Put()函數，寫指針write就++一次，也就是向後移動一個空間，如果FIFO空間寫滿了，也就是s_tKey.Write >= KEY_FIFO_SIZE，Write會被重新賦值為 0。
3.從FIFO讀出鍵值有寫入鍵值當然就有讀出鍵值。
/*
***********************************************************
* 函 數 名: KEY_FIFO_Get
* 功能說明: 從按鍵FIFO緩衝區讀取一個鍵值。
* 形 參: 無
* 返 回 值: 按鍵代碼
************************************************************
*/
uint8_t KEY_FIFO_Get(void)
{
uint8_t ret;
if (s_tKey.Read == s_tKey.Write)
{
return KEY_NONE;
}
else
{
ret = s_tKey.Buf[s_tKey.Read];
if (++s_tKey.Read >= KEY_FIFO_SIZE)
{
s_tKey.Read = 0;
}
return ret;
}
}如果寫指針和讀出的指針相等，那麼返回值就為0，表示按鍵緩衝區為空，所有的按鍵時間已經處理完畢。如果不相等就說明FIFO的緩衝區不為空，將Buf中的數讀出給ret變量。同樣，如果FIFO空間讀完了，沒有緩存了，也就是s_tKey.Read >= KEY_FIFO_SIZE，Read也會被重新賦值為 0。按鍵的鍵值定義在key.h 文件，下面是具體內容：
typedef enum
{
KEY_NONE = 0, /* 0 表示按鍵事件 */
KEY_1_DOWN, /* 1鍵按下 */
KEY_1_UP, /* 1鍵彈起 */
KEY_1_LONG, /* 1鍵長按 */
KEY_2_DOWN, /* 2鍵按下 */
KEY_2_UP, /* 2鍵彈起 */
KEY_2_LONG, /* 2鍵長按 */
KEY_3_DOWN, /* 3鍵按下 */
KEY_3_UP, /* 3鍵彈起 */
KEY_3_LONG, /* 3鍵長按 */
}KEY_ENUM;必須按次序定義每個鍵的按下、彈起和長按事件，即每個按鍵對象佔用 3 個數值。推薦使用枚舉enum, 不用#define的原因是便於新增鍵值,方便調整順序。使用{ } 將一組相關的定義封裝起來便於理解。編譯器也可幫我們避免鍵值重複。
4.按鍵檢測程序上面說了如何將按鍵的鍵值存入和讀出FIFO，但是既然是按鍵操作，就肯定涉及到按鍵消抖處理，還有按鍵的狀態是按下還是彈起，是長按還是短按。所以為了以示區分，我們用還需要給每一個按鍵設置很多參數，就需要再定義一個結構體KEY_T，讓每個按鍵對應1個全局的結構體變量。
typedef struct
{
/* 下面是一個函數指針，指向判斷按鍵手否按下的函數 */
uint8_t (*IsKeyDownFunc)(void); /* 按鍵按下的判斷函數,1表示按下 */
uint8_t Count; /* 濾波器計數器 */
uint16_t LongCount; /* 長按計數器 */
uint16_t LongTime; /* 按鍵按下持續時間, 0表示不檢測長按 */
uint8_t State; /* 按鍵當前狀態（按下還是彈起） */
uint8_t RepeatSpeed; /* 連續按鍵周期 */
uint8_t RepeatCount; /* 連續按鍵計數器 */
}KEY_T;在key.c 中定義s_tBtn結構體數組變量。
static KEY_T s_tBtn[3] = {0};每個按鍵對象都分配一個結構體變量，這些結構體變量以數組的形式存在將便於我們簡化程序代碼行數。因為我的硬體有3個按鍵，所以這裡的數組元素為3。使用函數指針IsKeyDownFunc可以將每個按鍵的檢測以及組合鍵的檢測代碼進行統一管理。
因為函數指針必須先賦值，才能被作為函數執行。因此在定時掃描按鍵之前，必須先執行一段初始化函數來設置每個按鍵的函數指針和參數。這個函數是void KEY_Init(void)。
void KEY_Init(void)
{
KEY_FIFO_Init(); /* 初始化按鍵變量 */
KEY_GPIO_Config(); /* 初始化按鍵硬體 */
}下面是KEY_FIFO_Init函數的定義：
static void KEY_FIFO_Init(void)
{
uint8_t i;
/* 對按鍵FIFO讀寫指針清零 */
s_tKey.Read = 0;
s_tKey.Write = 0;
/* 給每個按鍵結構體成員變量賦一組預設值 */
for (i = 0; i < HARD_KEY_NUM; i++)
{
s_tBtn[i].LongTime = 100;/* 長按時間 0 表示不檢測長按鍵事件 */
s_tBtn[i].Count = 5/ 2; /* 計數器設置為濾波時間的一半 */
s_tBtn[i].State = 0;/* 按鍵預設狀態，0為未按下 */
s_tBtn[i].RepeatSpeed = 0;/* 按鍵連發的速度，0表示不支持連發 */
s_tBtn[i].RepeatCount = 0;/* 連發計數器 */
}
/* 判斷按鍵按下的函數 */
s_tBtn[0].IsKeyDownFunc = IsKey1Down;
s_tBtn[1].IsKeyDownFunc = IsKey2Down;
s_tBtn[2].IsKeyDownFunc = IsKey3Down;
}我們知道按鍵會有機械抖動，你以為按鍵按下就是低電平，其實在按下的一瞬間會存在機械抖動，如果不做延時處理，可能會出錯，一般如果按鍵檢測到按下後再延時50ms檢測一次，如果還是檢測低電平，才能說明按鍵真正的被按下了。反之按鍵彈起時也是一樣的。所以我們程序設置按鍵濾波時間50ms, 因為代碼每10ms掃描一次按鍵，所以按鍵的單位我們可以理解為10ms，濾波的次數就為5次。這樣只有連續檢測到50ms狀態不變才認為有效，包括彈起和按下兩種事件，即使按鍵電路不做硬體濾波(沒有電容濾波)，該濾波機制也可以保證可靠地檢測到按鍵事件。
判斷按鍵是否按下，用一個HAL_GPIO_ReadPin就可以搞定。
static uint8_t IsKey1Down(void)
{
if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE, GPIO_PIN_4) == GPIO_PIN_RESET)
return 1;
else
return 0;
}
static uint8_t IsKey2Down(void)
{
if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE, GPIO_PIN_3) == GPIO_PIN_RESET)
return 1;
else
return 0;
}
static uint8_t IsKey3Down(void)
{
if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE, GPIO_PIN_2) == GPIO_PIN_RESET)
return 1;
else
return 0;
}下面是KEY_GPIO_Config函數的定義，這個函數就是配置具體的按鍵GPIO的，就不需要過多的解釋了。
static void KEY_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
/* 第1步：打開GPIO時鐘 */
__HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();
/* 第2步：配置所有的按鍵GPIO為浮動輸入模式(實際上CPU復位後就是輸入狀態) */
GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_INPUT; /* 設置輸入 */
GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_NOPULL; /* 上下拉電阻不使能 */
GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH; /* GPIO速度等級 */
GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_4;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_3;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_2;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}
5.按鍵掃描按鍵掃描函數KEY_Scan()每隔 10ms 被執行一次。RunPer10ms函數在 systick中斷服務程序中執行。
void RunPer10ms(void)
{
KEY_Scan();
}
void KEY_Scan(void)
{
uint8_t i;
for (i = 0; i < HARD_KEY_NUM; i++)
{
KEY_Detect(i);
}
}
/*每隔10ms所有的按鍵GPIO均會被掃描檢測一次。KEY_Detect函數實現如下：
static void KEY_Detect(uint8_t i)
{
KEY_T *pBtn;
pBtn = &s_tBtn[i];
if (pBtn->IsKeyDownFunc())
{//這個裡面執行的是按鍵按下的處理
if (pBtn->Count < KEY_FILTER_TIME)
{//按鍵濾波前給 Count 設置一個初值
pBtn->Count = KEY_FILTER_TIME;
}
else if(pBtn->Count < 2 * KEY_FILTER_TIME)
{//實現 KEY_FILTER_TIME 時間長度的延遲
pBtn->Count++;
}
else
{
if (pBtn->State == 0)
{
pBtn->State = 1;
/* 發送按鈕按下的消息 */
KEY_FIFO_Put((uint8_t)(3 * i + 1));
}
if (pBtn->LongTime > 0)
{
if (pBtn->LongCount < pBtn->LongTime)
{
/* 發送按鈕持續按下的消息 */
if (++pBtn->LongCount == pBtn->LongTime)
{
/* 鍵值放入按鍵FIFO */
KEY_FIFO_Put((uint8_t)(3 * i + 3));
}
}
else
{
if (pBtn->RepeatSpeed > 0)
{
if (++pBtn->RepeatCount >= pBtn->RepeatSpeed)
{
pBtn->RepeatCount = 0;
/* 長按鍵後，每隔10ms發送1個按鍵 */
KEY_FIFO_Put((uint8_t)(3 * i + 1));
}
}
}
}
}
}
else
{//這個裡面執行的是按鍵鬆手的處理或者按鍵沒有按下的處理
if(pBtn->Count > KEY_FILTER_TIME)
{
pBtn->Count = KEY_FILTER_TIME;
}
else if(pBtn->Count != 0)
{
pBtn->Count--;
}
else
{
if (pBtn->State == 1)
{
pBtn->State = 0;
/* 發送按鈕彈起的消息 */
KEY_FIFO_Put((uint8_t)(3 * i + 2));
}
}
pBtn->LongCount = 0;
pBtn->RepeatCount = 0;
}
}這個函數還是比較難以理解的，主要是結構體的操作。所以好好學習結構體，不要見了結構體就跑。
分析：首先讀取相應按鍵的結構體地址賦值給結構體指針變量pBtn ，因為程序裡面每個按鍵都有自己的結構體，只有通過這個方式才能對具體的按鍵進行操作。(在前面我們使用軟體定時器時也使用了這中操作，在滴答定時器的中斷服務函數中)。
static KEY_T s_tBtn[3];//程序裡面每個按鍵都有自己的結構體,有三個按鍵
KEY_T *pBtn;//定義一個結構體指針變量pBtn
pBtn = &s_tBtn[i];//將按鍵的結構體地址賦值給結構體指針變量pBtn然後接著就是給按鍵濾波前給Count設置一個初值，前面說按鍵初始化的時候已經設置了Count =5/2。然後判斷是否按下的標誌位，如果按鍵按下了，這裡就將其設置為 1，如果沒有按下這個變量的值就會一直是 0。這裡可能不理解是就是按鍵按下發送的鍵值是3 * i + 1。按鍵彈起發送的鍵值是3 * i + 2，按鍵長按發送的鍵值是3 * i + 3。也就是說按鍵按下發送的鍵值是1和4和7。按鍵彈起發送的鍵值是2和5和8，按鍵長按發送的鍵值是3和6和9。看下面這個枚舉enum你就明白了。
typedef enum
{
KEY_NONE = 0, /* 0 表示按鍵事件 */
KEY_1_DOWN, /* 1鍵按下 */
KEY_1_UP, /* 1鍵彈起 */
KEY_1_LONG, /* 1鍵長按 */
KEY_2_DOWN, /* 2鍵按下 */
KEY_2_UP, /* 2鍵彈起 */
KEY_2_LONG, /* 2鍵長按 */
KEY_3_DOWN, /* 3鍵按下 */
KEY_3_UP, /* 3鍵彈起 */
KEY_3_LONG, /* 3鍵長按 */
}KEY_ENUM;
7.試驗演示int main(void)
{
uint8_t KeyCode;/* 按鍵代碼 */
KEY_Init();
while (1)
{
/* 按鍵濾波和檢測由後臺systick中斷服務程序實現，我們只需要調用KEY_FIFO_Get讀取鍵值即可。 */
KeyCode = KEY_FIFO_Get(); /* 讀取鍵值, 無鍵按下時返回 KEY_NONE = 0 */
if (KeyCode != KEY_NONE)
{
switch (KeyCode)
{
case KEY_DOWN_K1: /* K1鍵按下 */
printf("K1鍵按下\r\n");
break;
case KEY_UP_K1: /* K1鍵彈起 */
printf("K1鍵彈起\r\n");
break;
case KEY_DOWN_K2: /* K2鍵按下 */
printf("K2鍵按下\r\n");
break;
case KEY_UP_K2: /* K2鍵彈起 */
printf("K2鍵彈起\r\n");
break;
case KEY_DOWN_K3: /* K3鍵按下 */
printf("K3鍵按下\r\n");
break;
case KEY_UP_K3: /* K3鍵彈起 */
printf("K3鍵彈起\r\n");
break;
default:
/* 其它的鍵值不處理 */
break;
}
}
}
}不知道學妹看懂沒，沒看懂就多看幾遍。代碼例程已上傳至Gitee。
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