【分享】按键程序，大道至简，按键扫描 + 累计主循环次数去抖动/不占用定时器

社区***

【转帖】新型的按键扫描程序
不过我在网上游逛了很久，也看过不少源程序了，没有发现这种按键处理办法的踪迹，所以，我将他共享出来，和广大同僚们共勉。我非常坚信这种按键处理办法的便捷和高效，你可以移植到任何一种嵌入式处理器上面，因为C语言强大的可移植性。
同时，这里面用到了一些分层的思想，在单片机当中也是相当有用的，也是本文的另外一个重点。
对于老鸟，我建议直接看那两个表达式，然后自己想想就会懂的了，也不需要听我后面的自吹自擂了，我可没有班门弄斧的意思，hoho～～但是对于新手，我建议将全文看完。因为这是实际项目中总结出来的经验，学校里面学不到的东西。
以下假设你懂C语言，因为纯粹的C语言描述，所以和处理器平台无关，你可以在MCS-51，AVR，PIC，甚至是ARM平台上面测试这个程序性能。当然，我自己也是在多个项目用过，效果非常好的。
好了，工程人员的习惯，废话就应该少说，开始吧。以下我以AVR的MEGA8作为平台讲解，没有其它原因，因为我手头上只有AVR的板子而已没有51的。用51也可以，只是芯片初始化部分不同，还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。有没有一种不可思议的感觉？当然，没有想懂之前会那样，想懂之后就会惊叹于这算法的精妙！！
下面是程序解释：
Trg（triger） 代表的是触发，Cont（continue）代表的是连续按下。
1：读PORTB的端口数据，取反，然后送到ReadData 临时变量里面保存起来。
2：算法1，用来计算触发变量的。一个位与操作，一个异或操作，我想学过C语言都应该懂吧？Trg为全局变量，其它程序可以直接引用。
3：算法2，用来计算连续变量。
看到这里，有种“知其然，不知其所以然”的感觉吧？代码很简单，但是它到底是怎么样实现我们的目的的呢？好，下面就让我们绕开云雾看青天吧。
我们最常用的按键接法如下：AVR是有内部上拉功能的，但是为了说明问题，我是特意用外部上拉电阻。那么，按键没有按下的时候，读端口数据为1，如果按键按下，那么端口读到0。下面就看看具体几种情况之下，这算法是怎么一回事。
（1）       没有按键的时候
端口为0xff，ReadData读端口并且取反，很显然，就是 0x00 了。
Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); （初始状态下，Cont也是为0的）很简单的数学计算，因为ReadData为0，则它和任何数“相与”，结果也是为0的。
Cont = ReadData; 保存Cont 其实就是等于ReadData，为0；
结果就是：
ReadData ＝ 0；
Trg ＝ 0；
Cont ＝ 0；
（2）       第一次PB0按下的情况
端口数据为0xfe，ReadData读端口并且取反，很显然，就是 0x01 了。
Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); 因为这是第一次按下，所以Cont是上次的值，应为为0。那么这个式子的值也不难算，也就是 Trg = 0x01 & (0x01^0x00) = 0x01
Cont = ReadData = 0x01；
结果就是：
ReadData ＝ 0x01；
Trg ＝ 0x01；Trg只会在这个时候对应位的值为1，其它时候都为0
Cont ＝ 0x01；
（3）       PB0按着不松（长按键）的情况
端口数据为0xfe，ReadData读端口并且取反是 0x01 了。
Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); 因为这是连续按下，所以Cont是上次的值，应为为0x01。那么这个式子就变成了 Trg = 0x01 & (0x01^0x01) = 0x00
Cont = ReadData = 0x01；
结果就是：
ReadData ＝ 0x01；
Trg ＝ 0x00；
Cont ＝ 0x01；
因为现在按键是长按着，所以MCU会每个一定时间（20ms左右）不断的执行这个函数，那么下次执行的时候情况会是怎么样的呢？
ReadData ＝ 0x01；这个不会变，因为按键没有松开
Trg ＝ ReadData & (ReadData ^ Cont) ＝ 0x01 & (0x01 ^ 0x01) = 0 ，只要按键没有松开，这个Trg值永远为 0 ！！！
Cont ＝ 0x01；只要按键没有松开，这个值永远是0x01！！
（4）       按键松开的情况
端口数据为0xff，ReadData读端口并且取反是 0x00 了。
Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont) = 0x00 & (0x00^0x01) = 0x00
Cont = ReadData = 0x00；
结果就是：
ReadData ＝ 0x00；
Trg ＝ 0x00；
Cont ＝ 0x00；
很显然，这个回到了初始状态，也就是没有按键按下的状态。
总结一下，不知道想懂了没有？其实很简单，答案如下：
Trg 表示的就是触发的意思，也就是跳变，只要有按键按下（电平从1到0的跳变），那么Trg在对应按键的位上面会置一，我们用了PB0则Trg的值为0x01，类似，如果我们PB7按下的话，Trg 的值就应该为 0x80 ，这个很好理解，还有，最关键的地方，Trg 的值每次按下只会出现一次，然后立刻被清除，完全不需要人工去干预。所以按键功能处理程序不会重复执行，省下了一大堆的条件判断，这个可是精粹哦！！Cont代表的是长按键，如果PB0按着不放，那么Cont的值就为 0x01，相对应，PB7按着不放，那么Cont的值应该为0x80，同样很好理解。
如果还是想不懂的话，可以自己演算一下那两个表达式，应该不难理解的。
因为有了这个支持，那么按键处理就变得很爽了，下面看应用：
应用一：一次触发的按键处理
假设PB0为蜂鸣器按键，按一下，蜂鸣器beep的响一声。这个很简单，但是大家以前是怎么做的呢？对比一下看谁的方便？
#define KEY_BEEP 0x01
void KeyProc(void)
{
       if (Trg & KEY_BEEP) // 如果按下的是KEY_BEEP
    {
         Beep();            // 执行蜂鸣器处理函数
    }
}
怎么样？够和谐不？记得前面解释说Trg的精粹是什么？精粹就是只会出现一次。所以你按下按键的话，Trg & KEY_BEEP 为“真”的情况只会出现一次，所以处理起来非常的方便，蜂鸣器也不会没事乱叫，hoho～～～
或者你会认为这个处理简单，没有问题，我们继续。
应用2：长按键的处理
项目中经常会遇到一些要求，例如：一个按键如果短按一下执行功能A，如果长按2秒不放的话会执行功能B，又或者是要求3秒按着不放，计数连加什么什么的功能，很实际。不知道大家以前是怎么做的呢？我承认以前做的很郁闷。
但是看我们这里怎么处理吧，或许你会大吃一惊，原来程序可以这么简单
这里具个简单例子，为了只是说明原理，PB0是模式按键，短按则切换模式，PB1就是加，如果长按的话则连加（玩过电子表吧？没错，就是那个！）
#define KEY_MODE 0x01    // 模式按键
#define KEY_PLUS 0x02     // 加
void KeyProc(void)
{
       if (Trg & KEY_MODE) // 如果按下的是KEY_MODE，而且你常按这按键也没有用，
    {                    //它是不会执行第二次的哦 ， 必须先松开再按下
         Mode++;         // 模式寄存器加1，当然，这里只是演示，你可以执行你想
                         // 执行的任何代码
    }
    if (Cont & KEY_PLUS) // 如果“加”按键被按着不放
    {
         cnt_plus++;       // 计时
         if (cnt_plus > 100) // 20ms*100 = 2S 如果时间到
         {
              Func();      // 你需要的执行的程序
         }         
    }
}
不知道各位感觉如何？我觉得还是挺简单的完成了任务，当然，作为演示用代码。
应用3：点触型按键和开关型按键的混合使用
点触形按键估计用的最多，特别是单片机。开关型其实也很常见，例如家里的电灯，那些按下就不松开，除非关。这是两种按键形式的处理原理也没啥特别，但是你有没有想过，如果一个系统里面这两种按键是怎么处理的？我想起了我以前的处理，分开两个非常类似的处理程序，现在看起来真的是笨的不行了，但是也没有办法啊，结构决定了程序。不过现在好了，用上面介绍的办法，很轻松就可以搞定。
原理么？可能你也会想到，对于点触开关，按照上面的办法处理一次按下和长按，对于开关型，我们只需要处理Cont就OK了，为什么？很简单嘛，把它当成是一个长按键，这样就找到了共同点，屏蔽了所有的细节。程序就不给了，完全就是应用2的内容，在这里提为了就是说明原理～～
好了，这个好用的按键处理算是说完了。可能会有朋友会问，为什么不说延时消抖问题？哈哈，被看穿了。果然不能偷懒。下面谈谈这个问题，顺便也就非常简单的谈谈我自己用时间片轮办法，以及是如何消抖的。
延时消抖的办法是非常传统，也就是 第一次判断有按键，延时一定的时间（一般习惯是20ms）再读端口，如果两次读到的数据一样，说明了是真正的按键，而不是抖动，则进入按键处理程序。
当然，不要跟我说你delay（20）那样去死循环去，真是那样的话，我衷心的建议你先放下手上所有的东西，好好的去了解一下操作系统的分时工作原理，大概知道思想就可以，不需要详细看原理，否则你永远逃不出“菜鸟”这个圈子。当然我也是菜鸟。我的意思是，真正的单片机入门，是从学会处理多任务开始的，这个也是学校程序跟公司程序的最大差别。当然，本文不是专门说这个的，所以也不献丑了。
我的主程序架构是这样的：
volatile unsigned char Intrcnt;
void InterruptHandle()    // 中断服务程序
{
       Intrcnt++;          // 1ms 中断1次，可变
}
void main(void)
{
       SysInit();
    while(1)           // 每20ms 执行一次大循环
    {
        KeyRead();             // 将每个子程序都扫描一遍
        KeyProc();
        Func1();
        Funt2();
        …
        …
           while(1)
        {
              if (Intrcnt>20)     // 一直在等，直到20ms时间到
              {
                   Intrcnt="0";
                   break;       // 返回主循环
              }
        }
       }
}
貌似扯远了，回到我们刚才的问题，也就是怎么做按键消抖处理。我们将读按键的程序放在了主循环，也就是说，每20ms我们会执行一次KeyRead()函数来得到新的Trg 和 Cont 值。好了，下面是我的消抖部分：很简单
基本架构如上，我自己比较喜欢的，一直在用。当然，和这个配合，每个子程序必须执行时间不长，更加不能死循环，一般采用有限状态机的办法来实现，具体参考其它资料咯。
懂得基本原理之后，至于怎么用就大家慢慢思考了，我想也难不到聪明的工程师们。例如还有一些处理，
怎么判断按键释放？很简单，Trg 和Cont都为0 则肯定已经释放了。

_奶***

_奶咖君_ 发表于 2023-12-28 15:59
在主循环里累计计数值扫描啊，，扫描周期怎么固定呢？

比如说有个485通讯来了，9600波特率，要回复数据50个寄存器的数据，这一下子100ms就出来了。。而且貌似例程里无论用中断也好，轮询标志位也好，单片机都要等待个什么东西，一直到发送完成。基于这种主循环中累计计数位的，他的扫描间隔就不太会固定。而且误差，这就海了去了。
当然上面说的也只是一次通讯带来的误差。如果再有一些其他的探头？再一次主循环轮训的时候和所有探头模组通讯一遍也是有可能的，虽然大部分时间主函数里基本只有个modbus在跑。但是谁也不敢笃定，客户在按按键的时候，正好就在CPU最闲的时候。如果造成了用户体验上的降低，就得不偿失了。

_奶***

社区闲人 发表于 2023-12-31 12:28
这种利用累计循环次数的方法，又称为软定时器。误差在2%---3%左右，一般不超过5%。
我除了用来扫描按键，还 ...

主要是主循环中有可能会执行耗时比较长的应用。所以这个误差百五，，我的理解是在CPU空跑的时候是这个样子。

神***

我给的思路是按键扫描，抗干扰去抖动：
误差百分之几百没事，不要考虑 误差 百分之五的笑话


重要的事：按键已释放

社区***

我分享这个代码有下面几个意思：
1. 向坛友介绍三行按键代码。
2. 累计主循环次数可当作软定时器使用。
3. 向坛友介绍状态机编程概念。该代码是状态机编程的最佳范例。

对于楼上坛友的问题，当按键触发一次长达10S以上的任务，你还需要每隔20ms去检测按键吗?
CPU在大部分时间是空跑。

当然，如果觉得累计主循环次数可当作软定时器不靠谱，大可以用定时器来实现。
用累计主循环次数可当作软定时器，在状态机编程下运行良好。

社区***

我也做过许多modbus + 485通讯的项目，通过设置RX_Buff, TX_Buff, 再利用串口中断完成收发，不会一直死等100ms以上的时间。
这时候用定时器做超时定时器完成一帧数据的接收是必须的。

_奶***

社区闲人 发表于 2024-1-1 09:53
我也做过许多modbus + 485通讯的项目，通过设置RX_Buff, TX_Buff, 再利用串口中断完成收发，不会一直死等10 ...

是的，您说的没错，
我这个只是举个例子，用中断发送也是没问题的。
不过举这个例子意思是说，在扫描程序外可能会执行较长时间的程序，但是你不能要求这个其他的程序的运行时间吧。
好，就算是每次执行主循环里的代码都是相同的，那微调这个时间也是个麻烦事。
最后，这东西在当年可能是一个解决没有定时器最佳方法。但在现在单片机的资源足够丰富当下，STC8A8K64D4拥有17个“定时器”，
分给人机交互的接口一个定时器一点儿也不过分。
如果是分享按键扫描方法，那大可不必用这套。如果是想介绍一种软定时器那我觉得问题不大。

社区***

欢迎楼上的年轻朋友用实例证明，而不是靠主观判断打嘴仗。

社区***

下面就引入状态机编程概念：

有限状态机FSM思想广泛应用于硬件控制电路设计，也是软件上常用的一种处理方法(软件上称为FMM--有限消息机)。它把复杂的控制逻辑分解成有限个稳定状态，
在每个状态上判断事件，变连续处理为离散数字处理，符合计算机的工作特点。同时，因为有限状态机具有有限个状态，所以可以在实际的工程上实现。
但这并不意味着其只能进行有限次的处理，相反，有限状态机是闭环系统，有限无穷，可以用有限的状态，处理无穷的事务。

总体说来，状态机是一个万能的计算机语言表述方式，状态机是裸机条件下多任务的廉价实现方案。他让我们能随心
所欲的表达自己的思想。在这种基础下，自己的想法能够得到充分的表达，从而自己的思想也能得到实践的充分验证。
于是思维和实践能够得到充分的交互，尽早的形成良性循环。

zhud***

社区闲人 发表于 2023-12-31 14:59
【转帖】新型的按键扫描程序
不过我在网上游逛了很久，也看过不少源程序了，没有发现这种按键处理办法的踪 ...

写的真好，很详细