按键检测函数

 一、如何进行按键检测           

检测按键有中断方式和GPIO查询方式两种。

1.从裸机的角度分析      

中断方式：中断方式可以快速地检测到按键按下，并执行相应的按键程序，但实际情况是由于按键的机械抖动特性，在程序进入中断后必须进行滤波处理才能判定是否有效的按键事件。如果每个按键都是独立的接一个 IO 引脚，需要我们给每个 IO 都设置一个中断，程序中过多的中断会影响系统的稳定性。中断方式跨平台移植困难。   

查询方式：查询方式有一个最大的缺点就是需要程序定期的去执行查询，耗费一定的系统资源。实际上耗费不了多大的系统资源，因为这种查询方式也只是查询按键是否按下，按键事件的执行还是在主程序里面实现。

2.从OS的角度分析

• 中断方式：在 OS 中要尽可能少用中断方式，因为在RTOS中过多的使用中断会影响系统的稳定性和可预见性。只有比较重要的事件处理需要用中断的方式。

• 查询方式：对于用户按键推荐使用这种查询方式来实现，现在的OS基本都带有CPU利用率的功能，这个按键FIFO占用的还是很小的，基本都在1%以下。

二、按键检测程序

#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;//按键按松开标志if(mode)key_up=1;  //支持连按    if(key_up&&(KEY0==0||KEY1==0||WK_UP==1)){delay_ms(10);//去抖动 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;// 无按键按下
}int main(void)
{ u8 t=0;   delay_init();       //延时函数初始化   LED_Init();       //初始化与LED连接的硬件接口KEY_Init();           //初始化与按键连接的硬件接口LED=0;     //点亮LEDwhile(1){t=KEY_Scan(0);  //得到键值switch(t){     case KEY0_PRES:  //如果KEY0按下LED=!LED;break;default:delay_ms(10); } }
}

三、FIFO

先要回答为什么要使用FIFO。只有搞清楚使用FIFO的好处，你才会有意无意的使用FIFO。学习FIFO机制和状态机机制一样，都是在裸机编程中非常重要的编程思想。编程思想很重要。初级coder总是在关注代码具体是怎么写，高级coder关注的是程序的框架逻辑。

FIFO是先入先出的意思，即谁先进入队列，谁先出去。比如我们需要串口打印数据，当使用缓存将该数据保存的时候，在输出数据时必然是先进入的数据先出去，那么该如何实现这种机制呢？首先就是建立一个缓存空间，这里假设为10个字节空间进行说明。  

 

从这张图就知道如果要使用FIFO，就要定义一个结构体，而这个结构体至少应该有三个成员。数组buf、读指针read、写指针write。

typedef struct
{uint8_t Buf[10];  /* 缓冲区 */uint8_t Read;   /* 缓冲区读指针*/uint8_t Write;   /* 缓冲区写指针 */
}KEY_FIFO_T;

缓存一开始没有数据，并且用一个变量write指示下一个写入缓存的索引地址，这里下一个存放的位置就是0，用另一个变量read 指示下一个读出缓存的索引地址，并且下一个读出数据的索引地址也是0。目前队列中是没有数据的，也就是不能读出数据，队列为空的判断条件在这里就是两个索引值相同。

现在开始存放数据：

在这里可以看到队列中加入了9个数据，并且每加入一个数据后队尾索引加 1，队头不变，这就是数据加入队列的过程。但是缓存空间只有10个，如何判断队列已满呢？如果只是先一次性加数据到队列中，然后再读出数据，那这里的判断条件显然是队尾索引为9。

好了这就是FIFO的基本原理，下面来看一下按键FIFO是怎么操作的。

我们这里以5个字节的FIFO空间进行说明。Write变量表示写位置，Read 变量表示读位置。初始状态时，Read = Write = 0。

我们依次按下按键 K1，K2，那么FIFO中的数据变为：

如果 Write！= Read，则我们认为有新的按键事件。我们通过函数KEY_FIFO_Get()读取一个按键值进行处理后，Read 变量变为 1。Write 变量不变。

继续通过函数KEY_FIFO_Get()读取 3 个按键值进行处理后，Read 变量变为 4。此时Read = Write= 4。两个变量已经相等，表示已经没有新的按键事件需要处理。

有一点要特别的注意，如果 FIFO 空间写满了，Write 会被重新赋值为 0，也就是重新从第一个字节空间填数据进去，如果这个地址空间的数据还没有被及时读取出来，那么会被后来的数据覆盖掉，这点要引起大家的注意。我们的驱动程序开辟了 10 个字节的 FIFO 缓冲区，对于一般的应用足够了。

五、按键FIFO的优点

• 可靠地记录每一个按键事件，避免遗漏按键事件。特别是需要实现按键的按下、长按、自动连发、弹起等事件时。

• 读取按键的函数可以设计为非阻塞的，不需要等待按键抖动滤波处理完毕。

• 按键 FIFO 程序在嘀嗒定时器中定期的执行检测，不需要在主程序中一直做检测，这样可以有效地降低系统资源消耗。

• 六、按键 FIFO 的实现

1.定义结构体

在我们的key.h文件中定义一个结构体类型为KEY_FIFO_T的结构体。就是前面说的那个结构体。这只是类型声明，并没有分配变量空间。

typedef struct
{uint8_t Buf[10];  /* 缓冲区 */uint8_t Read;   /* 缓冲区读指针*/uint8_t Write;   /* 缓冲区写指针 */
}KEY_FIFO_T;

接着在key.c 中定义 s_tKey 结构变量, 此时编译器会分配一组变量空间。

static KEY_FIFO_T s_tKey;/* 按键FIFO变量,结构体 */

好了按键FIFO的结构体数据类型就定义完了，很简单吧！

2.将键值写入FIFO

既然结构体都定义好了，接着就是往这个FIFO的数组中写入数据，也就是按键的键值，用来模拟按键的动作了。

**********************************************************
* 函 数 名: KEY_FIFO_Put
* 功能说明: 将1个键值压入按键FIFO缓冲区。可用于模拟一个按键。
* 形    参:  _KeyCode : 按键代码
* 返 回 值: 无
**********************************************************
*/
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;}
}

函数的主要功能就是将按键代码_KeyCode写入到FIFO中，而这个FIFO就是我们定义结构体的这个数组成员，每写一次，就是每调用一次KEY_FIFO_Put()函数，写指针write就++一次，也就是向后移动一个空间，如果FIFO空间写满了，也就是s_tKey.Write >= KEY_FIFO_SIZE，Write会被重新赋值为 0。

3.从FIFO读出键值

有写入键值当然就有读出键值。

/*
***********************************************************
* 函 数 名: KEY_FIFO_Get
* 功能说明: 从按键FIFO缓冲区读取一个键值。
* 形    参: 无
* 返 回 值: 按键代码
************************************************************
*/
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;}
}

如果写指针和读出的指针相等，那么返回值就为0，表示按键缓冲区为空，所有的按键时间已经处理完毕。如果不相等就说明FIFO的缓冲区不为空，将Buf中的数读出给ret变量。同样，如果FIFO空间读完了，没有缓存了，也就是s_tKey.Read >= KEY_FIFO_SIZE，Read也会被重新赋值为 0。按键的键值定义在key.h 文件，下面是具体内容：

typedef enum
{KEY_NONE = 0,   /* 0 表示按键事件 */KEY_1_DOWN,    /* 1键按下 */KEY_1_UP,    /* 1键弹起 */KEY_1_LONG,    /* 1键长按 */KEY_2_DOWN,    /* 2键按下 */KEY_2_UP,    /* 2键弹起 */KEY_2_LONG,    /* 2键长按 */KEY_3_DOWN,    /* 3键按下 */KEY_3_UP,    /* 3键弹起 */KEY_3_LONG,    /* 3键长按 */
}KEY_ENUM;

必须按次序定义每个键的按下、弹起和长按事件，即每个按键对象占用 3 个数值。推荐使用枚举enum, 不用#define的原因是便于新增键值,方便调整顺序。使用{ } 将一组相关的定义封装起来便于理解。编译器也可帮我们避免键值重复。

上面说了如何将按键的键值存入和读出FIFO，但是既然是按键操作，就肯定涉及到按键消抖处理，还有按键的状态是按下还是弹起，是长按还是短按。所以为了以示区分，我们用还需要给每一个按键设置很多参数，就需要再定义一个结构体KEY_T，让每个按键对应1个全局的结构体变量。

typedef struct
{/* 下面是一个函数指针，指向判断按键手否按下的函数 */uint8_t (*IsKeyDownFunc)(void); /* 按键按下的判断函数,1表示按下 */uint8_t  Count;   /* 滤波器计数器 */uint16_t LongCount;  /* 长按计数器 */uint16_t LongTime;  /* 按键按下持续时间, 0表示不检测长按 */uint8_t  State;   /* 按键当前状态（按下还是弹起） */uint8_t  RepeatSpeed; /* 连续按键周期 */uint8_t  RepeatCount; /* 连续按键计数器 */
}KEY_T;

在key.c 中定义s_tBtn结构体数组变量。

static KEY_T   s_tBtn[3] = {0};

每个按键对象都分配一个结构体变量，这些结构体变量以数组的形式存在将便于我们简化程序代码行数。因为我的硬件有3个按键，所以这里的数组元素为3。使用函数指针IsKeyDownFunc可以将每个按键的检测以及组合键的检测代码进行统一管理。

因为函数指针必须先赋值，才能被作为函数执行。因此在定时扫描按键之前，必须先执行一段初始化函数来设置每个按键的函数指针和参数。这个函数是void KEY_Init(void)。

void KEY_Init(void)
{KEY_FIFO_Init();  /* 初始化按键变量 */KEY_GPIO_Config();  /* 初始化按键硬件 */
}

下面是KEY_FIFO_Init函数的定义：

static void KEY_FIFO_Init(void)
{uint8_t i;/* 对按键FIFO读写指针清零 */s_tKey.Read = 0;s_tKey.Write = 0;/* 给每个按键结构体成员变量赋一组缺省值 */for (i = 0; i < HARD_KEY_NUM; i++){s_tBtn[i].LongTime = 100;/* 长按时间 0 表示不检测长按键事件 */s_tBtn[i].Count = 5/ 2; /* 计数器设置为滤波时间的一半 */s_tBtn[i].State = 0;/* 按键缺省状态，0为未按下 */s_tBtn[i].RepeatSpeed = 0;/* 按键连发的速度，0表示不支持连发 */s_tBtn[i].RepeatCount = 0;/* 连发计数器 */}/* 判断按键按下的函数 */s_tBtn[0].IsKeyDownFunc = IsKey1Down;s_tBtn[1].IsKeyDownFunc = IsKey2Down;s_tBtn[2].IsKeyDownFunc = IsKey3Down;
}