基于狀態機的單片機按鍵短按長按功能的實現

吳允強++吳由松

摘 要 本文介紹了一種基于狀態機的單片機按鍵的實現，通過狀態機實現按鍵的短按與長按的功能，同時改進按鍵消抖的方法，使單片機在節約CPU的資源的同時實現按鍵的各種狀態的檢測，提高單片機的工作效率，整個設計代碼簡潔，方便維護。

【關鍵詞】狀態機 按鍵 長按

1 引言

在自己在科研實踐和對學生教學中發現，現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、按鍵執行、等待釋放，整個按鍵處理的程序中大量出現“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，執行效率低下，而且這種方法處理的按鍵程序也實現不了按鍵的短按、長按等靈活的按鍵操作方式。本文講述了一種用狀態機實現按鍵掃描的方法，達到按鍵的短按和長按功能，高效的處理按鍵消抖問題。

2 狀態機

狀態機在軟件編程中非常重要，一個思路清晰而且高效的程序，必然有狀態機的身影浮現。比如在按鍵命令解析程序中，本來是在狀態1中，觸發一個按鍵后切換到狀態2，再觸發另一個按鍵切換到狀態3，或者返回到狀態1。按鍵的擊鍵過程也是一種狀態的切換，也可以看著是一個狀態機，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。我們只要把這些狀態機的思想想辦法用程序表示出來就可以了。

3 按鍵的狀態機實現

我們這里用狀態機是為解決問題的，那么我們就要從問題本身去思考。為了實現按鍵掃描，達到按鍵短按和長按的功能，可以根據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：

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轉移圖表示出來，如圖1所示。

首先，按鍵的初始狀態為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，狀態轉入S1。在S1狀態中，檢測輸入信號是否為0，如果為0，執行按鍵程序轉入S2；如果為1，表示之前的按鍵操作是干擾信號，回到S0。在S2狀態中，如果輸入信號是1，則回到S0，表示按鍵短按已經釋放；如果按鍵沒有釋放，輸入為0時，就開始計時，計時沒有結束前一直在S2，當計時結束了，轉入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變為1也會回到S0。在S3狀態中，輸入信號為1，返回S0，表示按鍵長按釋放；輸入信號為0，執行相應的按鍵程序，也可以計時，等計時結束執行按鍵程序，達到按鍵連擊的功能。這就是采用狀態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，設計狀態機按鍵掃描程序。

程序代碼如下：

#define S0 0 //狀態0

#define S1 1 //狀態1

#define S2 2 //狀態2

#define S3 3 //狀態3

void key（）

{static unsigned char state=S0，key_time；

unsigned char key；

key=P1&0xf0； //屏蔽P1低四位

switch （state） //檢測狀態

{case S0：//狀態0

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

case S1：//狀態1

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

else //否則，轉入狀態2，執行按鍵程序

{state=S2；

switch （key）

{case 0xe0：/*按鍵1執行程序*/break；

case 0xd0：/*按鍵2執行程序*/break；

case 0xb0：/*按鍵3執行程序*/break；

case 0x70：/*按鍵4執行程序*/break；}} break；

case S2：//狀態2

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

else if（++key_time==100）{key_time=0；state=S3；}break；

//否則開始計時，計時結束轉入狀態3

case S3：//狀態3

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

else if（++key_time==5）//否則開始計時，計時結束按鍵連擊

{key_time=0；

switch （key）{

case 0xe0：break；

case 0xd0：break；

case 0xb0：break；

case 0x70：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。機械按鍵在觸點的閉合和斷開的過程中會產生抖動，一個按鍵在按下時不會立刻穩定的導通，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，這里可以設計一個定時中斷來檢測按鍵的狀態，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置為10ms，每隔10ms進入一次中斷檢測一次按鍵的狀態。

5 總結

本文介紹的這種以狀態機來實現按鍵檢測的方法，與一般的按鍵檢測方法相對比，能完成案件的多種狀態的檢測，實現按鍵的短按和長按功能。采用狀態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。

參考文獻

[1]黃小華.單片機中的按鍵處理方法[J].電子科技，2014（19）：1.

[2]陳曉麗.按鍵的多種狀態檢測及消抖處理方法[J].家電科技，2013（04）：68-70.

作者單位

南昌理工學院 江西省南昌市 330044endprint