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[转帖] 基于状态机的按键扫描程序详解

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发表于 2017-4-17 14:47:44 | 显示全部楼层 |阅读模式

所谓人机交互,无外乎是利用微控制器检测用户的输入指令,以及将设备的状态信息通过显示器显示出来,微控制器通过检测用户输入的指令,来及时响应用户的操作;用户则通过LCD等显示设备显示出来的信息,来实时的了解设备的运行状况。因此,一套优秀的人机接口,对一个嵌入式设备来说是多么的重要。有了人机接口,那么嵌入式的所有功能,都可以慢慢实现了。下面就有我来给大家讲讲人机交互里面最简单的输入设备,按键的扫描实现方法吧。

按键的扫描方式主要有下面几种:

1、死循环扫描方式:这种扫描方式,一般出现在大量的单片机教程及51开发板的配套例程里面,因此一般单片机初学者多是用这种扫描方式,因为这种扫描方式简单直接,也比较好理解。假定按键端口为PIN_KEY1,延时函数为delay_ms(unsined int ms),则死循环扫描方式的实现方式如下:

//由于超出字数,具体程序请大家阅读附件理解,抱歉。

以上就是死循环扫描方式的按键扫描实现方法,是最简单的方法,这种方法最大的缺点就是占用CPU时间过长。当实现的功能比较简单,例如只控制一个LED灯的亮灭,感觉不出这种方法的缺点。但是当功能比较多的时候,就会造成系统比较卡顿的现象,使系统运行不流畅,造成的原因就是delay_ms(20),因为在延时的20ms里面,CPU完全是死等在那里,不去处理其他任何功能,只有当按键松开后,才会去处理其他功能,如果到处都充满了这种死循环,那么就会有很多功能得不到及时的响应,而造成系统卡顿。

2、中断方式:这种按键扫描方式一般是利用外部中断来实现,因为外部中断一般具有上升沿触发中断、下降沿触发中断、高电平触发中断、低电平触发中断等,当按键没有按下时为高电平,按下按键后,会有一个下降沿或者是低电平,外部中断检测到该信号后,进入外部中断处理程序,从而实现按键扫描。这种方式一般利用在一些需要低功耗应用的场合,当MCU进入低功耗模式时,需要一个外部中断来唤醒MCU,进入运行模式,这时我们可以利用一个外部中断来唤醒MCU,并且通过外部中断来检测扫描按键是否按下,实现特定的功能。外部中断扫描方式的主要优点是,平时不需要MCU的参与,也就不消耗MCU的运行时间,只有当检测到外部中断时,才处理按键事件;缺点是一般MCU的外部中断口不多,而外部中断一般是用来处理一些比较紧急的功能,比如过零检测等功能的。因此,外部中断扫描方式也不是最常用的按键扫描方法。

3、ADC检测按键:这种方法一般是使用在具有ADC功能的单片机上,当IO口不足时,可以使用一个AD口来检测按键,每个按键按下时,AD采集到的数据不一样,从而来实现按键的检测。

4、定时器定时扫描方式:这种方法和方法1有点类似,只是不会像方法1那样死等在那里消耗MCU运行时间,而是通过定时器扫描来实现。首先,MCU检测到按键后,定时器定时,达到一定时间后,继续扫描按键是否按下,然后计时按键按下的时间,当20ms以后按键还是按下状态,则执行按键操作,反之则认为是抖动。下面是我利用状态机实现的一个按键扫描程序,先贴出源代码再讲解实现过程。

//由于贴源代码超出字数,此处程序请大家看附件资料理解,抱歉,大家可以安装Source Insight 3阅读,里面已经附件里面已经建好了工程。

//main函数如下:

void main(void)

{

//系统初始化

SystemInit();

while(1)

{

if(SystemFlag.fTimer_5ms)//a

{

SystemFlag.fTimer_5ms = 0;//b

process_key();//c

}

}

}

注解:

a、查询5ms标志是否为真,这个标志是在定时器中断里面置位的,5ms定时到,就置位该标志。

b、清楚5ms到标志;

c、调用按键扫描函数,这样按键扫描函数是5ms执行一次。

process_key()函数里面的具体的按键功能执行函数请查看附件,里面注释的很清楚了。

以上程序实现的功能是,短按K1,LED1亮,LED2灭;短按K2,LED1灭,LED2亮;长按K1两秒,LED1翻转;长按K2两秒,LED2翻转;K1和K2同时按下2秒,LED1和LED2都翻转。附件使用的是瑞萨R5F100FC单片机编程实现的,大家可以移植到任何平台。

我想经过了上面的讲解,大家对按键的几种扫描实现方式都有了一个足够的认识了,大家也可以看出状态机编程应用比较实用。将一个功能,分解成多个不同的状态,每个状态处理一个步骤,简单易懂,而且也更加容易实现。

如果你是个单片机初学者,或者是还在使用死循环扫描按键的程序员,那么请赶紧抛弃死循环吧,尽量用定时器中断来实现一个简单的前后台系统。


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