基于状态机的单片机按键短按长按功能的实现

1、引言

在自己在科研实践和对学生教学中发现，现在单片机学习中对于按键处理的方法都是：检测按键、延时消抖、按键执行、等待释放，整个按键处理的程序中大量出现“delay_1ms（5）;”和“while（！key）;”这样的语句，这明显是在给自己找麻烦，延时消抖与等待释放需要消耗CPU运行时间，执行效率低下，而且这种方法处理的按键程序也实现不了按键的短按、长按等灵活的按键操作方式。本文讲述了一种用状态机实现按键扫描的方法，达到按键的短按和长按功能，高效的处理按键消抖问题。

2、状态机

状态机在软件编程中非常重要，一个思路清晰而且高效的程序，必然有状态机的身影浮现。比如在按键命令解析程序中，本来是在状态1中，触发一个按键后切换到状态2，再触发另一个按键切换到状态3，或者返回到状态1。按键的击键过程也是一种状态的切换，也可以看着是一个状态机，一个按键的击键过程包括：按下、抖动、闭合、抖动和释放等状态。我们只要把这些状态机的思想想办法用程序表示出来就可以了。

3、按键的状态机实现

我们这里用状态机是为解决问题的，那么我们就要从问题本身去思考。为了实现按键扫描，达到按键短按和长按的功能，可以根据一个按键从按下按键到释放按键的整个过程将按键分为4个状态：

S0：等待按键按下

S1：按键按下

S2：等待按键短按释放

S3：等待按键长按释放

假设按键按下为低电平“0”，按键未按下为高电平“1”，按键的整个过程我们就可以通过状态转移图表示出来，如图1所示。

图1：按键的状态转移图

首先，按键的初始状态为S0，当检测到输入为1时，表示按键没有按下，保持S0；当输入为0时，表示按键按下，状态转入S1。在S1状态中，检测输入信号是否为0，如果为0，执行按键程序转入S2；如果为1，表示之前的按键操作是干扰信号，回到S0。在S2状态中，如果输入信号是1，则回到S0，表示按键短按已经释放；如果按键没有释放，输入为0时，就开始计时，计时没有结束前一直在S2，当计时结束了，转入S3，表示按键一直按着，为长按功能，在S2计时过程中，输入从0变为1也会回到S0。在S3状态中，输入信号为1，返回S0，表示按键长按释放；输入信号为0，执行相应的按键程序，也可以计时，等计时结束执行按键程序，达到按键连击的功能。这就是采用状态机进行按键检测达到短按与长按的整个过程。

下面以四个按键接在P1的P1.7、P1.6、P1.5、P1.4，设计状态机按键扫描程序。

程序代码如下：

#defineS00//状态0

#defineS11//状态1

#defineS22//状态2

#defineS33//状态3

voidkey（）

{staticunsignedcharstate=S0，key_time;

unsignedcharkey;

key=P1&0xf0;//屏蔽P1低四位

switch（state）//检测状态

{caseS0://状态0

if（key！=0xf0）state=S1;break;//判断输入是否为0，为0转入状态1

caseS1://状态1

if（key==0xf0）state=S0;//判断输入是否为1，为1返回状态0

else//否则，转入状态2，执行按键程序

{state=S2;

switch（key）

{case0xe0:/*按键1执行程序*/

break;

case0xd0:/*按键2执行程序*/break;

case0xb0:/*按键3执行程序*/break;

case0x70:/*按键4执行程序*/break;}}

break;

caseS2://状态2

if（key==0xf0）state=S0;//判断输入是否为1，为1返回状态0

elseif（++key_time==100）{key_

time=0;state=S3;}break;

//否则开始计时，计时结束转入状态3

caseS3://状态3

if（key==0xf0）state=S0;//判断输入是否为1，为1返回状态0

elseif（++key_time==5）//否则开始计时，计时结束按键连击

{key_time=0;

switch（key）{

case0xe0:break;

case0xd0:break;

case0xb0:break;

case0x70:break;}

}break;}}

4、中断处理按键消抖

通常使用的按键都是机械弹性按键，也就是轻触开关。机械按键在触点的闭合和断开的过程中会产生抖动，一个按键在按下时不会立刻稳定的导通，在释放时也一样，不会一下子就断开，在按下和释放瞬间都会有一连串的抖动现象。按键的抖动时间有按键的机械特性决定，一般情况为5ms~10ms。这种抖动人是感觉不出来的，但是单片机的运行速度是微秒级的，这里可以设计一个定时中断来检测按键的状态，通过定时中断来消除按键抖动问题。因此可以把定时器的时间设置为10ms，每隔10ms进入一次中断检测一次按键的状态。

5、总结

本文介绍的这种以状态机来实现按键检测的方法，与一般的按键检测方法相对比，能完成案件的多种状态的检测，实现按键的短按和长按功能。采用状态机编写的按键程序也大大的改进了按键消抖对CPU运行时间消耗的问题。程序代码简单，维护方便，适用范围广。