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stm32【按键处理：单击、连击、长按】

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stm32【按键处理：单击、连击、长按】

2024-07-12 08:30| 来源: 网络整理| 查看: 265

按键处理

测试平台：STM32F103C8T6 库版本：官方标准库3.5.0版本

按键：机械按键（需消除抖动影响）或触摸按键， 单片机硬件需求：定时器1个，IO口外部中断功能

按键处理是单片机底层驱动的一个基础应用，本文说的按键处理为独立按键的单击，连击和长按的识别（不是按键矩阵的实现）。在51单片机入门时，通常是通过主循环查询I/O口状态来进行按键识别的，但是占用资源较多，而且实时性较差；进阶的会使用定时器进行识别，关于定时器实现按键检测的例程，网上有很多，但是观看下来发现能详细描述独立按键的不同动作识别的例程不多，故写此文

注： 文中首次出现的代码块会标注[xxx.c]或[xxx.h]，表明该代码是属于对应的文件，未标注的即为重复出现的

目录 按键处理1、电路设计2、程序设计2.1、原理2.2、基础配置2.3、按键处理结构体2.4、外部中断处理函数2.5、按键处理函数2.5.1、按键按下处理2.5.2、按键松开处理 2.6、按键事件类型识别 3、测试结果4、总结

1、电路设计

独立按键的电路设计很简单，这是使用的是开发板上的按键，IO到按键后直接下拉到地，那么按键按下时为低电平，常态为高电平，也就是说IO口需要配置成内部上拉。 需要注意的是，这种设计是不够完善的，对于机械按键最好可以加上一个旁路电容来消除抖动，或者在程序里需要加上消抖延迟，本文是基于触摸按键进行测试的，因此解决了抖动问题。

2、程序设计 2.1、原理

独立按键处理无非是对于IO口电平的识别，但是要实现比较不同动作的识别，还需要对按键的时间进行判断，理清按键时间和按键状态的关系有助于接下来的程序编写

/* 常态为高电平 按键动作 两次动作间隔 按键动作 | continus | idle | _____________ _____________ _____________ | | | | |_____________| |_____________| */

按键时间分为两种【按下后的持续时间：continus】【按键松开后的空闲时间：idle】，这两个时间可以根据实际测试确定 这里作两个设定： 1、当【continus】在500ms内时，为短按，否则为长按 2、当【idle】小于400ms，为连击动作，否则为可认为一次完整的按键事件结束 对这两个时间进行组合判断，就可以识别出按键的事件类型【单击、连击、长按】

短按和长按的通过【continus】来区分 单击是连击的一种特殊状态，都划分为短按，可以通过【idle】的时间来区分，可设置一个变量来记录连击的次数

2.2、基础配置

主要包括IO口配置，外部中断配置、定时器配置

[key_process.c] /******************************************************************************* * @brief 以外部中断形式配置按键GPIO * @param 无 * @retval 无 ******************************************************************************/ void EXTI_GPIO_Config(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); /* GPIO config*/ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //内部上拉输入 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); /* EXTI line mode config */ GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource8); EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line8; EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt; EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising_Falling; //上升下降沿中断 EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE; EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); }

▲这里使用的是PA8管脚，内部上拉，外部中断选择上下沿都触发，也就是说按键按下和松开都会进行一次触发

[key_process.c] /******************************************************************************* * @brief 计数定时器配置函数 * @param TIMx 使用的定时器 * @retval 无 ******************************************************************************/ void TIMx_Config(TIM_TypeDef* TIMx) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); // 自动重装载寄存器周的值(计数值) TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler= 71; // 时钟预分频数为 71，则驱动计数器的时钟 CK_CNT = CK_INT / (71+1)=1M TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=1000; // 累计 TIM_Period 个频率后产生一个更新或者中断 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; // 时钟分频因子 ，基本定时器没有，不用管 TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; // 计数器计数模式，基本定时器只能向上计数，没有计数模式的设置 // 初始化定时器 TIM_TimeBaseInit(TIMx, &TIM_TimeBaseStructure); TIM_ARRPreloadConfig(TIMx, ENABLE); //使能TIM重载寄存器ARR TIM_ClearFlag(TIMx, TIM_FLAG_Update); // 清除计数器中断标志位 TIM_ITConfig(TIMx,TIM_IT_Update,ENABLE); // 开启计数器中断 TIM_Cmd(TIMx, DISABLE); // 关闭定时器的时钟，等待使用 }

▲为了后面方便计算，这里定时器配置为1ms触发一次，当然也可以设定为其他触发时间，只要后面的时间数据计算好就行

[key_process.c] /******************************************************************************* * @brief 按键外部中断NVIC配置，与使用的GPIO保持一致 * @param 无 * @retval 无 ******************************************************************************/ static void NVIC_EXTI_GPIO_Config(void) { NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /* Configure one bit for preemption priority */ NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1); /* 配置中断源 */ NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); } /******************************************************************************* * @brief TIM2中断NVIC配置，与计数使用的定时器保持一致 * @param 无 * @retval 无 ******************************************************************************/ static void NVIC_TIM2_Config(void) { NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; // 设置中断组为 0 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1); // 设置中断来源 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); }

▲对于NVIC的配置就随各位喜欢了

2.3、按键处理结构体

以下是完整的头文件（除去函数声明等）

[key_process.h] #define KEY_PIN GPIO_Pin_8 //注意查看中断服务函数是否与该管脚对应 //定时器为1ms定时 #define KEY_TIME_IDLE 400 //按键动作空闲时间 #define KEY_TIME_CONTINUS 500 //按键动作持续时间 #define KEY_TIME_OUT 2000 //按键超时 //事件类型 #define EVENT_NONE_CLICK 0x00 //无动作 #define EVENT_SHORT_CLICK 0x01 //短按 #define EVENT_DOUBLE_CLICK 0x02 //连击 #define EVENT_LONG_CLICK 0x03 //长按 //按键状态 #define KEY_STATE_IDLE 0x00 //空闲 #define KEY_STATE_PRESS 0x01 //按下 #define KEY_STATE_RELEASE 0x02 //松开 typedef struct{ struct{ u8 check :1; //查询标志 u8 key_state :2; //单次按键动作【0：无动作/1：按下/2：松开】 u8 once_event :1; //一次完整按键事件，置1时可以进行事件识别，必须手动清零 u8 press_time :1; //单次按键动作持续时间【0：短按/1：长按】 }flag; u8 event_current_type :4; //当前按键事件类型【00：无动作】【01：短按】【10：连击】【11：长按】 u8 event_previous_type :4; //之前按键事件类型，需手动更新 u8 press_cnt; //按下次数，复位值为1，最大连击次数为256次 u16 time_idle; //按键空闲时间计数器 u16 time_continus; //按键动作持续时间计数器 }KEY_PROCESS_TypeDef;

▲每个变量的作用在注释里已经标明，这里对单击连击长按表述为一次完整的【事件类型】

2.4、外部中断处理函数 [key_process.c] /******************************************************************************* * @brief This function handles EXTI9_5 interrupt request.与使用的GPIO保持一致 * @param 无 * @retval 无 ******************************************************************************/ void EXTI9_5_IRQHandler(void) { // delay_ms(50); //消抖，机械按键需要消抖 EXTI->PR = EXTI_Line8; //清除中断标志位 if((GPIOA->IDR & KEY_PIN) == 0){ key.flag.key_state = KEY_STATE_PRESS; //按下 key.flag.check = 1; key.time_continus = 0; //按键持续时间置零，准备开始计时 } else{ key.flag.key_state = KEY_STATE_RELEASE; //松开 key.flag.check = 1; key.time_idle = 0; //按键空闲时间置零，准备开始计时 } }

▲如果是机械按键，那么外部中断函数里的消抖是必须的 在配置外部中断功能时，是使用上下沿中断触发的，因此在每次触发时都需要读取IO口的状态，以判断此次触发是上升沿还是下降沿触发，对【key.flag.key_state】赋值 【key.flag.check】是内部查询标志，按下或松开都触发 【key.time_continus】和【key.time_idle】分别在按下和松开时都清零，其计数是在定时器里实现的

2.5、按键处理函数

包含定时器中断函数、按键处理函数、按键事件识别函数（该函数也可放在主循环）

[key_process.c] /******************************************************************************* * @brief This function handles TIM2 interrupt request.与计数使用的定时器保持一致 * @param 无 * @retval 无 ******************************************************************************/ void TIM2_IRQHandler(void) { // TIM_ClearITPendingBit(TIM2 , TIM_FLAG_Update); TIM2->SR = 0x0000; //清除中断标志位 KEY_Process(); KEY_Scan(); }

▲使用定时器TIM2，这里【KEY_Process】是核心的判断函数，定时器设定为1ms触发一次，也就是【KEY_Process】每1ms调用一次，这点很关键 【KEY_Scan】是按键事件类型识别函数

[key_process.c] /******************************************************************************* * @brief 按键处理函数 * @param 无 * @retval 无 ******************************************************************************/ void KEY_Process(void) { switch(key.flag.key_state){ //【按键按下】 case KEY_STATE_PRESS : //在按键按下时从0开始计时，直到超时 if(key.time_continus KEY_TIME_CONTINUS){ if(key.event_current_type != EVENT_NONE_CLICK){ //识别长按前的按键事件 if(key.press_cnt > 1){key.press_cnt--;} key.flag.once_event = 1; } else{ key.flag.press_time = 1; //【0：短按/1：长按】识别此次为长按 key.flag.key_state = KEY_STATE_IDLE; //主动结束按下动作，进入无动作状态，保证在长按的按下过程中就识别出长按事件 key.event_current_type = EVENT_LONG_CLICK; //分配当前按键事件类型 key.flag.once_event = 1; //产生按键事件 key.press_cnt = 1; key.time_idle = KEY_TIME_OUT; //按键空闲时间超时 } } //按下时进行一次判断 if(key.flag.check){ key.flag.check = 0; if(!key.flag.press_time){ //判断上一次按键类型 //判断上一次按键动作空闲时间 if(key.time_idle KEY_TIME_IDLE){ //空闲时间超时，认为一次完整的按键事件结束 if(!key.flag.press_time){ //松开前是短按标志，则产生按键事件，这里是为了屏蔽长按后的松手动作 key.flag.once_event = 1; //产生按键事件 key.flag.key_state = KEY_STATE_IDLE;//进入无动作状态 } } break; //【按键无动作】 default : break; } }

▲按键处理函数是一个switch判断，分为三部分： 1、按键按下 2、按键松开 3、按键无动作（不做任何处理） switch的判断值【key.flag.key_state】是在外部中断函数中进行赋值的，是人为控制的

2.5.1、按键按下处理

按下时分为三部分处理 一、【key.time_continus】计时，在2000ms超时前进行自加

if(key.time_continus KEY_TIME_CONTINUS){ if(key.event_current_type != EVENT_NONE_CLICK){ if(key.press_cnt > 1){key.press_cnt--;} key.flag.once_event = 1; } else{ key.flag.press_time = 1; //【0：短按/1：长按】识别此次为长按 key.flag.key_state = KEY_STATE_IDLE; //主动结束按下动作，进入无动作状态，保证在长按的按下过程中就识别出长按事件 key.event_current_type = EVENT_LONG_CLICK; //分配当前按键事件类型 key.flag.once_event = 1; //产生按键事件 key.press_cnt = 1; //连击次数置1 key.time_idle = KEY_TIME_OUT; //按键空闲时间超时 } }

当【key.time_continus】 >【 KEY_TIME_CONTINUS】时（这里设定为500ms见头文件定义，时长可自由定义），判断为长按

进入长按判断后先判断当前按键是否有短按事件（单击或连击），如果有，产生事件标志，给到【void KEY_Scan(void)】进行处理，在下一个中断内再进行长按处理（该判断是为了解决短按后快速接一个长按，只能识别出长按事件的BUG）

长按处理会分配当前事件类型，主动进入无动作状态（不进入按键松开判断）

【key.flag.press_time】是长短按标志，用来区分长按和短按（短按也包括连击），长按会屏蔽短按 【key.flag.once_event = 1】产生按键事件，则该说明可以进行按键事件类型的判断了。

三、按下时的单次判断

//按下时进行一次判断 if(key.flag.check){ key.flag.check = 0; if(!key.flag.press_time){ //判断上一次按键类型 //判断上一次按键动作空闲时间 if(key.time_idle KEY_TIME_IDLE){ //空闲时间超时，认为一次完整的按键事件结束 if(!key.flag.press_time){ //松开前是短按标志，则产生按键事件，这里是为了屏蔽长按后的松手动作 key.flag.once_event = 1; //产生按键事件 key.flag.key_state = KEY_STATE_IDLE;//进入无动作状态 } }

在第二步分配好按键事件类型后，还需要判断此次松开后的时间，用来判断是否为完整的一次事件 当【key.time_idle > KEY_TIME_IDLE】时，识别为完整的事件结束，产生按键事件标志，进入无动作状态，通知主程序进行按键类型判断

if(!key.flag.press_time){ }

▲因为长按的松手也会产生中断，这是用来屏蔽长按的松手动作

2.6、按键事件类型识别

对于事件类型的识别是靠三个变量 【key.flag.once_event】一次完整按键事件，置1时可以进行事件识别，必须手动清零 【key.event_current_type】当前事件类型 【key.press_cnt】连击次数，在连击事件时有效

[key_process.c] /******************************************************************************* * @brief 使用模板，按键事件判断例子，在主函数循环调用该函数 或 通过定时器定时查询 将printf替换成需要处理的函数即可使用单击、连击、长按等按键功能 * @param 无 * @retval 无 ******************************************************************************/ void KEY_Scan(void) { if(key.flag.once_event){ key.flag.once_event = 0; switch(key.event_current_type){ case EVENT_SHORT_CLICK : printf("单击\r\n");break; case EVENT_DOUBLE_CLICK : printf("%d连击\r\n",key.press_cnt);break; case EVENT_LONG_CLICK : printf("长按\r\n");break; default: printf("none\r\n");break; } //事件处理完需更新前态和现态 key.event_previous_type = key.event_current_type; key.event_current_type = EVENT_NONE_CLICK; } }

该函数可以在主循环调用或者在定时器中断中调用，这里是选择放在定时器中断内处理，用户处理内容直接替换到【printf函数】的位置就行了，或者通过外部标志进行链接

▼对于按键处理结构体的初始化值如下

[key_process.c] /******************************************************************************* * @brief 按键配置初始化函数，在主函数调用 * @param 无 * @retval 无 ******************************************************************************/ void KEY_Config(void) { NVIC_EXTI_GPIO_Config(); NVIC_TIM2_Config(); EXTI_GPIO_Config(); TIMx_Config(TIM2); //初始化 key.flag.check = 0; key.flag.key_state = KEY_STATE_IDLE; key.flag.once_event = 0; key.flag.press_time = 0; key.event_current_type = EVENT_NONE_CLICK; key.event_previous_type = EVENT_NONE_CLICK; key.press_cnt = 1; key.time_continus = 0; key.time_idle = KEY_TIME_OUT; //使能定时器 TIM2->CR1 |= 0x0001; } 3、测试结果

测试包括普通的按键事件，即每个按键事件的空闲时间间隔均超过【KEY_TIME_IDLE】 特殊测试条件： 1、短按（单击或连击）松开后在【KEY_TIME_IDLE】时间内接一个长按，可识别出短按的事件和长按事件 2、长按松开后在【KEY_TIME_IDLE】内接短按（单击或连击），可识别出长按事件和短按事件

4、总结

除去基础的IO配置和定时器配置函数外，主要的函数有： 【void EXTI9_5_IRQHandler(void)】外部中断处理函数 【void TIM2_IRQHandler(void)】定时器中断处理函数 【void KEY_Process(void)】按键处理函数 【void KEY_Scan(void)】按键事件判断函数 【void KEY_Config(void)】初始化函数

该方案使用的是基于外部中断的上下沿中断进行判断的，但考虑到有些单片机只能配置成上升沿或者下降沿检测，无法对上下沿都进行判断，移值上有一定的缺陷，这里给出一些修改思路，若是只使用上升沿或者下降沿触发，可在外部中断触发后（即按键按下触发），通过定时器循环读取IO口状态来判断按键是否松开，按键的松开处理按照【2.4章节】进行处理就行，只不过该处理需要放进定时器中断内的【void KEY_Process(void)】函数之前，其他的无需修改

▼头文件中的定义可以改变按键识别的灵敏度

//定时器为1ms定时 #define KEY_TIME_IDLE 400 //按键动作空闲时间 #define KEY_TIME_CONTINUS 500 //按键动作持续时间 #define KEY_TIME_OUT 2000 //按键超时


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