基于状态机的按键扫描程序

shuszhao

基于状态机的按键扫描程序
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，例如只是控制一个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，不会的可以跟帖回复，我可以和大家共同探讨。
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。
我自己是一个很喜欢使用状态机机制来编程的人，因为我觉得那样对系统的整个运行流程比较清晰。好了，今天就先写到这里了，以后我有空会继续分享一些个人编程过程中用到的方法，只希望对单片机初学者有个抛砖引玉的效果，让他们编程时，尽量从产品角度来编写程序。

如果你对以上程序还有疑问，欢迎跟帖回复( ^_^ )。
如果想更加详细的了解状态机按键扫描的实现，推荐大家看两本书，一本是“匠人手记 一个单片机工作者的实践与思考（第2版）”，一本是“AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践”，大家可以先到网上看看书籍目录，

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