摘要：今年實驗室來了三個學妹，其中一個學妹以前是物聯網專業的，進了實驗室老師二話沒說：先把STM32單片機過一遍，有啥問題就找小師弟。還好單片機小師弟會玩一點點，玩的也不好，所以一起學習吧！

一、如何進行按鍵檢測

檢測按鍵有中斷方式和GPIO查詢方式兩種。推薦大家用GPIO查詢方式。

1.從裸機的角度分析

• 中斷方式：中斷方式可以快速地檢測到按鍵按下，并執行相應的按鍵程序，但實際情況是由于按鍵的機械抖動特性，在程序進入中斷后必須進行濾波處理才能判定是否有效的按鍵事件。如果每個按鍵都是獨立的接一個 IO 引腳，需要我們給每個 IO 都設置一個中斷，程序中過多的中斷會影響系統的穩定性。中斷方式跨平臺移植困難。

• 查詢方式：查詢方式有一個最大的缺點就是需要程序定期的去執行查詢，耗費一定的系統資源。實際上耗費不了多大的系統資源，因為這種查詢方式也只是查詢按鍵是否按下，按鍵事件的執行還是在主程序里面實現。

2.從OS的角度分析

• 中斷方式：在 OS 中要盡可能少用中斷方式，因為在RTOS中過多的使用中斷會影響系統的穩定性和可預見性。只有比較重要的事件處理需要用中斷的方式。
• 查詢方式：對于用戶按鍵推薦使用這種查詢方式來實現，現在的OS基本都帶有CPU利用率的功能，這個按鍵FIFO占用的還是很小的，基本都在1%以下。

二、最簡單的按鍵檢測程序

先給他說了一種經典的按鍵檢測代碼，相信大多數人使用按鍵函數都見過它，很簡單就不過多介紹了！

#defineKEY0_PRES1//KEY0
#defineKEY1_PRES2//KEY1
#defineWKUP_PRES3//WK_UP

u8KEY_Scan(u8mode)
{
staticu8key_up=1;//按鍵按松開標志
if(mode)key_up=1;//支持連按
if(key_up&&(KEY0==0||KEY1==0||WK_UP==1))
{
delay_ms(10);//去抖動
key_up=0;
if(KEY0==0)returnKEY0_PRES;
elseif(KEY1==0)returnKEY1_PRES;
elseif(WK_UP==1)returnWKUP_PRES;
}elseif(KEY0==1&&KEY1==1&&WK_UP==0)key_up=1;
return0;//無按鍵按下
}

intmain(void)
{
u8t=0;
delay_init();//延時函數初始化
LED_Init();//初始化與LED連接的硬件接口
KEY_Init();//初始化與按鍵連接的硬件接口
LED=0;//點亮LED
while(1)
{
t=KEY_Scan(0);//得到鍵值
switch(t)
{
caseKEY0_PRES://如果KEY0按下
LED=!LED;
break;
default:
delay_ms(10);
}
}
}

如果你在工作中使用這種代碼，有可能會被同事笑話。當然我這里并不是說這種代碼不好，不管黑貓白貓，能抓住老鼠就是好貓。只要能滿足項目需求實現對應的功能就是好代碼。但是如果你使用下面這種個人感覺可能會更好。

其實也并沒有什么神秘感，就是使用了FIFO機制。參考的就是安富萊的按鍵例程，不過源代碼相對比較復雜，對于初學者并不友好，所以小小的修改了一下，僅供參考！

在前面分享了使用系統滴答定時器實現了多個軟件定時器，在按鍵FIFO中也需要使用這個定時器。在系統的開始我們會啟動一個10ms的軟件定時器。在這個10ms的軟件定時器中不斷的進行按鍵掃描，與其他的任務互不影響。

三、為什么要了解FIFO

要回答什么是FIFO，先要回答為什么要使用FIFO。只有搞清楚使用FIFO的好處，你才會有意無意的使用FIFO。學習FIFO機制和狀態機機制一樣，都是在裸機編程中非常重要的編程思想。編程思想很重要。初級coder總是在關注代碼具體是怎么寫，高級coder關注的是程序的框架邏輯，而不是某個細節。只要你框架邏輯通了，則一通百通。

四、什么是FIFO

FIFO是先入先出的意思，即誰先進入隊列，誰先出去。比如我們需要串口打印數據，當使用緩存將該數據保存的時候，在輸出數據時必然是先進入的數據先出去，那么該如何實現這種機制呢？首先就是建立一個緩存空間，這里假設為10個字節空間進行說明。

從這張圖就知道如果要使用FIFO，就要定義一個結構體，而這個結構體至少應該有三個成員。數組buf、讀指針read、寫指針write。

typedefstruct
{
uint8_tBuf[10];/*緩沖區*/
uint8_tRead;/*緩沖區讀指針*/
uint8_tWrite;/*緩沖區寫指針*/
}KEY_FIFO_T;

緩存一開始沒有數據，并且用一個變量write指示下一個寫入緩存的索引地址，這里下一個存放的位置就是0，用另一個變量read 指示下一個讀出緩存的索引地址，并且下一個讀出數據的索引地址也是0。目前隊列中是沒有數據的，也就是不能讀出數據，隊列為空的判斷條件在這里就是兩個索引值相同。

現在開始存放數據：

在這里可以看到隊列中加入了9個數據，并且每加入一個數據后隊尾索引加 1，隊頭不變，這就是數據加入隊列的過程。但是緩存空間只有10個，如何判斷隊列已滿呢？如果只是先一次性加數據到隊列中，然后再讀出數據，那這里的判斷條件顯然是隊尾索引為9。

好了這就是FIFO的基本原理，下面來看一下按鍵FIFO是怎么操作的。

我們這里以5個字節的FIFO空間進行說明。Write變量表示寫位置，Read 變量表示讀位置。初始狀態時，Read = Write = 0。

我們依次按下按鍵 K1，K2，那么FIFO中的數據變為：

如果 Write！= Read，則我們認為有新的按鍵事件。我們通過函數KEY_FIFO_Get()讀取一個按鍵值進行處理后，Read 變量變為 1。Write 變量不變。

繼續通過函數KEY_FIFO_Get()讀取 3 個按鍵值進行處理后，Read 變量變為 4。此時Read = Write= 4。兩個變量已經相等，表示已經沒有新的按鍵事件需要處理。

有一點要特別的注意，如果 FIFO 空間寫滿了，Write 會被重新賦值為 0，也就是重新從第一個字節空間填數據進去，如果這個地址空間的數據還沒有被及時讀取出來，那么會被后來的數據覆蓋掉，這點要引起大家的注意。我們的驅動程序開辟了 10 個字節的 FIFO 緩沖區，對于一般的應用足夠了。

五、按鍵FIFO的優點

1. 可靠地記錄每一個按鍵事件，避免遺漏按鍵事件。特別是需要實現按鍵的按下、長按、自動連發、彈起等事件時。
2. 讀取按鍵的函數可以設計為非阻塞的，不需要等待按鍵抖動濾波處理完畢。
3. 按鍵 FIFO 程序在嘀嗒定時器中定期的執行檢測，不需要在主程序中一直做檢測，這樣可以有效地降低系統資源消耗。

六、按鍵 FIFO 的實現

1.定義結構體

在我們的key.h文件中定義一個結構體類型為KEY_FIFO_T的結構體。就是前面說的那個結構體。這只是類型聲明，并沒有分配變量空間。

typedefstruct
{
uint8_tBuf[10];/*緩沖區*/
uint8_tRead;/*緩沖區讀指針*/
uint8_tWrite;/*緩沖區寫指針*/
}KEY_FIFO_T;

接著在key.c 中定義 s_tKey 結構變量, 此時編譯器會分配一組變量空間。

staticKEY_FIFO_Ts_tKey;/*按鍵FIFO變量,結構體*/

好了按鍵FIFO的結構體數據類型就定義完了，很簡單吧！

2.將鍵值寫入FIFO

既然結構體都定義好了，接著就是往這個FIFO的數組中寫入數據，也就是按鍵的鍵值，用來模擬按鍵的動作了。

/*
**********************************************************
*函數名:KEY_FIFO_Put
*功能說明:將1個鍵值壓入按鍵FIFO緩沖區。可用于模擬一個按鍵。
*形參:_KeyCode:按鍵代碼
*返回值:無
**********************************************************
*/
voidKEY_FIFO_Put(uint8_t_KeyCode)
{
s_tKey.Buf[s_tKey.Write]=_KeyCode;

if(++s_tKey.Write>=KEY_FIFO_SIZE)
{
s_tKey.Write=0;
}
}

函數的主要功能就是將按鍵代碼_KeyCode寫入到FIFO中，而這個FIFO就是我們定義結構體的這個數組成員，每寫一次，就是每調用一次KEY_FIFO_Put()函數，寫指針write就++一次，也就是向后移動一個空間，如果FIFO空間寫滿了，也就是s_tKey.Write >= KEY_FIFO_SIZE，Write會被重新賦值為 0。

3.從FIFO讀出鍵值

有寫入鍵值當然就有讀出鍵值。

/*
***********************************************************
*函數名:KEY_FIFO_Get
*功能說明:從按鍵FIFO緩沖區讀取一個鍵值。
*形參:無
*返回值:按鍵代碼
************************************************************
*/
uint8_tKEY_FIFO_Get(void)
{
uint8_tret;

if(s_tKey.Read==s_tKey.Write)
{
returnKEY_NONE;
}
else
{
ret=s_tKey.Buf[s_tKey.Read];

if(++s_tKey.Read>=KEY_FIFO_SIZE)
{
s_tKey.Read=0;
}
returnret;
}
}

如果寫指針和讀出的指針相等，那么返回值就為0，表示按鍵緩沖區為空，所有的按鍵時間已經處理完畢。如果不相等就說明FIFO的緩沖區不為空，將Buf中的數讀出給ret變量。同樣，如果FIFO空間讀完了，沒有緩存了，也就是s_tKey.Read >= KEY_FIFO_SIZE，Read也會被重新賦值為 0。按鍵的鍵值定義在key.h 文件，下面是具體內容：

typedefenum
{
KEY_NONE=0,/*0表示按鍵事件*/

KEY_1_DOWN,/*1鍵按下*/
KEY_1_UP,/*1鍵彈起*/
KEY_1_LONG,/*1鍵長按*/

KEY_2_DOWN,/*2鍵按下*/
KEY_2_UP,/*2鍵彈起*/
KEY_2_LONG,/*2鍵長按*/

KEY_3_DOWN,/*3鍵按下*/
KEY_3_UP,/*3鍵彈起*/
KEY_3_LONG,/*3鍵長按*/
}KEY_ENUM;

必須按次序定義每個鍵的按下、彈起和長按事件，即每個按鍵對象占用 3 個數值。推薦使用枚舉enum, 不用#define的原因是便于新增鍵值,方便調整順序。使用{ } 將一組相關的定義封裝起來便于理解。編譯器也可幫我們避免鍵值重復。

4.按鍵檢測程序

上面說了如何將按鍵的鍵值存入和讀出FIFO，但是既然是按鍵操作，就肯定涉及到按鍵消抖處理，還有按鍵的狀態是按下還是彈起，是長按還是短按。所以為了以示區分，我們用還需要給每一個按鍵設置很多參數，就需要再定義一個結構體KEY_T，讓每個按鍵對應1個全局的結構體變量。

typedefstruct
{
/*下面是一個函數指針，指向判斷按鍵手否按下的函數*/
uint8_t(*IsKeyDownFunc)(void);/*按鍵按下的判斷函數,1表示按下*/

uint8_tCount;/*濾波器計數器*/
uint16_tLongCount;/*長按計數器*/
uint16_tLongTime;/*按鍵按下持續時間,0表示不檢測長按*/
uint8_tState;/*按鍵當前狀態（按下還是彈起）*/
uint8_tRepeatSpeed;/*連續按鍵周期*/
uint8_tRepeatCount;/*連續按鍵計數器*/
}KEY_T;

在key.c 中定義s_tBtn結構體數組變量。

staticKEY_Ts_tBtn[3]={0};

每個按鍵對象都分配一個結構體變量，這些結構體變量以數組的形式存在將便于我們簡化程序代碼行數。因為我的硬件有3個按鍵，所以這里的數組元素為3。使用函數指針IsKeyDownFunc可以將每個按鍵的檢測以及組合鍵的檢測代碼進行統一管理。

因為函數指針必須先賦值，才能被作為函數執行。因此在定時掃描按鍵之前，必須先執行一段初始化函數來設置每個按鍵的函數指針和參數。這個函數是void KEY_Init(void)。

voidKEY_Init(void)
{
KEY_FIFO_Init();/*初始化按鍵變量*/
KEY_GPIO_Config();/*初始化按鍵硬件*/
}

下面是KEY_FIFO_Init函數的定義：

staticvoidKEY_FIFO_Init(void)
{
uint8_ti;

/*對按鍵FIFO讀寫指針清零*/
s_tKey.Read=0;
s_tKey.Write=0;

/*給每個按鍵結構體成員變量賦一組缺省值*/
for(i=0;i100;/*長按時間0表示不檢測長按鍵事件*/
s_tBtn[i].Count=5/2;/*計數器設置為濾波時間的一半*/
s_tBtn[i].State=0;/*按鍵缺省狀態，0為未按下*/
s_tBtn[i].RepeatSpeed=0;/*按鍵連發的速度，0表示不支持連發*/
s_tBtn[i].RepeatCount=0;/*連發計數器*/
}
/*判斷按鍵按下的函數*/
s_tBtn[0].IsKeyDownFunc=IsKey1Down;
s_tBtn[1].IsKeyDownFunc=IsKey2Down;
s_tBtn[2].IsKeyDownFunc=IsKey3Down;
}

我們知道按鍵會有機械抖動，你以為按鍵按下就是低電平，其實在按下的一瞬間會存在機械抖動，如果不做延時處理，可能會出錯，一般如果按鍵檢測到按下后再延時50ms檢測一次，如果還是檢測低電平，才能說明按鍵真正的被按下了。反之按鍵彈起時也是一樣的。所以我們程序設置按鍵濾波時間50ms, 因為代碼每10ms掃描一次按鍵，所以按鍵的單位我們可以理解為10ms，濾波的次數就為5次。這樣只有連續檢測到50ms狀態不變才認為有效，包括彈起和按下兩種事件，即使按鍵電路不做硬件濾波(沒有電容濾波)，該濾波機制也可以保證可靠地檢測到按鍵事件。

判斷按鍵是否按下，用一個HAL_GPIO_ReadPin就可以搞定。

staticuint8_tIsKey1Down(void)
{
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,GPIO_PIN_4)==GPIO_PIN_RESET)
return1;
else
return0;
}
staticuint8_tIsKey2Down(void)
{
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,GPIO_PIN_3)==GPIO_PIN_RESET)
return1;
else
return0;
}

staticuint8_tIsKey3Down(void)
{
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,GPIO_PIN_2)==GPIO_PIN_RESET)
return1;
else
return0;
}

下面是KEY_GPIO_Config函數的定義，這個函數就是配置具體的按鍵GPIO的，就不需要過多的解釋了。

staticvoidKEY_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;

/*第1步：打開GPIO時鐘*/
__HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();

/*第2步：配置所有的按鍵GPIO為浮動輸入模式(實際上CPU復位后就是輸入狀態)*/
GPIO_InitStructure.Mode=GPIO_MODE_INPUT;/*設置輸入*/
GPIO_InitStructure.Pull=GPIO_NOPULL;/*上下拉電阻不使能*/
GPIO_InitStructure.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;/*GPIO速度等級*/

GPIO_InitStructure.Pin=GPIO_PIN_4;
HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

GPIO_InitStructure.Pin=GPIO_PIN_3;
HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

GPIO_InitStructure.Pin=GPIO_PIN_2;
HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
}

5.按鍵掃描

按鍵掃描函數KEY_Scan()每隔 10ms 被執行一次。RunPer10ms函數在 systick中斷服務程序中執行。

voidRunPer10ms(void)
{
KEY_Scan();
}

voidKEY_Scan(void)
{
uint8_ti;
for(i=0;i/*

每隔10ms所有的按鍵GPIO均會被掃描檢測一次。KEY_Detect函數實現如下：

staticvoidKEY_Detect(uint8_ti)
{
KEY_T*pBtn;

pBtn=&s_tBtn[i];
if(pBtn->IsKeyDownFunc())
{//這個里面執行的是按鍵按下的處理
if(pBtn->Count//按鍵濾波前給Count設置一個初值
pBtn->Count=KEY_FILTER_TIME;
}
elseif(pBtn->Count2*KEY_FILTER_TIME)
{//實現KEY_FILTER_TIME時間長度的延遲
pBtn->Count++;
}
else
{
if(pBtn->State==0)
{
pBtn->State=1;

/*發送按鈕按下的消息*/
KEY_FIFO_Put((uint8_t)(3*i+1));
}

if(pBtn->LongTime>0)
{
if(pBtn->LongCountLongTime)
{
/*發送按鈕持續按下的消息*/
if(++pBtn->LongCount==pBtn->LongTime)
{
/*鍵值放入按鍵FIFO*/
KEY_FIFO_Put((uint8_t)(3*i+3));
}
}
else
{
if(pBtn->RepeatSpeed>0)
{
if(++pBtn->RepeatCount>=pBtn->RepeatSpeed)
{
pBtn->RepeatCount=0;
/*長按鍵后，每隔10ms發送1個按鍵*/
KEY_FIFO_Put((uint8_t)(3*i+1));
}
}
}
}
}
}
else
{//這個里面執行的是按鍵松手的處理或者按鍵沒有按下的處理
if(pBtn->Count>KEY_FILTER_TIME)
{
pBtn->Count=KEY_FILTER_TIME;
}
elseif(pBtn->Count!=0)
{
pBtn->Count--;
}
else
{
if(pBtn->State==1)
{
pBtn->State=0;

/*發送按鈕彈起的消息*/
KEY_FIFO_Put((uint8_t)(3*i+2));
}
}
pBtn->LongCount=0;
pBtn->RepeatCount=0;
}
}

這個函數還是比較難以理解的，主要是結構體的操作。所以好好學習結構體，不要見了結構體就跑。

分析：首先讀取相應按鍵的結構體地址賦值給結構體指針變量pBtn ，因為程序里面每個按鍵都有自己的結構體，只有通過這個方式才能對具體的按鍵進行操作。(在前面我們使用軟件定時器時也使用了這中操作，在滴答定時器的中斷服務函數中)。

staticKEY_Ts_tBtn[3];//程序里面每個按鍵都有自己的結構體,有三個按鍵
KEY_T*pBtn;//定義一個結構體指針變量pBtn
pBtn=&s_tBtn[i];//將按鍵的結構體地址賦值給結構體指針變量pBtn

然后接著就是給按鍵濾波前給Count設置一個初值，前面說按鍵初始化的時候已經設置了Count =5/2。然后判斷是否按下的標志位，如果按鍵按下了，這里就將其設置為 1，如果沒有按下這個變量的值就會一直是 0。這里可能不理解是就是按鍵按下發送的鍵值是3 * i + 1。按鍵彈起發送的鍵值是3 * i + 2，按鍵長按發送的鍵值是3 * i + 3。也就是說按鍵按下發送的鍵值是1和4和7。按鍵彈起發送的鍵值是2和5和8，按鍵長按發送的鍵值是3和6和9。看下面這個枚舉enum你就明白了。

typedefenum
{
KEY_NONE=0,/*0表示按鍵事件*/

KEY_1_DOWN,/*1鍵按下*/
KEY_1_UP,/*1鍵彈起*/
KEY_1_LONG,/*1鍵長按*/

KEY_2_DOWN,/*2鍵按下*/
KEY_2_UP,/*2鍵彈起*/
KEY_2_LONG,/*2鍵長按*/

KEY_3_DOWN,/*3鍵按下*/
KEY_3_UP,/*3鍵彈起*/
KEY_3_LONG,/*3鍵長按*/


}KEY_ENUM;

7.試驗演示

intmain(void)
{
uint8_tKeyCode;/*按鍵代碼*/
KEY_Init();
while(1)
{
/*按鍵濾波和檢測由后臺systick中斷服務程序實現，我們只需要調用KEY_FIFO_Get讀取鍵值即可。*/
KeyCode=KEY_FIFO_Get();/*讀取鍵值,無鍵按下時返回KEY_NONE=0*/
if(KeyCode!=KEY_NONE)
{
switch(KeyCode)
{
caseKEY_DOWN_K1:/*K1鍵按下*/
printf("K1鍵按下
");
break;
caseKEY_UP_K1:/*K1鍵彈起*/
printf("K1鍵彈起
");
break;
caseKEY_DOWN_K2:/*K2鍵按下*/
printf("K2鍵按下
");
break;
caseKEY_UP_K2:/*K2鍵彈起*/
printf("K2鍵彈起
");
break;
caseKEY_DOWN_K3:/*K3鍵按下*/
printf("K3鍵按下
");
break;
caseKEY_UP_K3:/*K3鍵彈起*/
printf("K3鍵彈起
");
break;
default:
/*其它的鍵值不處理*/
break;
}

}
}
}

不知道學妹看懂沒，沒看懂就多看幾遍。代碼例程已上傳至Gitee。

https://gitee.com/zhiguoxin/Wechat-Data.git

責任編輯：haq