【蓝桥杯单片机组模块】4、按键模块

不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海。

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一篇理解按键扫描的思想的博文。

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理论

按键涉及到的重要知识点就是扫描和消抖了！

关于扫描，主要三种循环查询，定时查询，中断响应，当然各有优缺点，这里来总结下先。

1、循环查询

在一个循环函数里不断地扫描按键值，获取按下的按键。

优点：实现简单。
缺点：消抖需要浪费宝贵的CPU时间，且实时性不足(等待)。

2、定时查询

在中断服务函数里扫描按键活的按键值，根据按键按下的值然后存入缓冲区，等主函数有需要再来处理按键消息。（关于消息机制其实是一个很有意思的东西，这里这样称不知道准不准确。。。）

优点：避免消抖浪费时间，不会丢失捕捉按键按下，容易实现按键按下，长按，以及弹起等动作的识别。
缺点：需要使用定时器中断。

3、中断响应

按键按下触发中断，获取相应的按键值，需要进行消抖处理。
优点：实时性好。
缺点：需要微控制器支持中断，并且消抖浪费CPU资源。

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通过上面的分析我们也不难猜出，其实应用比较好的还是定时查询的方式，既可以识别多种按键状态，还不必消抖浪费CPU资源。

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实验

①、独立按键

1-2短接实现矩阵按键。
2-3短接实现独立按键。

1个独立按键是每2ms扫描一次(进一次中断保存一下当前值)，获取连续8个当前值，也就是耗费 2*8 = 16ms。

独立按键，同时使用一个数码管实现按一下+1的操作。（注意J5插针在右边）

/*
*******************************************************************************
* 文件名：
* 描  述：
* 作  者：CLAY
* 版本号：v1.0.0
* 日  期: 
* 备  注：S4每次加1，S5每次加2，S6每次加3，S7每次加4
*         
*******************************************************************************
*/

#include 

sbit KEY_IN_1 = P3^3;
sbit KEY_IN_2 = P3^2;
sbit KEY_IN_3 = P3^1;
sbit KEY_IN_4 = P3^0;

typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int  u16;
typedef unsigned long u32;

u8 code LedChar[] = {  
	0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,
	0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E
}; 
u8 LedBuff[] = {
	0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF
};
u8 KeySta[4] = {1, 1, 1, 1};
u8 KeyCodeMap[4] = {'1', '2', '3', '4'};

u8 T0RH;
u8 T0RL;
u16 cnt = 0;

void CloseFucker();
void ConfigTimer0(u16 ms);
void ShowNumber(u16 dat);
void KeyDriver();

void main()
{
	CloseFucker();
	ConfigTimer0(2);//2ms一扫。
	EA = 1;
	ShowNumber(0);

	while(1)
	{	
		KeyDriver();
	}
}

void KeyAction(u8 keycode)
{
	if(keycode == '1')
	{
	 	cnt += 1;
		ShowNumber(cnt);
	} 
	else if(keycode == '2')
	{
	 	cnt += 2;
		ShowNumber(cnt);
	} 
	else if(keycode == '3')
	{
	 	cnt += 3;
		ShowNumber(cnt);
	} 
	else if(keycode == '4')
	{
	 	cnt += 4;
		ShowNumber(cnt);
	} 	
}

void KeyDriver()
{
	u8 i;
	static u8 backup[4] = {1, 1, 1, 1};
	
	for(i=0; i<4; i++)
	{
		if(KeySta[i] != backup[i])
		{
			if(backup[i] != 0)
			{
				KeyAction(KeyCodeMap[i]);
			}
			backup[i] = KeySta[i];
		}
	}
}


void CloseFucker()
{
	P2 = (P2 & 0x1F) | 0x80;
	P0 = 0xFF;
	P2 = P2 & 0x1F;
	
	P2 = (P2 & 0x1F) | 0xA0;
	P0 = 0xAF;
	P2 = P2 & 0x1F;
}

void ConfigTimer0(u16 ms)
{
	u32 tmp;
	
	tmp = 11059200 / 12;
	tmp = (tmp * ms) / 1000;
	tmp = 65536 - tmp;
	T0RH = (u8)(tmp >> 8);
	T0RL = (u8)tmp;
	TMOD &= 0xF0;
	TMOD |= 0x01;
	TH0 = T0RH;
	TL0 = T0RL;
	ET0 = 1;
	TR0 = 1;
}

void ShowNumber(u16 dat)
{
	char i;
	u8 buf[8];
	
	for(i=0; i<8; i++)
	{
		buf[i] = dat % 10;
		dat /= 10;
	}
	for(i=7; i>0; i--)
	{
		if(buf[i] == 0)
			LedBuff[i] = 0xFF;
		else
			break;
	}
	for( ; i>=0; i--)
	{
		LedBuff[i] = LedChar[buf[i]];
	}
}

void LedScan()
{
	static u8 index = 0;
	
	P2 = (P2 & 0x1F) | 0xE0;
	P0 = 0xFF;
	P2 = P2 & 0x1F;
	
	P2 = (P2 & 0x1F) | 0xC0;
	P0 = 0x80 >> index;
	P2 = P2 & 0x1F;
	
	P2 = (P2 & 0x1F) | 0xE0;
	P0 = LedBuff[index];
	P2 = P2 & 0x1F;
	
	if(index < 7)
		index++;
	else
		index = 0;
}
 
void KeyScan()
{
	u8 i;
	static u8 keybuff[4] = {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF};
	
	keybuff[0] = (keybuff[0] << 1) | KEY_IN_1;
	keybuff[1] = (keybuff[1] << 1) | KEY_IN_2;
	keybuff[2] = (keybuff[2] << 1) | KEY_IN_3;
	keybuff[3] = (keybuff[3] << 1) | KEY_IN_4;

	for(i=0; i<4; i++)
	{
		if(keybuff[i] == 0xFF)
		{
			KeySta[i] = 1;
		}
		else if(keybuff[i] == 0x00)
		{
			KeySta[i] = 0;
		}
		else
		{}
	}
}	
 
void interruptTimer0() interrupt 1
{
 	TH0 = T0RH;
	TL0 = T0RL;	
	
	LedScan();
	KeyScan();
}

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②、矩阵键盘

1个独立按键的时候，一端是接地的。

同理，矩阵按键无非就是软件设置分别接地而已。

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关于扫描时间，这里如果还是2ms, 8个扫描值的话。那么4行按键，每个按键扫8次，也就是248 = 64ms…有点长了。我们改成，1ms一扫，每个按键扫4次。144 = 16ms 和 1个独立按键的时间一样！

矩阵按键映射关系

/*
*******************************************************************************
* 文件名：
* 描  述：
* 作  者：CLAY
* 版本号：v1.0.0
* 日  期: 
* 备  注：显示对应的0-9
*         
*******************************************************************************
*/

#include 

typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int  u16;
typedef unsigned long u32;

sbit KEY_OUT_1 = P3^0;
sbit KEY_OUT_2 = P3^1;
sbit KEY_OUT_3 = P3^2;
sbit KEY_OUT_4 = P3^3;
sbit KEY_IN_4 = P3^4;
sbit KEY_IN_3 = P3^5;
sbit KEY_IN_2 = P4^2;
sbit KEY_IN_1 = P4^4;


u8 code LedChar[] = {
	0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,
	0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E
}; 
u8 LedBuff[] = {
	0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF
};

u8 KeySta[4][4] = {
 	{1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1,}, {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}
};

u8 KeyCodeMap[4][4] = {	
	{'1', '2',  '3',  0x26},
	{'4', '5',  '6',  0x25},
	{'7', '8',  '9',  0x28},
	{'0', 0x1B, 0x0D, 0x27}
};

u8 T0RH;
u8 T0RL;

void CloseFucker();
void ConfigTimer0(u16 ms);
void KeyDriver();

void main()
{
	CloseFucker();
	ConfigTimer0(1);
	EA = 1;
	
	while(1)
	{
		KeyDriver();
	}
}

void ShowNumber(u8 dat)
{
	char i;
	u8 buf[8];
	
	for(i=0; i<8; i++)
	{
		buf[i] = dat % 10;
		dat /= 10;
	}
	for(i=7; i>0; i--)
	{
		if(buf[i] == 0)
			LedBuff[i] = 0xFF;
		else
			break;
	}
	for( ; i>=0; i--)
	{
		LedBuff[i] = LedChar[buf[i]];
	}
}

void KeyAction(u8 keycode)
{
 	if((keycode >= '0') && (keycode <= '9'))
	{
	 	ShowNumber(keycode - '0');
	}
}

void KeyDriver()
{
	u8 i, j;
	static u8 backup[4][4] = {
		{1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1,}, {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}
	};
	
	for(i=0; i<4; i++)
	{
		for(j=0; j<4; j++)
		{
			if(KeySta[i][j] != backup[i][j])
			{
				if(backup[i][j] != 0)
				{
					KeyAction(KeyCodeMap[i][j]);
				}
				backup[i][j] = KeySta[i][j];
			}
		}
	}
}


void CloseFucker()
{
	P2 = (P2 & 0x1F) | 0x80;
	P0 = 0xFF;
	P2 = P2 & 0x1F;
	
	P2 = (P2 & 0x1F) | 0xA0;
	P0 = 0xAF;
	P2 = P2 & 0x1F;
}

void ConfigTimer0(u16 ms)
{
	u32 tmp;
	
	tmp = 11059200 / 12;
	tmp = (tmp * ms) / 1000;
	tmp = 65536 - tmp;
	T0RH = (u8)(tmp >> 8);
	T0RL = (u8)tmp;
	TMOD &= 0xF0;
	TMOD |= 0x01;
	TH0 = T0RH;
	TL0 = T0RL;
	ET0 = 1;
	TR0 = 1;
}

void LedScan()
{
	static u8 index = 0;
	
	P2 = (P2 & 0x1F) | 0xE0;
	P0 = 0xFF;
	P2 = P2 & 0x1F;
	
	P2 = (P2 & 0x1F) | 0xC0;
	P0 = 0x80 >> index;
	P2 = P2 & 0x1F;
	
	P2 = (P2 & 0x1F) | 0xE0;
	P0 = LedBuff[index];
	P2 = P2 & 0x1F;
	
	if(index < 7)
		index++;
	else
		index = 0;
}

void KeyScan()
{
	u8 i;
	static u8 keyout = 0;
	static u8 keybuff[4][4] = {
		{0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF},
		{0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}, {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF}
	};
	
	switch(keyout)
	{
		case 0: KEY_OUT_1 = 0; KEY_OUT_4 = 1; break;
		case 1: KEY_OUT_2 = 0; KEY_OUT_1 = 1; break;
		case 2: KEY_OUT_3 = 0; KEY_OUT_2 = 1; break;
		case 3: KEY_OUT_4 = 0; KEY_OUT_3 = 1; break;
		default : break;
	}
	
	keybuff[keyout][0] = (keybuff[keyout][0] << 1) | KEY_IN_1;
	keybuff[keyout][1] = (keybuff[keyout][1] << 1) | KEY_IN_2;
	keybuff[keyout][2] = (keybuff[keyout][2] << 1) | KEY_IN_3;
	keybuff[keyout][3] = (keybuff[keyout][3] << 1) | KEY_IN_4;
	
	for(i=0; i<4; i++)
	{
		if((keybuff[keyout][i] & 0x0F) == 0x0F)
			KeySta[keyout][i] = 1;
		else if((keybuff[keyout][i] & 0x0F) == 0x00)
			KeySta[keyout][i] = 0;
		else
		{}
	}
	
	keyout++;
	keyout &= 0x03;
}

void interruptTimer0() interrupt 1
{
	TH0 = T0RH;
	TL0 = T0RL;
	
	LedScan();
	KeyScan();
	
}

---

③、长按键

如果上面所介绍的都没有问题了的话，就可以在其上的基础上再来了解一下长按键的实现了！ 拿独立按键来说，短按下只加一回，长按一直加，思路也很简单，用到了阈值的思路，这个要特别注意长按的加入不能影响到短按！

设置一个像KeySta的全局变量KeyDownTime，用来保存每个按键按下的时间累加，只要弹起就清零，这个是在KeyScan()里面进行操作的，也是和KeySta状态再一起进行判断的！
然后还需要个TimeThr这个在KeyDriver()里面，初始值为1000。如果检测到按下，执行按键动作函数，继续往下执行，如果检测到某个按键的KeyDownTime不为0，再判断是否大于阈值，大于阈值也要执行按键动作函数，然后让阈值增大，调节阈值增量可以控制增长速度。一旦KeyDownTime等于0，就是按键弹起来了，让阈值回归1000。

看下怎么实现吧!

以独立按键的实验为例，矩阵按键同理

/*
*******************************************************************************
* 文件名：
* 描  述：
* 作  者：CLAY
* 版本号：v1.0.0
* 日  期: 
* 备  注：S4每次加1，S5每次加2，S6每次加3，S7每次加4
*         
*******************************************************************************
*/

#include 

sbit KEY_IN_1 = P3^3;
sbit KEY_IN_2 = P3^2;
sbit KEY_IN_3 = P3^1;
sbit KEY_IN_4 = P3^0;

typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int  u16;
typedef unsigned long u32;

u8 code LedChar[] = {  
	0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,
	0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E
}; 
u8 LedBuff[] = {
	0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF
};
u8 KeySta[4] = {1, 1, 1, 1};
u16 KeyDownTime[4] = {0, 0, 0, 0};
u8 KeyCodeMap[4] = {'1', '2', '3', '4'};

u8 T0RH;
u8 T0RL;
u16 cnt = 0;

void CloseFucker();
void ConfigTimer0(u16 ms);
void ShowNumber(u16 dat);
void KeyDriver();

void main()
{
	CloseFucker();
	ConfigTimer0(2);//2ms一扫。
	EA = 1;
	ShowNumber(0);

	while(1)
	{	
		KeyDriver();
	}
}

void KeyAction(u8 keycode)
{
	if(keycode == '1')
	{
	 	cnt += 1;
		ShowNumber(cnt);
	} 
	else if(keycode == '2')
	{
	 	cnt += 2;
		ShowNumber(cnt);
	} 
	else if(keycode == '3')
	{
	 	cnt += 3;
		ShowNumber(cnt);
	} 
	else if(keycode == '4')
	{
	 	cnt += 4;
		ShowNumber(cnt);
	} 	
}

void KeyDriver()
{
	u8 i;
	static u8 backup[4] = {1, 1, 1, 1};
	static u16 TimeThr[4] = {1000, 1000, 1000, 1000};
	
	for(i=0; i<4; i++)
	{
		if(KeySta[i] != backup[i])
		{
			if(backup[i] != 0)
			{
				KeyAction(KeyCodeMap[i]);
			}
			backup[i] = KeySta[i];
		}
		if(KeyDownTime[i] > 0)
		{
			if(KeyDownTime[i] > TimeThr[i])
			{
		 		KeyAction(KeyCodeMap[i]);
				TimeThr[i] += 200;
			}	
		}
		else
		{
		 	TimeThr[i] = 1000;
		}
	}
}


void CloseFucker()
{
	P2 = (P2 & 0x1F) | 0x80;
	P0 = 0xFF;
	P2 = P2 & 0x1F;
	
	P2 = (P2 & 0x1F) | 0xA0;
	P0 = 0xAF;
	P2 = P2 & 0x1F;
}

void ConfigTimer0(u16 ms)
{
	u32 tmp;
	
	tmp = 11059200 / 12;
	tmp = (tmp * ms) / 1000;
	tmp = 65536 - tmp;
	T0RH = (u8)(tmp >> 8);
	T0RL = (u8)tmp;
	TMOD &= 0xF0;
	TMOD |= 0x01;
	TH0 = T0RH;
	TL0 = T0RL;
	ET0 = 1;
	TR0 = 1;
}

void ShowNumber(u16 dat)
{
	char i;
	u8 buf[8];
	
	for(i=0; i<8; i++)
	{
		buf[i] = dat % 10;
		dat /= 10;
	}
	for(i=7; i>0; i--)
	{
		if(buf[i] == 0)
			LedBuff[i] = 0xFF;
		else
			break;
	}
	for( ; i>=0; i--)
	{
		LedBuff[i] = LedChar[buf[i]];
	}
}

void LedScan()
{
	static u8 index = 0;
	
	P2 = (P2 & 0x1F) | 0xE0;
	P0 = 0xFF;
	P2 = P2 & 0x1F;
	
	P2 = (P2 & 0x1F) | 0xC0;
	P0 = 0x80 >> index;
	P2 = P2 & 0x1F;
	
	P2 = (P2 & 0x1F) | 0xE0;
	P0 = LedBuff[index];
	P2 = P2 & 0x1F;
	
	if(index < 7)
		index++;
	else
		index = 0;
}
 
void KeyScan()
{
	u8 i;
	static u8 keybuff[4] = {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF};
	
	keybuff[0] = (keybuff[0] << 1) | KEY_IN_1;
	keybuff[1] = (keybuff[1] << 1) | KEY_IN_2;
	keybuff[2] = (keybuff[2] << 1) | KEY_IN_3;
	keybuff[3] = (keybuff[3] << 1) | KEY_IN_4;

	for(i=0; i<4; i++)
	{
		if(keybuff[i] == 0xFF)
		{
			KeySta[i] = 1;
			KeyDownTime[i] = 0;
		}
		else if(keybuff[i] == 0x00)
		{
			KeySta[i] = 0;
			KeyDownTime[i] += 4;
		}
		else
		{}
	}
}	
 
void interruptTimer0() interrupt 1
{
 	TH0 = T0RH;
	TL0 = T0RL;	
	
	LedScan();
	KeyScan();
}

---

小结

1、充分利用独立按键和矩阵按键再次感受模块化编程的便利，应用层和底层分离，维护修改记忆都方便，一石好几鸟。

2、注意程序中KEY_IN和KEY_OUT引脚定义以及KeyCodeMap的定义。