单片机状态机与定时器实现按键事件检测：短按，长按，单击，长单击（轮询方式）
文章目录
- 一、有限状态机（FSM）简介
- 二、按键的状态机
- 1. 按键的状态
- 2. 按键的动作
- 3. 按键的状态转换图
- 2. 按键事件与定时器应用
- 三、状态图与事件
- 四、程序设计
- 1. 枚举变量：按键状态与事件
- 2. 定义状态
- 3. 事件的检测
- 4. 事件处理（禁止/启用重复触发）
- 五、程序源码
- 六、测试
- 七、改进
一、有限状态机（FSM）简介
有限状态机FSM(Finite State Machine)，通常指任意一个时刻在一种状态之中，不同状态的转移是通过动作来触发的，不同状态下，不同动作将触发不同的状态转移，当然也可以不发生转移。
二、按键的状态机
1. 按键的状态
常用的按键只有2个状态，按下（press）和抬起（release）
2. 按键的动作
常用的按键只有2个动作：按下和抬起
3. 按键的状态转换图
当按键被按下时候，它的状态为按下，当按键松开时，它的状态为松开：
2. 按键事件与定时器应用
通常按键事件有短按和长按，本文定义了五种按键事件：
| 事件（action） | 描述 |
|---|---|
| 无事件 | 按键没有动作发生 |
| 按下 | 按键被按下(按下时间<1s) |
| 短按（单击） | 按键被按下又抬起（按下时间<1s） |
| 长按（长单击） | 按键被按下又抬起（按下时间>1s） |
| 长按中 | 按键被按下(按下时间>1s) |
可以发现，按键只有按下抬起两种动作和状态，但是可以产生五种事件，甚至可以更多，这些事件是根据按下的时长来区分的。所以，本文需要一个定时器，在按键第一次被按下时，记录时间，通过不断与后续的动作（按下或抬起）比较，即可区分各种状态
三、状态图与事件
如上所示，可综合绘制状态装换图与事件产生的条件：
四、程序设计
为简化程序，本文使用电容触摸模块，固不讨论按键抖动，程序也无滤波部分。另外，当电容被触摸时候，输出高电平，当电容未被触摸时，输出低电平。
1. 枚举变量：按键状态与事件
//按键状态
enum btn_sta{
RELEASE = 0,
PRESSED = 1
};
//按键事件
enum {
ACT_NO = 0,
ACT_PRESS,
ACT_SHORT_CLICKED,
ACT_LONG_CLICKED,
ACT_LONG_PRESSING,
}_btn_evt;
首先将按键状态与按键事件通过枚举变量的形式表达，提高程序的可读性。
2. 定义状态
static enum btn_sta _cur_sta = RELEASE,
_last_sta = RELEASE;
在状态机中，状态的转移需要当前状态，所以定义_cur_sta来存储，同时，事件的产生需要和上一状态对比，所以需要_last_sta来存储，在程序中，当一次读取按键结束后，当前的状态值，就成为了上次状态的值。
3. 事件的检测
关键变量定义完成以后，就需要具体的程序逻辑实现，通常状态机可以用swich case和if语句来实现：
_cur_sta = (enum btn_sta)GET_BTN_STA(); //获取当前按键的动作,读取IO的值
if(_last_sta == RELEASE) //上次状态释放
{
switch (_cur_sta)
{
case RELEASE: //当前状态为释放
_btn_evt = ACT_NO; //一直释放状态：无事件
break;
case PRESSED: //当前状态为按下
_btn_evt = ACT_PRESS; //释放到按下：按下动作
time_last = HAL_GetTick(); //记录时刻
break;
}
}
else if(_last_sta == PRESSED) //上次状态为抬起
{
switch (_cur_sta)
{
case RELEASE: //当前状态为释放
if(HAL_GetTick() - time_last > 1000)
{
_btn_evt = ACT_LONG_CLICKED; //间隔<1s,短按（单击）
}
else
{
_btn_evt = ACT_SHORT_CLICKED; //间隔>1s,长按（长单击）
}
break;
case PRESSED: //当前事件为按下
if(HAL_GetTick() - time_last > 1000)
{
_btn_evt = ACT_LONG_PRESSING; //事件间隔>1s，长按中
}
break;
}
}
_last_sta = _cur_sta; //本次状态更新为上一次状态，
//为下次扫描做准备
4. 事件处理（禁止/启用重复触发）
当获取一次事件以后，需要对各个事件进行处理，首先需要定一个各个处理函数：
void btn_evt_proc_short_click(void)
{
printf("%s\r\n",__FUNCTION__);
}
void btn_evt_proc_long_click(void)
{
printf("%s\r\n",__FUNCTION__);
}
void btn_evt_proc_long_pressing(void)
{
printf("%s\r\n",__FUNCTION__);
}
void btn_evt_proc_press(void)
{
printf("%s\r\n",__FUNCTION__);
}
接着使用switch语句可以很简单的处理各个事件：
switch(_btn_evt)
{
case ACT_NO:
break;
case ACT_SHORT_CLICKED:
btn_evt_proc_short_click();
break;
case ACT_LONG_CLICKED:
btn_evt_proc_long_click();
break;
case ACT_PRESS:
btn_evt_proc_press();
break;
case ACT_LONG_PRESSING:
btn_evt_proc_long_pressing();
break;
}
return;
由于程序会不断的扫描按键，考虑一种情况：当用户按下按键时候，程序就会不断的检测到按下事件，用户若长时间不松开，程序还将一直检测到ACT_LONG_PRESSING（长按中）事件，那么程序将不断的调用btn_evt_proc_long_pressing();，若你需要在这个过程中，只调用一次函数，那么可以设计程序，禁止重复触发，注意到以下程序片段需要添加到按键事件处理之前：
#define BAN_DECT_REPET 1
#if BAN_DECT_REPET
uint8_t static last_evt = 0;
if(last_evt == _btn_evt)
{
last_evt = _btn_evt; //若本次事件和上次相同
return; //程序返回
}
last_evt = _btn_evt;
#endif
可以看到，当 BAN_DECT_REPET 为1时候，程序将会被程序，若2次事件移植，程序将返回（提前返回），此时，程序处理函数将不会被触发。
五、程序源码
程序完整源码（File：button.c）：
/******************************************************************************************
* @File: button.c
* @Data：2020年7月2日
* @by ：YonasLuo
* @ver ：1.0
******************************************************************************************/
#include "button.h"
#include "stdio.h"
#include "main.h"
#include "gpio.h"
/******************************************************************************************
* @buttonCode
******************************************************************************************/
#define GET_BTN_STA() (HAL_GPIO_ReadPin(btn_GPIO_Port, btn_Pin))
#define BAN_DECT_REPET (1) //1:repet dectect 0: ban repet dectect
/******************************************************************************************
* @API
******************************************************************************************/
void btn_evt_proc_short_click(void)
{
printf("%s\r\n",__FUNCTION__);
}
void btn_evt_proc_long_click(void)
{
printf("%s\r\n",__FUNCTION__);
}
void btn_evt_proc_long_pressing(void)
{
printf("%s\r\n",__FUNCTION__);
}
void btn_evt_proc_press(void)
{
printf("%s\r\n",__FUNCTION__);
}
/******************************************************************************************
* @buttonCode
******************************************************************************************/
enum btn_sta{
RELEASE = 0,
PRESSED = 1
};
enum {
ACT_NO = 0,
ACT_PRESS,
ACT_SHORT_CLICKED,
ACT_LONG_CLICKED,
ACT_LONG_PRESSING,
}_btn_evt;
static enum btn_sta _cur_sta = RELEASE,
_last_sta = RELEASE;
static uint16_t time_last = 0;
void btn_proc_poll(void)
{
_cur_sta = (enum btn_sta)GET_BTN_STA();
if(_last_sta == RELEASE)
{
switch (_cur_sta)
{
case RELEASE:
_btn_evt = ACT_NO;
break;
case PRESSED:
_btn_evt = ACT_PRESS;
time_last = HAL_GetTick();
break;
}
}
else if(_last_sta == PRESSED)
{
switch (_cur_sta)
{
case RELEASE:
if(HAL_GetTick() - time_last > 1000)
{
_btn_evt = ACT_LONG_CLICKED;
}
else
{
_btn_evt = ACT_SHORT_CLICKED;
}
break;
case PRESSED:
if(HAL_GetTick() - time_last > 1000)
{
_btn_evt = ACT_LONG_PRESSING;
}
break;
}
}
_last_sta = _cur_sta;
#if BAN_DECT_REPET
uint8_t static last_evt = 0;
if(last_evt == _btn_evt)
{
last_evt = _btn_evt;
return;
}
last_evt = _btn_evt;
#endif
switch(_btn_evt)
{
case ACT_NO:
break;
case ACT_SHORT_CLICKED:
btn_evt_proc_short_click();
break;
case ACT_LONG_CLICKED:
btn_evt_proc_long_click();
break;
case ACT_PRESS:
btn_evt_proc_press();
break;
case ACT_LONG_PRESSING:
btn_evt_proc_long_pressing();
break;
}
return;
}
/***************************** END OF FILE *****************************/
六、测试
...
void main(void)
{
....
extern void btn_proc_poll(void );
while (1)
{
btn_proc_poll();
}
....
}
测试函数时，在main()中不断调用处理函数btn_proc_poll()即可
七、改进
这个程序最明显的问题是移植不够简便：
- 它使用了系统函数
HAL_GetTick()，对于不同的工程，获取计数的函数通常是不同的，其值的单位并非1ms。 - 用户需要在
button.c中添加自己的函数处理 - 长按间隔时间未使用宏定义，若要修改间隔时间，需要每处都进行修改
对于第1，第2个问题，通常可以使用函数指针，或者说回调函数来解决，其思路是设计一个指针，指向一个函数，这个指针在按键程序模块初始化的时候被传入，此时用户只需要将函数指针传入即可，无需改动此文件。这边降低了程序的耦合性。