【详解~按键状态机~简洁易懂】1.单个按键实现短按长按的功能（基于STM32）
如何实现单击、双击、长按功能，请我的这篇文章
0.引言
在日常生活中，有不少按键长按、短按的应用实例。比如：一个台灯，短按切换亮度，长按关机。
问题来了，单片机是如何区分按键的短按和长按的呢？
文章目录
-
-
- 0.引言
- 1.回顾与思考
- 2.本文思路讲解
-
- 2.1 本文出发点
- 2.2 平台与外设
- 2.3 实现思路
- 3.编程关键知识
- 4.代码逐句分析
-
- 4.1 外设准备
-
- 4.1.1定时器：
- 4.1.2 按键：
- 4.1.3 串口打印*
- 4.1 类型、变量定义
-
-
- 4.1.1按键事件
- 4.1.2 按键电平、动作
- 4.1.3 按键状态
- 4.1.4 按键配置结构体
- 4.2 变量、函数、宏定义
-
- 4.2.1宏定义：
- 4.2.2 变量定义
- 4.2.3函数定义
-
- 5.实验验证
-
- 5.1定时器中断：
- 5.2 main函数
-
- 5.3 结果验证
- 6.后记
-
1.回顾与思考
入门学习单片机那会，老师教会了我使用delay函数延时消抖，然后在进行按键判断。
可以得出形如下面的代码：
u8 cnt = 0;
while(1)
{
if(key == 0)
{
delay_ms(20);// 消抖
if(key == 0)
{
cnt = 0;
while(key == 0)
{
delay_ms(20);
if(cnt < 50) cnt++;
}
if(cnt >= 50) LongPress();//长按1s
else ShortPress();//短按
}
}
}
我们观察这段代码，确实可以实现长按和短按的区分。同样的这份代码缺陷明显。
1.频繁使用delay_ms让MCU空跑，太浪费资源了。
2.实用性低。项目复杂一点，就会出问题。比如:同时点亮动态数码管，delay的空跑，会导致数码管显示异常。
2.本文思路讲解
感谢大家的阅读，码字分享不易，麻烦给个免费的赞。
2.1 本文出发点
为优化效率。百度一搜索“短按 长按”关键词，会得到一大把“状态机”相关的代码。据我了解，不少得到的结果存在以下不足：
- 代码封装严重，不适合新手
- 可读性较差
- 引入的状态机较为复杂
本文旨在让新手轻松上手，从“读懂”到“会用”的过渡。
同时，代码并非完美，欢迎大家批评指正，进一步优化。
2.2 平台与外设
- 1.基于STM32F103C8T6平台，实验结果用自制的开发板演示。
- 2.外设：一个io口、一个定时器。
为了降低上手的门槛，本文仅使用一个IO口作演示。保证一定的可移植性，只进行了简单的封装。
2.3 实现思路
使用定时器定时20ms来读取简化的按键状态机。
这里简化了状态机，大家只需明白三个概念。
- 状态：数量为有限个，按键。可根据条件切换。对应的代码，用switch case来匹配不同的状态
- 条件：就是一些简单的判断。对应的代码，用if来判断按键按下或释放，判断时间计数的长短
- 事件：在特定的状态和条件下，产生的动作（事件）。代码只有三个事件：Null（空闲）SingleClick（短按）LongPress（长按）
思路图解：
3.编程关键知识
- 需要用到的如下知识：不会的参考，百度关键词
1.STM32单片机IO、定时器使用（串口打印输出，看结果）
2.结构体的定义与使用
3.函数指针的使用 - 长按、单击 定义
长按事件：按下时间大于1s，释放后响应。（不支持连按，需要连按响应可自己配置）
单击事件：按下时间小于1s， 释放后响应。
4.代码逐句分析
4.1 外设准备
这部分根据实际单片机平台写。
下文，以STM32C8为例书写，供参考。会写的读者可以直接跳过这部分。
4.1.1定时器：
定时器初始化：
void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //时钟使能
//定时器TIM3初始化
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE ); //使能指定的TIM3中断,允许更新中断
//中断优先级NVIC设置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn; //TIM3中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //先占优先级0级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; //从优先级3级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //初始化NVIC寄存器
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能TIMx
}
初始化定时器20ms：TIM3_Int_Init(200-1,7200-1);
4.1.2 按键：
原理图：
注意：这里按键按下接地，故配置为上拉输入。
代码：
//按键初始化函数，配置IO口
void KEY_Init(void) //IO初始化
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//使能PORTA,PORTB时钟
//初始化 WK_UP-->GPIOA.0
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //设置成上拉输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.0
}
4.1.3 串口打印*
这部分可用不用，我这里是为了方便查看实验结果。
不使用的话，读者可配置自己的验证方式。（后文的printf相关的注释即可）
参考代码：
#include "sys.h"
#include "usart.h"
//
//如果使用ucos,则包括下面的头文件即可.
#if SYSTEM_SUPPORT_OS
#include "includes.h" //ucos 使用
#endif
//
//加入以下代码,支持printf函数,而不需要选择use MicroLIB
#if 1
#pragma import(__use_no_semihosting)
//标准库需要的支持函数
struct __FILE
{
int handle;
};
FILE __stdout;
//定义_sys_exit()以避免使用半主机模式
_sys_exit(int x)
{
x = x;
}
//重定义fputc函数
int fputc(int ch, FILE *f)
{
while((USART1->SR&0X40)==0);//循环发送,直到发送完毕
USART1->DR = (u8) ch;
return ch;
}
#endif
/*使用microLib的方法*/
/*
int fputc(int ch, FILE *f)
{
USART_SendData(USART1, (uint8_t) ch);
while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET) {}
return ch;
}
int GetKey (void) {
while (!(USART1->SR & USART_FLAG_RXNE));
return ((int)(USART1->DR & 0x1FF));
}
*/
#if EN_USART1_RX //如果使能了接收
//串口1中断服务程序
//注意,读取USARTx->SR能避免莫名其妙的错误
u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN]; //接收缓冲,最大USART_REC_LEN个字节.
//接收状态
//bit15， 接收完成标志
//bit14， 接收到0x0d
//bit13~0， 接收到的有效字节数目
u16 USART_RX_STA=0; //接收状态标记
void uart_init(u32 bound){
//GPIO端口设置
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能USART1，GPIOA时钟
//USART1_TX GPIOA.9
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.9
//USART1_RX GPIOA.10初始化
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;//PA10
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.10
//Usart1 NVIC 配置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3 ;//抢占优先级3
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; //子优先级3
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据指定的参数初始化VIC寄存器
//USART 初始化设置
USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//串口波特率
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收发模式
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口1
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启串口接受中断
USART_Cmd(USART1, ENABLE); //使能串口1
}
void USART1_IRQHandler(void) //串口1中断服务程序
{
u8 Res;
#if SYSTEM_SUPPORT_OS //如果SYSTEM_SUPPORT_OS为真，则需要支持OS.
OSIntEnter();
#endif
if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收中断(接收到的数据必须是0x0d 0x0a结尾)
{
Res =USART_ReceiveData(USART1); //读取接收到的数据
if((USART_RX_STA&0x8000)==0)//接收未完成
{
if(USART_RX_STA&0x4000)//接收到了0x0d
{
if(Res!=0x0a)USART_RX_STA=0;//接收错误,重新开始
else USART_RX_STA|=0x8000; //接收完成了
}
else //还没收到0X0D
{
if(Res==0x0d)USART_RX_STA|=0x4000;
else
{
USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=Res ;
USART_RX_STA++;
if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0;//接收数据错误,重新开始接收
}
}
}
}
#if SYSTEM_SUPPORT_OS //如果SYSTEM_SUPPORT_OS为真，则需要支持OS.
OSIntExit();
#endif
}
#endif
4.1 类型、变量定义
4.1.1按键事件
枚举型名称：KEY_EventList_TypeDef
即:空闲、单击、长按
typedef enum _KEY_EventList_TypeDef
{
KEY_Event_Null = 0x00, // 空闲
KEY_Event_SingleClick = 0x01, // 单击
KEY_Event_LongPress = 0x02 // 长按
}KEY_EventList_TypeDef;
4.1.2 按键电平、动作
这里将电平、动作分开，是因为有点按下为低电平，有的按下为高电平，这样更方便移植。
枚举型名称：KEY_PinLevel_TypeDef
即：高、低电平。
// 按键引脚的电平
typedef enum
{
KKEY_PinLevel_Low = 0,
KEY_PinLevel_High
}KEY_PinLevel_TypeDef;
枚举型名称：KEY_Action_TypeDef
按键只有按下和没按下俩个动作：
即：按下、释放
// 按键动作，
typedef enum
{
KEY_Action_Press = 0,
KEY_Action_Release
}KEY_Action_TypeDef;
4.1.3 按键状态
枚举型名称：KEY_StatusList_TypeDef
思路图解的分析，分为如下几个状态。
即：空闲、消抖、确认按下、确认长按
// 按键状态
typedef enum _KEY_StatusList_TypeDef
{
KEY_Status_Idle = 0, // 空闲
KEY_Status_Debounce , // 消抖
KEY_Status_ConfirmPress , // 确认按下
KEY_Status_ConfirmPressLong, // 确认长按
}KEY_StatusList_TypeDef;
4.1.4 按键配置结构体
按键配置信息的结构体名称：KEY_Configure_TypeDef
打包好按键的基本属性。
typedef struct _KEY_Configure_TypeDef
{
uint16_t KEY_Count; // 按键长按时长计数
KEY_Action_TypeDef KEY_Action; // 按键动作，按下或释放
KEY_StatusList_TypeDef KEY_Status; // 按键状态
KEY_EventList_TypeDef KEY_Event; // 按键事件
KEY_PinLevel_TypeDef (*KEY_ReadPin_Fcn)(void); // 读引脚电平函数
}KEY_Configure_TypeDef;
成员解释：
- KEY_Count：计数，记一个数为20ms。
- KEY_Action：按键动作，按下或者释放。
- KEY_Status：记录按键的状态值。
- KEY_Event：记录按键触发的事件。
- KEY_ReadPin_Fcn：读取按键电平值的函数指针。方便移植。
4.2 变量、函数、宏定义
4.2.1宏定义：
- KEY_LONG_PRESS_TIME ：
短按、长按的时长分界线。大于–>长按，小于–>短按。 - KEY_PRESSED_LEVEL：
按键被按下的实际电平，我的电路里，按键按下引脚接地。所以为低电平。
/****************************************************************************************************
* 长按、单击 定义
* 长按事件：按下时间大于 KEY_LONG_PRESS_TIME，释放后响应。（不支持连按，需要连按响应可自己配置）
* 单击事件：按下时间小于 KEY_LONG_PRESS_TIME 释放后响应。
****************************************************************************************************/
// 长按时长的宏定义
#define KEY_LONG_PRESS_TIME 50 // 20ms*50 = 1s
#define KEY_PRESSED_LEVEL 0 // 按键被按下时的电平
4.2.2 变量定义
KeyCfg：变量，打包了按键的各个属性。
/****************************************************************************************************
* 按键配置信息的全局结构体变量
****************************************************************************************************/
KEY_Configure_TypeDef KeyCfg={
0, // 按键长按时长计数
KEY_Action_Release, // 按键动作，按下或释放
KEY_Status_Idle, // 按键状态
KEY_Event_Null, // 按键事件
KEY_ReadPin // 读引脚电平函数
};
4.2.3函数定义
局部函数：
//读取引脚的电平
static KEY_Action_TypeDef KEY_ReadPin(void)
{
return (KEY_Action_TypeDef)GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_0);
}
// 获取按键动作，按下或释放，保存到结构体
static void KEY_GetAction(void)
{
if(KeyCfg.KEY_ReadPin_Fcn() == KEY_PRESSED_LEVEL)
{
KeyCfg.KEY_Action = KEY_Action_Press;
}
else
{
KeyCfg.KEY_Action = KEY_Action_Release;
}
}
KEY_ReadPin：读取PA_0的电平状态。
KEY_GetAction：将读取到的电平状态转换为实际的按下或释放的动作。
状态处理函数
KEY_ReadStateMachine：编写，思路完全按照前文的思路图像
首先读取按键的动作，再在switch case 里面匹配引脚的状态，case下用if判断按键动作或按下的时长，对状态、事件进行赋值。
void KEY_ReadStateMachine(void)
{
KEY_GetAction();
switch(KeyCfg.KEY_Status)
{
//状态：没有按键按下
case KEY_Status_Idle:
if(KeyCfg.KEY_Action == KEY_Action_Press)
{
KeyCfg.KEY_Status = KEY_Status_Debounce;
KeyCfg.KEY_Event = KEY_Event_Null;
}
else
{
KeyCfg.KEY_Status = KEY_Status_Idle;
KeyCfg.KEY_Event = KEY_Event_Null;
}
break;
//状态：消抖
case KEY_Status_Debounce:
if(KeyCfg.KEY_Action == KEY_Action_Press)
{
KeyCfg.KEY_Status = KEY_Status_ConfirmPress;
KeyCfg.KEY_Event = KEY_Event_Null;
}
else
{
KeyCfg.KEY_Status = KEY_Status_Idle;
KeyCfg.KEY_Event = KEY_Event_Null;
}
break;
//状态：确认按下
case KEY_Status_ConfirmPress:
if( (KeyCfg.KEY_Action == KEY_Action_Press) && ( KeyCfg.KEY_Count >= KEY_LONG_PRESS_TIME))
{
printf("KEY_Status_ConfirmPressLong\r\n");
KeyCfg.KEY_Count = 0;
KeyCfg.KEY_Status = KEY_Status_ConfirmPressLong;
KeyCfg.KEY_Event = KEY_Event_Null;
}
else if( (KeyCfg.KEY_Action == KEY_Action_Press) && (KeyCfg.KEY_Count < KEY_LONG_PRESS_TIME))
{
printf("继续按下 %d\r\n",KeyCfg.KEY_Count);
KeyCfg.KEY_Count++;
KeyCfg.KEY_Status = KEY_Status_ConfirmPress;
KeyCfg.KEY_Event = KEY_Event_Null;
}
else
{
printf("突然gg，按短了 %d\r\n",KeyCfg.KEY_Count);
KeyCfg.KEY_Count = 0;
KeyCfg.KEY_Status = KEY_Status_Idle;
KeyCfg.KEY_Event = KEY_Event_SingleClick;
}
break;
//状态：确认长按
case KEY_Status_ConfirmPressLong:
printf("KEY_Status_ConfirmPressLong\r\n");
if(KeyCfg.KEY_Action == KEY_Action_Press)
{ // 一直等待其放开
printf("一直按着 KEY_Status_ConfirmPressLong\r\n");
KeyCfg.KEY_Status = KEY_Status_ConfirmPressLong;
KeyCfg.KEY_Event = KEY_Event_Null;
KeyCfg.KEY_Count = 0;
}
else
{
KeyCfg.KEY_Status = KEY_Status_Idle;
KeyCfg.KEY_Event = KEY_Event_LongPress;
KeyCfg.KEY_Count = 0;
}
break;
default:
break;
}
}
后记：
这里面的printf用于打印查看。
为了读起来轻松，多写了一些没必要的赋值操作。实际应用时可以注释掉，以提高效率。
5.实验验证
5.1定时器中断：
直接调用KEY_ReadStateMachine()函数即可，将读取到的事件保存到KeyCfg.KEY_Event变量。
extern KEY_Configure_TypeDef KeyCfg;
//定时器3中断服务程序
void TIM3_IRQHandler(void) //TIM3中断
{
if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) //检查TIM3更新中断发生与否
{
TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update ); //清除TIMx更新中断标志
KEY_ReadStateMachine(); //调用状态机
if(KeyCfg.KEY_Event == KEY_Event_SingleClick)
{
printf("单击\r\n");//事件处理
}
if(KeyCfg.KEY_Event == KEY_Event_LongPress)
{
printf("长按\r\n");//事件处理
}
}
}
5.2 main函数
这里main函数十分简洁。初始化即可。
实际应用时，事件处理的代码不建议放在定时器里面。
int main(void)
{
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
uart_init(115200); // 用于查看输出
TIM3_Int_Init(200-1,7200-1); //调用定时器使得20ms产生一个中断
//按键初始化函数
KEY_Init();
while(1);
}
5.3 结果验证
将程序下载到单片机，并连接好串口。
验证：
按下数毫秒后，释放，出现单击事件，打印“单击”二字。
验证：
按下超过1s后，释放，出现长按事件，打印“长按”二字。
所以：
经实验验证，代码思路是可行的。
6.后记
通过使用定时器，按状态机思路编写代码，实现长按、短按功能。提高了效率。
感谢大家的阅读，码字分享不易，麻烦给个免费的赞。
如果有帮助的，请不要吝啬三连。点赞评论收藏，让更多人看到有用的内容。
本博客作抛砖引玉，欢迎大家评论交流。
拓展：
1.多按键移植封装。简单思路：增加成员、结构体数组、for循环即可。
2.如何实现单击、双击、长按呢？请我的这篇文章：2.实现单击、双击、长按的功能