定时器扫描按键（短按/长按）

---

前言

  本次编程实验以IAP15F2K61S2为单片机主控芯片，其编程使用与STC15F2K60S2完全相同，头文件为STC15F2K60S2.H。若用于51系列单片机，以reg52.h为头文件，则需将后文中timer0.c中void Timer0_Init(void)函数中的AUXR &= 0x7F;一行删除。程序中涉及的定时器初始化程序和LED亮灭程序和数码管显示程序，读者可根据自身所用单片机原理图和手册自行修改。

---

一、为什么使用定时器扫描按键？

  在对主程序执行效率要求低、项目工程复杂度低的情况下，通常可以使用以下代码检测按键：

void key()
{
	if(key==0)   //如果按键按下
	{
		delay(20);   //延时消除抖动
		if(key==0)    //确认按键按下
		{
			while(key==0);   //等待按键松开	
		}
	}
}

  当按键按下迟迟不松开时，主程序一直卡在while(key==0);里，变相停止了主程序向下运行，影响程序正常执行。为此我们考虑使用定时器间隔扫描按键的方式实现按键检测。

二、定时器扫描按键的原理

1.基本原理

  为了检测按键按下和松开，必须记录按键当前状态和上一次状态。如果当前状态为高电平，上一次状态为低电平，则检测到按键松手；如果当前状态为低电平，上一次为高电平，则检测到按键按下。由于短按按下一次只需返回一次按键值，因此只需检测按键松开动作，即上一次状态低电平，当前状态高电平。

2.消抖原理

  按键按下和松开时，其连接的IO口电平并非瞬间拉低，而是会有一小段时间的抖动：

  考虑到按键按下和松开抖动时间较短，按下时间通常大于50ms。定时器每隔25ms扫描一次按键状态，假设扫描时恰好处于按键按下时的抖动过程，检测到低电平，那么经过25ms此时按键已经稳定处于按下状态，必然检测到低电平，从而上一次状态和现状态均为低电平；如果检测到高电平，则25ms后，上一次状态为高电平，当前状态为低电平，再经过25ms后，上一次状态和现状态均为低电平。当按键松开时，假设恰好检测到抖动过程的高电平，则上一次状态为低电平，当前状态为高电平，符合松手条件，返回按键值；如果检测到抖动过程的低电平，则上一次状态和当前状态均为低电平，经过25ms后，此时按键稳定处于松开状态，必然检测到高电平，则上一次状态为低电平，当前状态为高电平，符合松手条件，返回按键值。

三、编程实现

1.独立按键函数

  key.h：

#ifndef __KEY_H
#define __KEY_H

#include 

sbit key1=P3^0;  //根据原理图上独立按键连接的IO口定义
sbit key2=P3^1;
sbit key3=P3^2;
sbit key4=P3^3;

unsigned char key_state();  //按键状态获取
unsigned char key_send(unsigned char mode);  //按键值返回
#endif

  key.c：
  mode用于选择短按长按模式。mode为0 时，通过检测是否满足上一次状态为低电平（keylast不为0）且当前状态为高电平（keynow为0）决定是否返回按键值；mode为1时，通过检测是否满足上一次状态为低电平（keylast不为0）且当前状态为低电平（keynow不为0，且keylast=keynow）决定是否返回按键值。

#include "key.h"
unsigned char key_state()  //得到按键状态
{
	unsigned char keyget=0;
	
	if(!key1)keyget=1;  //如果按键1按下
	if(!key2)keyget=2;  //如果按键2按下
	if(!key3)keyget=3;  //如果按键3按下
	if(!key4)keyget=4;  //如果按键4按下
	
	return keyget;   //返回按键状态
}

/*
  *  @brief     按键值发送函数
  *  @param     mode：按键长短按模式标志，1长按0短按
*  @reval       keyend:最终返回的按键值
  *  @note    
*/

unsigned char key_send(unsigned char mode)  
{
	static unsigned char keynow=0,keylast=0; //按键当前状态；按键上一次状态
	unsigned char keyend=0;            //最终要发送的按键值，每次扫描按键时均清零
	
	keylast=keynow;       //不断刷新按键上一次状态和当前状态
	keynow=key_state();
	if(keylast==1&&keynow==(1*mode))  //如果按键1按下
		keyend=1;
	if(keylast==2&&keynow==(2*mode))  //如果按键2按下
		keyend=2;
	if(keylast==3&&keynow==(3*mode))  //如果按键3按下
		keyend=3;
	if(keylast==4&&keynow==(4*mode))  //如果按键4按下
		keyend=4;
	
	return keyend;   //发送最终按键值
}

2.定时器部分函数

  timer0.h：

#ifndef __TIMER0_H
#define __TIMER0_H

#include 

void Timer0_Init(void);		//1毫秒@11.0592MHz

#endif

  timer0.c：

#include "timer0.h"

void Timer0_Init(void)		//1毫秒@11.0592MHz
{
	AUXR &= 0x7F;			//定时器时钟12T模式，若以reg52.h为头文件时删除这行代码
	TMOD &= 0xF0;			//设置定时器模式
	TMOD |= 0x01;			//设置定时器模式
	TL0 = 0x66;				//设置定时初始值
	TH0 = 0xFC;				//设置定时初始值
	TF0 = 0;				//清除TF0标志
	TR0 = 1;				//定时器0开始计时
	
	ET0 = 1;				//使能定时器0中断
	EA=1;                   //使能总中断
}

3.main.c

  定时器定时1毫秒基础时间（方便扩展其他时间要求的功能函数），每过25毫秒检测一次按键，如果按键按下并松开，则返回相应的按键值（只监测按键松手，因此按下一次只能返回一次按键值）；如果连续按下2秒，则切换为长按模式，每过500毫秒检测一次按键，并返回按键值（监测按键持续按下，每过500毫秒返回一次按键值）。
  实际上，短按扫描是一直在运行的。在短按模式起返回按键和检测按下时间是否超过2s作用；在长按模式起检测按键是否松手作用。如果在长按模式期间不进行短按扫描，那么一旦进入长按模式就无法返回短按模式。

#include 
#include "key.h"
#include "timer0.h"

typedef unsigned char u8;
#define outputp0(y,x)  P0=x,P2&=0x1f,P2|=y,P2&=0x1f; //P2高三位用于74HC138译码器选择锁存器，P0用于发送数据
u8 keynum=0,keytemp=0,light=0xff;
int showkey=0;
void test()  //测试程序
{
	if(keytemp!=0)
		keynum=keytemp;  //通过缓存量向keynum赋值，防止按下按键松开后立刻被清零
	if(keynum!=0)
	{
		light=0xff<<keynum;
		outputp0(0x80,light);   //选择数据锁存器通道，向LED灯发送数据
		keynum=0;      //清零，防止一次按下多次执行
		keytemp=0;
	}
}
void main()
{ 
	Timer0_Init();	
	while(1)
	{
		test();
	}
}

void Timer0_Isr(void) interrupt 1
{
	static u8 longflag=0;      //长短按模式标志，1为长按，0为短按
	static int tkey=0,tlongflag=0,tlongkey=0; //短按时间计数；按键按下时间计数；长按时间计数
	TL0 = 0x66;				//设置定时初始值  //1ms
	TH0 = 0xFC;				//设置定时初始值
	
	tkey++;          //按键短按扫描时间计数
	if(tkey>=25)   //1.短按每25ms检测一次按键；2.作长时间按下监测
	{
		if(!(key1&key2&key3&key4))     //长按检测，每25ms检测按键是否仍在按下，如果是
		{
			tlongflag++;			//按键按下时间计数（以25ms为单位）
			if(tlongflag>=80)       //如果持续按下2s
			{
				tlongflag=80;         //防止溢出
				longflag=1;           //切换为长按模式
			}
		}
		else if(key1&key2&key3&key4)	//长按检测，如果2s内任意一个25ms时间点检测时按键不按下
		{
			tlongflag=0;				//清零按键按下时间计数
			longflag=0;					//切换为短按模式
		}
		
		tkey=0;             //清零短按扫描时间计数
		if(longflag==0)         //如果是短按模式
			keytemp=key_send(0);  //按键以短按模式检测
	}
	
	tlongkey++;           //按键长按扫描时间计数
	if(tlongkey>=500)     //长按时每500ms检测一次按键
	{
		tlongkey=0;				 //清零按键长按扫描时间计数
		if(longflag==1)         //如果是长按模式
			keytemp=key_send(1);  //按键以长按模式检测
	}
}

四、测试程序现象

  测试程序现象：按键1按下并松开，LED1亮；按键2按下并松开，LED1、2亮；按键3按下并松开，LED1、2、3亮；按键4按下并松开，LED1、2、3、4亮。
  上述测试程序证明了按键值可以正常读取，但是并未检验按键扫描不会卡住主程序，也未检验按键长按时的成功性。为此，我们需要加上数码管对其进行检验。
  向main.c文件中添加以下代码：

#include 

//注意变量定义应放在main.c文件的开头部分
int shownum=0;  //数码管显示数字
unsigned char code Seg_Table[]={
0xc0,     //共阳数码管段码表
0xf9,
0xa4,
0xb0,
0x99,
0x92,
0x82,
0xf8,
0x80,
0x90,
0xff  //0xff熄灭
};

void Delay2ms(void)	//[email protected]
{
	unsigned char data i, j;
	_nop_();
	_nop_();
	i = 22;
	j = 128;
	do
	{
		while (--j);
	} while (--i);
}

void showbit(unsigned char pos,dat,dot)  //数码管显示函数（1位）
{
	outputp0(0xc0,0x01<<pos);    //向数码管位选端发送数据
	outputp0(0xe0,Seg_Table[10]);  //向数码管段选端发送数据，这两行代码起消影作用
	
	outputp0(0xc0,0x01<<pos);     //向数码管位选端发送数据
	outputp0(0xe0,Seg_Table[dat]+0x80*dot);	  //向数码管段选端发送数据
	Delay2ms();   //延时
}

  将main.c中的test()函数更改为：

void test()
{
	keynum=keytemp;  //通过缓存量向keynum赋值，防止按下按键松开后立刻被清零
	if(keynum)
	{
		light=0xff<<keynum;    //LED部分
		outputp0(0x80,light);
		shownum+=keynum;
		
   	  keynum=0;
	  keytemp=0;
	}	
	showbit(0,shownum/100%10,0);  //数码管显示部分
	showbit(1,shownum/10%10,0);
	showbit(2,shownum%10,0);
}

  测试现象：短按时，按键1按下并松开，LED1亮；按键2按下并松开，LED1、2亮；按键3按下并松开，LED1、2、3亮；按键4按下并松开，LED1、2、3、4亮。数码管显示数字根据按键返回值而增加。长按时，按键按下2s后开始有现象：LED点亮（与短按相同），数码管显示值从按下2s时开始每隔500ms变化一次。

五、总结

  通过上述程序，可以实现定时器扫描按键以提高主程序执行效率。通过类比，也可以实现定时器扫描矩阵键盘和数码管，详情见定时器扫描矩阵键盘简易代码（短按/长按）和定时器扫描8位数码管（含滚动显示）
  此外，由于定时器每1ms进入一次中断，对于具有IIC和One-Wire通信等具有严格时序要求的项目来说，容易使通信被干扰，因此不建议使用定时器扫描的方式。当然，通过一些方法也可以实现二者兼容并存，在DS1302可调时钟（按键短按/长按）中提供了其中一种方法。

  有任何问题和补充，欢迎评论区交流。