原文： https://blog.csdn.net/qq_40102829/article/details/108927767
按键处理
测试平台：STM32F103C8T6
库版本：官方标准库3.5.0版本
按键：机械按键（需消除抖动影响）或触摸按键，
单片机硬件需求：定时器1个，IO口外部中断功能
按键处理是单片机底层驱动的一个基础应用，本文说的按键处理为独立按键的单击，连击和长按的识别（不是按键矩阵的实现）。在51单片机入门时，通常是通过主循环查询I/O口状态来进行按键识别的，但是占用资源较多，而且实时性较差；进阶的会使用定时器进行识别，关于定时器实现按键检测的例程，网上有很多，但是观看下来发现能详细描述独立按键的不同动作识别的例程不多，故写此文
注： 文中首次出现的代码块会标注[xxx.c]或[xxx.h]，表明该代码是属于对应的文件，未标注的即为重复出现的
目录
按键处理
1、电路设计
2、程序设计
2.1、原理
2.2、基础配置
2.3、按键处理结构体
2.4、外部中断处理函数
2.5、按键处理函数
2.5.1、按键按下处理
2.5.2、按键松开处理
2.6、按键事件类型识别
3、测试结果
4、总结
1、电路设计
独立按键的电路设计很简单，这是使用的是开发板上的按键，IO到按键后直接下拉到地，那么按键按下时为低电平，常态为高电平，也就是说IO口需要配置成内部上拉。
需要注意的是，这种设计是不够完善的，对于机械按键最好可以加上一个旁路电容来消除抖动，或者在程序里需要加上消抖延迟，本文是基于触摸按键进行测试的，因此解决了抖动问题。
2、程序设计
2.1、原理
独立按键处理无非是对于IO口电平的识别，但是要实现比较不同动作的识别，还需要对按键的时间进行判断，理清按键时间和按键状态的关系有助于接下来的程序编写
/*
常态为高电平
按键动作 两次动作间隔 按键动作
| continus | idle |
_____________ _____________ _____________
| | | |
|_____________| |_____________|
*/
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按键时间分为两种【按下后的持续时间：continus】【按键松开后的空闲时间：idle】，这两个时间可以根据实际测试确定
这里作两个设定：
1、当【continus】在500ms内时，为短按，否则为长按
2、当【idle】小于400ms，为连击动作，否则为可认为一次完整的按键事件结束
对这两个时间进行组合判断，就可以识别出按键的事件类型【单击、连击、长按】
短按和长按的通过【continus】来区分
单击是连击的一种特殊状态，都划分为短按，可以通过【idle】的时间来区分，可设置一个变量来记录连击的次数
2.2、基础配置
主要包括IO口配置，外部中断配置、定时器配置
[key_process.c]
/*******************************************************************************
* @brief 以外部中断形式配置按键GPIO
* @param 无
* @retval 无
******************************************************************************/
void EXTI_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
/* GPIO config*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //内部上拉输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
/* EXTI line mode config */
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource8);
EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line8;
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising_Falling; //上升下降沿中断
EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
}
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▲这里使用的是PA8管脚，内部上拉，外部中断选择上下沿都触发，也就是说按键按下和松开都会进行一次触发
[key_process.c]
/*******************************************************************************
* @brief 计数定时器配置函数
* @param TIMx 使用的定时器
* @retval 无
******************************************************************************/
void TIMx_Config(TIM_TypeDef* TIMx)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
// 自动重装载寄存器周的值(计数值)
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler= 71; // 时钟预分频数为 71，则驱动计数器的时钟 CK_CNT = CK_INT / (71+1)=1M
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=1000; // 累计 TIM_Period 个频率后产生一个更新或者中断
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; // 时钟分频因子 ，基本定时器没有，不用管
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; // 计数器计数模式，基本定时器只能向上计数，没有计数模式的设置
// 初始化定时器
TIM_TimeBaseInit(TIMx, &TIM_TimeBaseStructure);
TIM_ARRPreloadConfig(TIMx, ENABLE); //使能TIM重载寄存器ARR
TIM_ClearFlag(TIMx, TIM_FLAG_Update); // 清除计数器中断标志位
TIM_ITConfig(TIMx,TIM_IT_Update,ENABLE); // 开启计数器中断
TIM_Cmd(TIMx, DISABLE); // 关闭定时器的时钟，等待使用
}
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▲为了后面方便计算，这里定时器配置为1ms触发一次，当然也可以设定为其他触发时间，只要后面的时间数据计算好就行
[key_process.c]
/*******************************************************************************
* @brief 按键外部中断NVIC配置，与使用的GPIO保持一致
* @param 无
* @retval 无
******************************************************************************/
static void NVIC_EXTI_GPIO_Config(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
/* Configure one bit for preemption priority */
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
/* 配置中断源 */
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
/*******************************************************************************
* @brief TIM2中断NVIC配置，与计数使用的定时器保持一致
* @param 无
* @retval 无
******************************************************************************/
static void NVIC_TIM2_Config(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
// 设置中断组为 0
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
// 设置中断来源
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
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▲对于NVIC的配置就随各位喜欢了
2.3、按键处理结构体
以下是完整的头文件（除去函数声明等）
[key_process.h]
#define KEY_PIN GPIO_Pin_8 //注意查看中断服务函数是否与该管脚对应
//定时器为1ms定时
#define KEY_TIME_IDLE 400 //按键动作空闲时间
#define KEY_TIME_CONTINUS 500 //按键动作持续时间
#define KEY_TIME_OUT 2000 //按键超时
//事件类型
#define EVENT_NONE_CLICK 0x00 //无动作
#define EVENT_SHORT_CLICK 0x01 //短按
#define EVENT_DOUBLE_CLICK 0x02 //连击
#define EVENT_LONG_CLICK 0x03 //长按
//按键状态
#define KEY_STATE_IDLE 0x00 //空闲
#define KEY_STATE_PRESS 0x01 //按下
#define KEY_STATE_RELEASE 0x02 //松开
typedef struct{
struct{
u8 check :1; //查询标志
u8 key_state :2; //单次按键动作【0：无动作/1：按下/2：松开】
u8 once_event :1; //一次完整按键事件，置1时可以进行事件识别，必须手动清零
u8 press_time :1; //单次按键动作持续时间【0：短按/1：长按】
}flag;
u8 event_current_type :4; //当前按键事件类型【00：无动作】【01：短按】【10：连击】【11：长按】
u8 event_previous_type :4; //之前按键事件类型，需手动更新
u8 press_cnt; //按下次数，复位值为1，最大连击次数为256次
u16 time_idle; //按键空闲时间计数器
u16 time_continus; //按键动作持续时间计数器
}KEY_PROCESS_TypeDef;
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▲每个变量的作用在注释里已经标明，这里对单击连击长按表述为一次完整的【事件类型】
2.4、外部中断处理函数
[key_process.c]
/*******************************************************************************
* @brief This function handles EXTI9_5 interrupt request.与使用的GPIO保持一致
* @param 无
* @retval 无
******************************************************************************/
void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{
// delay_ms(50); //消抖，机械按键需要消抖
EXTI->PR = EXTI_Line8; //清除中断标志位
if((GPIOA->IDR & KEY_PIN) == 0){
key.flag.key_state = KEY_STATE_PRESS; //按下
key.flag.check = 1;
key.time_continus = 0; //按键持续时间置零，准备开始计时
}
else{
key.flag.key_state = KEY_STATE_RELEASE; //松开
key.flag.check = 1;
key.time_idle = 0; //按键空闲时间置零，准备开始计时
}
}
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▲如果是机械按键，那么外部中断函数里的消抖是必须的
在配置外部中断功能时，是使用上下沿中断触发的，因此在每次触发时都需要读取IO口的状态，以判断此次触发是上升沿还是下降沿触发，对【key.flag.key_state】赋值
【key.flag.check】是内部查询标志，按下或松开都触发
【key.time_continus】和【key.time_idle】分别在按下和松开时都清零，其计数是在定时器里实现的
2.5、按键处理函数
包含定时器中断函数、按键处理函数、按键事件识别函数（该函数也可放在主循环）
[key_process.c]
/*******************************************************************************
* @brief This function handles TIM2 interrupt request.与计数使用的定时器保持一致
* @param 无
* @retval 无
******************************************************************************/
void TIM2_IRQHandler(void)
{
// TIM_ClearITPendingBit(TIM2 , TIM_FLAG_Update);
TIM2->SR = 0x0000; //清除中断标志位
KEY_Process();
KEY_Scan();
}
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▲使用定时器TIM2，这里【KEY_Process】是核心的判断函数，定时器设定为1ms触发一次，也就是【KEY_Process】每1ms调用一次，这点很关键
【KEY_Scan】是按键事件类型识别函数
[key_process.c]
/*******************************************************************************
* @brief 按键处理函数
* @param 无
* @retval 无
******************************************************************************/
void KEY_Process(void)
{
switch(key.flag.key_state){
//【按键按下】
case KEY_STATE_PRESS :
//在按键按下时从0开始计时，直到超时
if(key.time_continus < KEY_TIME_OUT){key.time_continus++;}
//发生长按事件
if(key.time_continus > KEY_TIME_CONTINUS){
if(key.event_current_type != EVENT_NONE_CLICK){ //识别长按前的按键事件
if(key.press_cnt > 1){key.press_cnt--;}
key.flag.once_event = 1;
}
else{
key.flag.press_time = 1; //【0：短按/1：长按】识别此次为长按
key.flag.key_state = KEY_STATE_IDLE; //主动结束按下动作，进入无动作状态，保证在长按的按下过程中就识别出长按事件
key.event_current_type = EVENT_LONG_CLICK; //分配当前按键事件类型
key.flag.once_event = 1; //产生按键事件
key.press_cnt = 1;
key.time_idle = KEY_TIME_OUT; //按键空闲时间超时
}
}
//按下时进行一次判断
if(key.flag.check){
key.flag.check = 0;
if(!key.flag.press_time){ //判断上一次按键类型
//判断上一次按键动作空闲时间
if(key.time_idle < KEY_TIME_IDLE){ //若上一次按键动作后的空闲时间在规定时间内，说明发生了连击事件，一次完整的按键事件还未结束
key.press_cnt++;
}else{key.press_cnt = 1;}
}
key.flag.press_time = 0; //【0：短按/1：长按】此次为短按
}
break;
//【按键松开】，若是长按，不会进入该判断
case KEY_STATE_RELEASE:
//在按键按下时从0开始计时，直到超时
if(key.time_idle < KEY_TIME_OUT){key.time_idle++;}
//松开时进行一次判断
if(key.flag.check){
key.flag.check = 0;
//判断此次按键动作
if(!key.flag.press_time){ ///长按会屏蔽短按
if(key.press_cnt > 1){ //连击事件
key.event_current_type = EVENT_DOUBLE_CLICK; //分配按键事件类型
}
else{ //单击事件
key.event_current_type = EVENT_SHORT_CLICK; //分配按键事件类型
key.press_cnt = 1; //连击次数置1
}
}
}
//按键松开后判断此次按键动作后的空闲时间，从而判断此次动作是否结束
if(key.time_idle > KEY_TIME_IDLE){ //空闲时间超时，认为一次完整的按键事件结束
if(!key.flag.press_time){ //松开前是短按标志，则产生按键事件，这里是为了屏蔽长按后的松手动作
key.flag.once_event = 1; //产生按键事件
key.flag.key_state = KEY_STATE_IDLE;//进入无动作状态
}
}
break;
//【按键无动作】
default :
break;
}
}
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▲按键处理函数是一个switch判断，分为三部分：
1、按键按下
2、按键松开
3、按键无动作（不做任何处理）
switch的判断值【key.flag.key_state】是在外部中断函数中进行赋值的，是人为控制的
2.5.1、按键按下处理
按下时分为三部分处理
一、【key.time_continus】计时，在2000ms超时前进行自加
if(key.time_continus < KEY_TIME_OUT){key.time_continus++;}
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这里就涉及到其前边提到的【KEY_Process()】每1ms调用一次
当按键按下且未松开时：
【key.flag.key_state】在外部中断函数中赋值为【KEY_STATE_PRESS】，【key.time_continus】清零
退出外部中断函数后，在定时器中断内，switch判断会进入【KEY_STATE_PRESS】
【key.time_continus】从零开始计数，每1ms加一
二、【key.time_continus】超时判断（长按 / 短按）
if(key.time_continus > KEY_TIME_CONTINUS){
if(key.event_current_type != EVENT_NONE_CLICK){
if(key.press_cnt > 1){key.press_cnt--;}
key.flag.once_event = 1;
}
else{
key.flag.press_time = 1; //【0：短按/1：长按】识别此次为长按
key.flag.key_state = KEY_STATE_IDLE; //主动结束按下动作，进入无动作状态，保证在长按的按下过程中就识别出长按事件
key.event_current_type = EVENT_LONG_CLICK; //分配当前按键事件类型
key.flag.once_event = 1; //产生按键事件
key.press_cnt = 1; //连击次数置1
key.time_idle = KEY_TIME_OUT; //按键空闲时间超时
}
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当【key.time_continus】 >【 KEY_TIME_CONTINUS】时（这里设定为500ms见头文件定义，时长可自由定义），判断为长按
进入长按判断后先判断当前按键是否有短按事件（单击或连击），如果有，产生事件标志，给到【void KEY_Scan(void)】进行处理，在下一个中断内再进行长按处理（该判断是为了解决短按后快速接一个长按，只能识别出长按事件的BUG）
长按处理会分配当前事件类型，主动进入无动作状态（不进入按键松开判断）
【key.flag.press_time】是长短按标志，用来区分长按和短按（短按也包括连击），长按会屏蔽短按
【key.flag.once_event = 1】产生按键事件，则该说明可以进行按键事件类型的判断了。
三、按下时的单次判断
//按下时进行一次判断
if(key.flag.check){
key.flag.check = 0;
if(!key.flag.press_time){ //判断上一次按键类型
//判断上一次按键动作空闲时间
if(key.time_idle < KEY_TIME_IDLE){ //若上一次按键动作后的空闲时间在规定时间内，说明发生了连击事件，一次完整的按键事件还未结束
key.press_cnt++;
}else{key.press_cnt = 1;}
}
key.flag.press_time = 0; //【0：短按/1：长按】此次为短按
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该判断只会在按下时执行一次，而不是1ms执行一次
【key.flag.press_time】在按下时一定会识别为短按，只有进入长按时才会置1
在按下时对上一次的按键动作空闲时间进行判断【key.time_idle < KEY_TIME_IDLE】，可识别是否为连击，若是连击则【key.press_cnt++】，记录连击次数；否则置1
▼对于长按的判断，是为了屏蔽长按后快速单击的错误识别，若没有该判断，长按按后快速单击，会将长按和单击识别为一个事件，即2连击
if(!key.flag.press_time){ }
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2.5.2、按键松开处理
松开时分为三部分处理
一、【key.time_idle】计时，在2000ms超时前进行自加
if(key.time_idle < KEY_TIME_OUT){key.time_idle++;}
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当按键松开时：
【key.flag.key_state】在外部中断函数中赋值为【KEY_STATE_RELEASE】，【key.time_idle】清零
退出外部中断函数后，在定时器中断内，switch判断会进入【KEY_STATE_RELEASE】
【key.time_idle】从零开始计数，每1ms加一
二、松开时的单次判断
//松开时进行一次判断
if(key.flag.check){
key.flag.check = 0;
//判断此次按键动作
if(!key.flag.press_time){ //长按会屏蔽短按
if(key.press_cnt > 1){ //连击事件
key.event_current_type = EVENT_DOUBLE_CLICK; //分配按键事件类型
}
else{ //单击事件
key.event_current_type = EVENT_SHORT_CLICK; //分配按键事件类型
key.press_cnt = 1; //连击次数置1
}
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当按键松开时执行一次，对上一次按键按下的动作进行判断，注意的是这里是通过【key.flag.press_time】排除了长按的松手事件判断，并且根据【key.press_cnt】分配按键事件类型
三、此次松开时间判断
//按键松开后判断此次按键动作后的空闲时间，从而判断此次动作是否结束
if(key.time_idle > KEY_TIME_IDLE){ //空闲时间超时，认为一次完整的按键事件结束
if(!key.flag.press_time){ //松开前是短按标志，则产生按键事件，这里是为了屏蔽长按后的松手动作
key.flag.once_event = 1; //产生按键事件
key.flag.key_state = KEY_STATE_IDLE;//进入无动作状态
}
}
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在第二步分配好按键事件类型后，还需要判断此次松开后的时间，用来判断是否为完整的一次事件
当【key.time_idle > KEY_TIME_IDLE】时，识别为完整的事件结束，产生按键事件标志，进入无动作状态，通知主程序进行按键类型判断
if(!key.flag.press_time){ }
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▲因为长按的松手也会产生中断，这是用来屏蔽长按的松手动作
2.6、按键事件类型识别
对于事件类型的识别是靠三个变量
【key.flag.once_event】一次完整按键事件，置1时可以进行事件识别，必须手动清零
【key.event_current_type】当前事件类型
【key.press_cnt】连击次数，在连击事件时有效
[key_process.c]
/*******************************************************************************
* @brief 使用模板，按键事件判断例子，在主函数循环调用该函数 或 通过定时器定时查询
将printf替换成需要处理的函数即可使用单击、连击、长按等按键功能
* @param 无
* @retval 无
******************************************************************************/
void KEY_Scan(void)
{
if(key.flag.once_event){
key.flag.once_event = 0;
switch(key.event_current_type){
case EVENT_SHORT_CLICK : printf("单击\r\n");break;
case EVENT_DOUBLE_CLICK : printf("%d连击\r\n",key.press_cnt);break;
case EVENT_LONG_CLICK : printf("长按\r\n");break;
default: printf("none\r\n");break;
}
//事件处理完需更新前态和现态
key.event_previous_type = key.event_current_type;
key.event_current_type = EVENT_NONE_CLICK;
}
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该函数可以在主循环调用或者在定时器中断中调用，这里是选择放在定时器中断内处理，用户处理内容直接替换到【printf函数】的位置就行了，或者通过外部标志进行链接
▼对于按键处理结构体的初始化值如下
[key_process.c]
/*******************************************************************************
* @brief 按键配置初始化函数，在主函数调用
* @param 无
* @retval 无
******************************************************************************/
void KEY_Config(void)
{
NVIC_EXTI_GPIO_Config();
NVIC_TIM2_Config();
EXTI_GPIO_Config();
TIMx_Config(TIM2);
//初始化
key.flag.check = 0;
key.flag.key_state = KEY_STATE_IDLE;
key.flag.once_event = 0;
key.flag.press_time = 0;
key.event_current_type = EVENT_NONE_CLICK;
key.event_previous_type = EVENT_NONE_CLICK;
key.press_cnt = 1;
key.time_continus = 0;
key.time_idle = KEY_TIME_OUT;
//使能定时器
TIM2->CR1 |= 0x0001;
}
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3、测试结果
测试包括普通的按键事件，即每个按键事件的空闲时间间隔均超过【KEY_TIME_IDLE】
特殊测试条件：
1、短按（单击或连击）松开后在【KEY_TIME_IDLE】时间内接一个长按，可识别出短按的事件和长按事件
2、长按松开后在【KEY_TIME_IDLE】内接短按（单击或连击），可识别出长按事件和短按事件
4、总结
除去基础的IO配置和定时器配置函数外，主要的函数有：
【void EXTI9_5_IRQHandler(void)】外部中断处理函数
【void TIM2_IRQHandler(void)】定时器中断处理函数
【void KEY_Process(void)】按键处理函数
【void KEY_Scan(void)】按键事件判断函数
【void KEY_Config(void)】初始化函数
该方案使用的是基于外部中断的上下沿中断进行判断的，但考虑到有些单片机只能配置成上升沿或者下降沿检测，无法对上下沿都进行判断，移值上有一定的缺陷，这里给出一些修改思路，若是只使用上升沿或者下降沿触发，可在外部中断触发后（即按键按下触发），通过定时器循环读取IO口状态来判断按键是否松开，按键的松开处理按照【2.4章节】进行处理就行，只不过该处理需要放进定时器中断内的【void KEY_Process(void)】函数之前，其他的无需修改
▼头文件中的定义可以改变按键识别的灵敏度
//定时器为1ms定时
#define KEY_TIME_IDLE 400 //按键动作空闲时间
#define KEY_TIME_CONTINUS 500 //按键动作持续时间
#define KEY_TIME_OUT 2000 //按键超时