[后续]单片机状态机+事件驱动按键扫描

ID:84652 · 发表于 2020-4-9 23:38

本帖最后由王朗的诱惑于 2020-4-14 22:26 编辑

前接[失败]状态机+事件驱动按键扫描。(如果懒得看前面的内容可以直接看本帖，无妨)
继2018年10月实验过一个按键扫描失败，时隔将近一年半，后续它终于来了！

这次换用了IAP15W4K61S4，把之前的程序搞好了。必须要承认一个错误：之前单片机死机其实不是单片机速度问题，而是程序设计问题[惭愧……]，现在已经解决。这次的程序添加了事件队列，进一步释放定时器资源。定时器只负责添加任务，由主程序清空任务队列+执行事件函数。所以芯片慢点也没关系啦。

正文

状态机、事件队列

状态机还是挺常见，不过为什么要用事件队列呢？因为中断函数不能拖得太长，如果定时器中断执行的事件函数还没完，下一次中断又来了可怎么办……所以加入事件队列机制，中断只负责把需要执行的事件入队，由主函数执行并清空队列里面的事件函数，也算是某种“异步”了吧。

假如主函数清空队列的速度还没有定时器入队快，那么队列满了以后，之后的按键事件直接抛弃，不会响应。

参考资料

机智云的STM32按键扫描

资源占用

定时器0 - 按键扫描
定时器1 - 串口1
Program Size: data=59.3 xdata=100 code=4214(MDK5 C51编译，8级优化，还是占了挺多空间的，不过功能强大)

功能说明

支持button和switch
支持button单击、多击、长按、多按键组合
支持任意IO的按键连接

文件说明

KeyScanConfig.h
按键扫描相关的一些常量，根据需要修改。
1. #define EN_P4 //如果按键连接到P4上需要使能此项有的封装没有P4
2. #define EN_P5 //如果按键连接到P5上需要使能此项有的封装没有P5
3. #define EN_P6 //如果按键连接到P6上需要使能此项有的封装没有P6
4. typedef unsigned int keyTriggerType_t; //数据类型是几位就支持几个按键定义多了占内存
5. #define MAX_KEY_NUMBER (sizeof(keyTriggerType_t)<<3)//最大支持按键数量为keyTriggerType_t的位数即(sizeof(keyTriggerType_t)*8)
7. #define DEBOUNCE_TIME 20 //消抖延时ms
8. #define LONG_PRESS_TIME 1500 //长按判定时间ms
9. #define N_CLICK_NUMBER 2 //连击判定次数
10. #define N_CLICK_TIMELIMIT 300 //连击间隔超时时间ms (超过此时间判定为单击)
11. #define EVENT_QUEUE_LEN 8 // 事件队列长度，为了简化计算，需要为2的整数次幂
复制代码
KeyScan.h
各种枚举、结构体、函数定义。不需要用户修改。
KeyScan.c
按键扫描的实现。不需要用户修改。

使用方法

以下步骤在主函数main.c中操作。

把KeyScan.h, KeyScan.c, KeyScanConfig.h放到工程目录下。
在主函数中引入头文件
1. #include "main.h"
2. #include "Uart.h"
3. #include "KeyScan.h"
复制代码
main.h包含基本数据类型的typedef定义，一些C库的头文件引入和系统时钟设置；
Uart.h是单片机串口模块头文件；
KeyScan.h是按键扫描模块头文件。
假如现在有4个按键A,B,C,D，给按键编号，放到枚举类型里。
1. enum EnumUserKey{ //按键编号从0开始不得超过(MAX_KEY_NUMBER-1)
2. EnumKey_A = 0,
3. EnumKey_B = 1,
4. EnumKey_C = 2,
5. EnumKey_D = 3
6. };
复制代码
定义按键相关的两个结构体，作为全局变量。GPIO_KEY_NUM是第3步中按键的数量，这里是4；FUNC_KEY_NUM是第5步中事件函数的数量，这里是3，功能与按键是独立的，数量可以不相等。
1. #define GPIO_KEY_NUM 4 // 按键总数，即enum EnumUserKey定义的按键数量
2. xdata KeyIO_t SingleKey[GPIO_KEY_NUM]; // 按键IO数组
3. #define FUNC_KEY_NUM 3 // 用户自定义的功能总数
4. xdata KeyFunc_t KeyFuncs[FUNC_KEY_NUM]; // 按键功能数组
复制代码
定义按键功能函数。比如，需要按键A,B单击分别触发，按键C,D同时按下触发，功能函数可以定义成下面这样，函数名字随意。
1. void KeyAPressEvent(void){
2. P40 = ~P40;
3. }
4. void KeyBPressEvent(void){
5. Delay100ms();
6. }
7. void KeyCDPressEvent(void){
8. P41 = ~P41;
9. // printf发送长串被中断打断会死机，使用UartSendString
10. // 如果很短可以使用printf
11. UartSendString("testtesttesttesttesttesttesttesttesttesttesttesttest\r\n");
12. Delay100ms(); // 长延时也不会死机了，哈哈
13. UartSendString("testtesttesttesttesttesttesttesttesttesttesttesttest\r\n");
14. Delay100ms();
15. }
复制代码
好的，现在按键有了，功能也有了，但是还没联系到一起。下面是按键扫描初始化函数，把它们联系起来。
1. //按键扫描初始化
2. void KeyInit(void){
3. u8 i;
4. // 函数指针必须全部初始化为NULL
5. for(i=0; i<FUNC_KEY_NUM; i++){
6. KeyFuncs.fp_singleClick = NULL;
7. KeyFuncs.fp_comboClick = NULL;
8. KeyFuncs.fp_longPress = NULL;
9. KeyFuncs.fp_multiPress = NULL;
10. }
12. // 注册按键 Port1必须是IO口 Port2是IO口或"GND"
13. SingleKey[EnumKey_A].IOPort1 = "P36"; SingleKey[EnumKey_A].IOPort2 = "GND";
14. SingleKey[EnumKey_B].IOPort1 = "P52"; SingleKey[EnumKey_B].IOPort2 = "GND";
15. SingleKey[EnumKey_C].IOPort1 = "P54"; SingleKey[EnumKey_C].IOPort2 = "GND";
16. SingleKey[EnumKey_D].IOPort1 = "P53"; SingleKey[EnumKey_D].IOPort2 = "GND";
18. // 需要响应的键值注意是键值! 不是键编号! 组合按键用或
19. KeyFuncs[0].triggerValue = TRIGGER_VALUE(EnumKey_A);
20. // 注册回调函数为单击功能
21. KeyFuncs[0].fp_singleClick = KeyAPressEvent;
23. // 需要响应的键值注意是键值! 不是键编号! 组合按键用或
24. KeyFuncs[1].triggerValue = TRIGGER_VALUE(EnumKey_B);
25. // 注册回调函数为单击功能
26. KeyFuncs[1].fp_singleClick = KeyBPressEvent;
28. // 需要响应的键值注意是键值! 不是键编号! 组合按键用或
29. KeyFuncs[2].triggerValue = TRIGGER_VALUE(EnumKey_C) | TRIGGER_VALUE(EnumKey_D);
30. // 注册回调函数为组合键功能
31. KeyFuncs[2].fp_multiPress = KeyCDPressEvent;
33. KeyScanInit((KeyIO_t*)&SingleKey, GPIO_KEY_NUM, (KeyFunc_t*)&KeyFuncs, FUNC_KEY_NUM);
34. }
复制代码
初始化过程可以分为4个步骤：
- 初始化函数指针为NULL，这里的函数指针变量来自第4步定义的xdata KeyFunc_t KeyFuncs[FUNC_KEY_NUM]
- 告诉单片机按键的硬件连线位置，假如按键A,B,C,D的一端分别连到单片机的P36,P52,P54,P53上，另一端接地，就按照上面的程序设置。如果按键是矩阵的，没有接地，就把按键两端的IO都对应写成字符串。
(这么做的好处就是可以把按键随便乱接，毕竟有的封装，比如SOP-16是没有完整的一组8bit IO引出的，假如在这个单片机上用传统的方式应用4×4矩阵键盘，位处理是不是特别难受？)
- 这一步把按键和一个事件函数联系起来。
  需要用到TRIGGER_VALUE宏，把按键编号转换成触发值，如果用到组合键，把各个按键的触发值用|连接即可。
  还需要注意的就是按键的功能是靠结构体成员的名字来区分的，有fp_singleClick, fp_comboClick, fp_longPress, fp_multiPress共4种，给哪个赋值，对应的事件函数就是什么功能。
- 把刚才设置好的结构体给到按键扫描程序，开始按键扫描。
编写主函数，把KeyInit()放到初始化里，把KeyEventProcess()放到while(1)里。
1. void main(){
2. EA = 1;
3. UartInit();
4. KeyInit(); //按键扫描初始化
5. // printf发送长串被中断打断会死机，使用UartSendString
6. // printf("testtesttesttesttesttesttesttesttesttesttesttesttest\r\n");
7. UartSendString("testtesttesttesttesttesttesttesttesttesttesttesttest\r\n");
8. while(1){
9. KeyEventProcess();
10. }
11. }
复制代码
KeyEventProcess()检查事件队列，执行队列里所有函数。如果队列满了，那么再有按键事件的话，就会被忽略。所以，慢点按，哈哈。(其实单片机速度够，快点按也没事，而且队列长度能改，在KeyScanConfig.h里)

注意事项

printf发送字符串有bug。
具体发生在printf发送过程中被中断打断的时候，现象是死机，串口不断发送乱码。调节串口中断优先级为最高没有改善。
如果没有中断打断，不会有bug。
系统主频率在main.h里对应实际主频率修改。
串口波特率在Uart.h里对应实际波特率修改。
目前仅在IAP15W4K61S4上实验，15系列的单片机可以直接用，如果更换其他系列单片机需要修改Timer0的初始化和中断函数。(在KeyScan.c里定义)
编译报了3个警告，不影响。

其他

害，原谅我偷懒下吧……其实文档已经在github上面写好了，这里不知道怎么用markdown编辑器，搞得排版很乱……所以剩下的设计思路参考Wiki吧。

工程代码已上传。(也可以到github上面下载https://github.com/AdjWang/C51KeyScan)

ID:84652 · 发表于 2020-4-10 11:50

本帖最后由王朗的诱惑于 2020-4-14 22:30 编辑

之前上传失败了……

状态机按键20200409bak.zip (1.12 MB, 下载次数: 38)

ID:626079 · 发表于 2020-4-14 15:28

大侠真的太历害得不要不要的。佩服，啥时候有楼主一半的水平就可以了。

ID:84652 · 发表于 2020-4-14 22:35

xmfjfhcel 发表于 2020-4-14 15:28
大侠真的太历害得不要不要的。佩服，啥时候有楼主一半的水平就可以了。

哈哈，多谢夸奖。我也不聪明啊，只是努力并坚持下来，玩单片机快6年了，我能做到的，你也一定能，说不定还能做得更好。

ID:137736 · 发表于 2022-9-1 18:06

很好，可以参考，不过太消耗资源了

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