MCU软件最佳实践——独立按键

1. 引子

在进行mcu驱动和应用开发时，经常会遇到独立按键驱动的开发，独立按键似乎是每一个嵌入式工程师的入门必修课。笔者翻阅了许多书籍（包括上大学时候用的书籍）同时查阅了网上许多网友的博客，无一例外，清一色采用检测、延时、再检测，千篇一律，似乎是按键过于简单，因此没有人愿意推陈出新。
本文介绍一种独立按键驱动，消除抖动不采用软件延时（让CPU死等，mcu无休止的运行_nop_()函数，在稍微复杂应用场景，cpu时间捉襟见肘的场合，一个独立按键便让CPU如此耗力，是非常不明智的）。本驱动短小精悍，可以是适用于裸机应用，也可方便移植到rtos。

2. 思路

分析独立按键按下的过程，分为稳定状态、非稳定状态；
根据经验值，抖动消除时间为10ms左右；
累计检测到超过10ms按下状态，视为按键按下；
累计检测到超过10ms弹起状态，视为按键弹起；

2.1 按键驱动key.c

/**
 * @file: key.c
 * @brief: 按键驱动实现
 */
#include <reg52.h>
#define STAT_RELEASED     (1)
#define STAT_PRESSED      (0)
unsigned char (*keyfn)(void);// 应用提供本函数实现，返回1表示读到高电平，返回0表示读到低电平
unsigned char flg_down;
unsigned char flg_up;
unsigned char stat; // 默认是弹起状态
unsigned char timer;
 
void key_init(unsigned char (*fn)(void))
{
    stat = STAT_RELEASED;
    keyfn = fn;
}
 
void key_scan(void)
{
    if(keyfn && !keyfn()) // 有按键按下
    {
        if(timer < 1)  // 非稳态
        {
            timer++;
            return;
        }
        if(stat == STAT_RELEASED)
        {
            stat = STAT_PRESSED;
            // post down event
            flg_down = 1;
        }
    }
    else
    {
        if(timer > 0) // 非稳态
        {
            timer--;
            return;
        }
        if(stat == STAT_PRESSED)
        {
            stat = STAT_RELEASED;
            // post up event
            flg_up = 1;
        }
    }
}

2.2 按键对外接口key.h

/**
 * @file:key.h
 * @brief:按键驱动对外接口
 */
 /**
  * @function: key_init
  * @param fn: 函数指针，有返回值，读到高电平返回1，读到低电平返回0
  * @brief: 按键模块初始化函数，传递io电平读取函数到按键模块
  */
extern void key_init(unsigned char (*fn)(void));
extern unsigned char flg_down;
extern unsigned char flg_up;
extern void key_scan(void); // 10ms周期调用

3 实验

假设单片机P2.1口为按键；
按下和弹起时，串口打印输出

为了方便实验，添加串口驱动、定时器驱动程序。

3.1 串口驱动

/**
 * @file: uart.c
 * @brief: 串口驱动，波特率9600bps，10bit模式
 *
 */
#include <reg52.h>
 
void uart_init(void)
{
    SCON = 0X50; // 10bit 可变波特率模式
    
    //T1: SM1SM0=10,8bit auto reload,波特率9600bps
    TMOD = (TMOD & 0X0F) | (1 << 5);
    TH1 = TL1 = 0XFD;
    TR1 = 1;
    
    ES = 1;
    EA = 1;
    TI = 1; // start transmit if using putchar provided by c51 lib
}
 
void uart_isr(void) interrupt 4
{
    if(RI)
    {
        RI = 0;
    }
    if(TI)
    {
    }
}

/**
 * @file: uart.h
 */
// 串口模块
extern void uart_init(void);

3.2 定时器驱动

/**
 * @file: timer0.c
 * @brief: 产生10ms事件
 */
#include <reg52.h>
int systick;
unsigned char flg_10ms;
unsigned char flg_50ms;
unsigned char flg_sec;
void timer_init(unsigned char ms)
{
    TMOD = (TMOD & 0XF0);  // 模式0:13bit 定时器模式，最大计数值8192
    TH0 = (8192 - ms * 1000) / 32; // TH0的8位保存13bit初值的高8bit
    TL0 = (8192 - ms * 1000) % 32; // TL0的低5位用来存储13bit初值得低5bit
    
    TR0 = 1;
    
    ET0 = 1;
    EA = 1;
}
 
 
void timer_isr(void) interrupt 1
{
    TR0 = 0;
    timer_init(1);
    
    systick++;
    if(systick % 10 == 0)
    {
        flg_10ms = 1;
        if(systick % 50 == 0)
        {
            flg_50ms = 1;
            if(systick % 1000 == 0)
            {
                flg_sec = 1;
            }
        }
    }
}

/**
 * @file:timer0.h
 */
// 定时器模块
extern unsigned char flg_10ms;
extern unsigned char flg_50ms;
extern unsigned char flg_sec;
extern void timer_init(unsigned char ms);

3.3 编写应用

1. 初始化串口、定时器、按键模块
2. 10ms为周期扫描按键

3. 监测按键事件并处理

   #include <reg52.h>
   #include <timer0.h>
   #include <uart.h>
   #include <key.h>
   #include <stdio.h>
   
   sbit button = P2^1;
    
   unsigned char kfn(void)
   {
    return button? 1: 0;
   }
    
   void main(void)
   {
    uart_init();
    timer_init(1);
    key_init(kfn);
    while(1)
    {
        if(flg_10ms)
        {
            flg_10ms = 0;
            key_scan(); // 10ms扫描1次
        }
        if(flg_down)
        {
            flg_down = 0;
            printf("key pressed\r\n");
        }
        if(flg_up)
        {
            flg_up = 0;
            printf("key released\r\n");
        }
    }
   }