[后續]單片機狀態機+事件驅動按鍵掃描

ID:84652 · 發表于 2020-4-9 23:38

本帖最后由王朗的誘惑于 2020-4-14 22:26 編輯

前接[失敗]狀態機+事件驅動按鍵掃描。(如果懶得看前面的內容可以直接看本帖，無妨)
繼2018年10月實驗過一個按鍵掃描失敗，時隔將近一年半，后續它終于來了！

這次換用了IAP15W4K61S4，把之前的程序搞好了。必須要承認一個錯誤：之前單片機死機其實不是單片機速度問題，而是程序設計問題[慚愧……]，現在已經解決。這次的程序添加了事件隊列，進一步釋放定時器資源。定時器只負責添加任務，由主程序清空任務隊列+執行事件函數。所以芯片慢點也沒關系啦。

正文

狀態機、事件隊列

狀態機還是挺常見，不過為什么要用事件隊列呢？因為中斷函數不能拖得太長，如果定時器中斷執行的事件函數還沒完，下一次中斷又來了可怎么辦……所以加入事件隊列機制，中斷只負責把需要執行的事件入隊，由主函數執行并清空隊列里面的事件函數，也算是某種“異步”了吧。

假如主函數清空隊列的速度還沒有定時器入隊快，那么隊列滿了以后，之后的按鍵事件直接拋棄，不會響應。

參考資料

機智云的STM32按鍵掃描

資源占用

定時器0 - 按鍵掃描
定時器1 - 串口1
Program Size: data=59.3 xdata=100 code=4214(MDK5 C51編譯，8級優化，還是占了挺多空間的，不過功能強大)

功能說明

支持button和switch
支持button單擊、多擊、長按、多按鍵組合
支持任意IO的按鍵連接

文件說明

KeyScanConfig.h
按鍵掃描相關的一些常量，根據需要修改。
1. #define EN_P4 //如果按鍵連接到P4上需要使能此項有的封裝沒有P4
2. #define EN_P5 //如果按鍵連接到P5上需要使能此項有的封裝沒有P5
3. #define EN_P6 //如果按鍵連接到P6上需要使能此項有的封裝沒有P6
4. typedef unsigned int keyTriggerType_t; //數據類型是幾位就支持幾個按鍵定義多了占內存
5. #define MAX_KEY_NUMBER (sizeof(keyTriggerType_t)<<3)//最大支持按鍵數量為keyTriggerType_t的位數即(sizeof(keyTriggerType_t)*8)
7. #define DEBOUNCE_TIME 20 //消抖延時ms
8. #define LONG_PRESS_TIME 1500 //長按判定時間ms
9. #define N_CLICK_NUMBER 2 //連擊判定次數
10. #define N_CLICK_TIMELIMIT 300 //連擊間隔超時時間ms (超過此時間判定為單擊)
11. #define EVENT_QUEUE_LEN 8 // 事件隊列長度，為了簡化計算，需要為2的整數次冪
復制代碼
KeyScan.h
各種枚舉、結構體、函數定義。不需要用戶修改。
KeyScan.c
按鍵掃描的實現。不需要用戶修改。

使用方法

以下步驟在主函數main.c中操作。

把KeyScan.h, KeyScan.c, KeyScanConfig.h放到工程目錄下。
在主函數中引入頭文件
1. #include "main.h"
2. #include "Uart.h"
3. #include "KeyScan.h"
復制代碼
main.h包含基本數據類型的typedef定義，一些C庫的頭文件引入和系統時鐘設置；
Uart.h是單片機串口模塊頭文件；
KeyScan.h是按鍵掃描模塊頭文件。
假如現在有4個按鍵A,B,C,D，給按鍵編號，放到枚舉類型里。
1. enum EnumUserKey{ //按鍵編號從0開始不得超過(MAX_KEY_NUMBER-1)
2. EnumKey_A = 0,
3. EnumKey_B = 1,
4. EnumKey_C = 2,
5. EnumKey_D = 3
6. };
復制代碼
定義按鍵相關的兩個結構體，作為全局變量。GPIO_KEY_NUM是第3步中按鍵的數量，這里是4；FUNC_KEY_NUM是第5步中事件函數的數量，這里是3，功能與按鍵是獨立的，數量可以不相等。
1. #define GPIO_KEY_NUM 4 // 按鍵總數，即enum EnumUserKey定義的按鍵數量
2. xdata KeyIO_t SingleKey[GPIO_KEY_NUM]; // 按鍵IO數組
3. #define FUNC_KEY_NUM 3 // 用戶自定義的功能總數
4. xdata KeyFunc_t KeyFuncs[FUNC_KEY_NUM]; // 按鍵功能數組
復制代碼
定義按鍵功能函數。比如，需要按鍵A,B單擊分別觸發，按鍵C,D同時按下觸發，功能函數可以定義成下面這樣，函數名字隨意。
1. void KeyAPressEvent(void){
2. P40 = ~P40;
3. }
4. void KeyBPressEvent(void){
5. Delay100ms();
6. }
7. void KeyCDPressEvent(void){
8. P41 = ~P41;
9. // printf發送長串被中斷打斷會死機，使用UartSendString
10. // 如果很短可以使用printf
11. UartSendString("testtesttesttesttesttesttesttesttesttesttesttesttest\r\n");
12. Delay100ms(); // 長延時也不會死機了，哈哈
13. UartSendString("testtesttesttesttesttesttesttesttesttesttesttesttest\r\n");
14. Delay100ms();
15. }
復制代碼
好的，現在按鍵有了，功能也有了，但是還沒聯系到一起。下面是按鍵掃描初始化函數，把它們聯系起來。
1. //按鍵掃描初始化
2. void KeyInit(void){
3. u8 i;
4. // 函數指針必須全部初始化為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. // 注冊按鍵 Port1必須是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. // 需要響應的鍵值注意是鍵值! 不是鍵編號! 組合按鍵用或
19. KeyFuncs[0].triggerValue = TRIGGER_VALUE(EnumKey_A);
20. // 注冊回調函數為單擊功能
21. KeyFuncs[0].fp_singleClick = KeyAPressEvent;
23. // 需要響應的鍵值注意是鍵值! 不是鍵編號! 組合按鍵用或
24. KeyFuncs[1].triggerValue = TRIGGER_VALUE(EnumKey_B);
25. // 注冊回調函數為單擊功能
26. KeyFuncs[1].fp_singleClick = KeyBPressEvent;
28. // 需要響應的鍵值注意是鍵值! 不是鍵編號! 組合按鍵用或
29. KeyFuncs[2].triggerValue = TRIGGER_VALUE(EnumKey_C) | TRIGGER_VALUE(EnumKey_D);
30. // 注冊回調函數為組合鍵功能
31. KeyFuncs[2].fp_multiPress = KeyCDPressEvent;
33. KeyScanInit((KeyIO_t*)&SingleKey, GPIO_KEY_NUM, (KeyFunc_t*)&KeyFuncs, FUNC_KEY_NUM);
34. }
復制代碼
初始化過程可以分為4個步驟：
- 初始化函數指針為NULL，這里的函數指針變量來自第4步定義的xdata KeyFunc_t KeyFuncs[FUNC_KEY_NUM]
- 告訴單片機按鍵的硬件連線位置，假如按鍵A,B,C,D的一端分別連到單片機的P36,P52,P54,P53上，另一端接地，就按照上面的程序設置。如果按鍵是矩陣的，沒有接地，就把按鍵兩端的IO都對應寫成字符串。
(這么做的好處就是可以把按鍵隨便亂接，畢竟有的封裝，比如SOP-16是沒有完整的一組8bit IO引出的，假如在這個單片機上用傳統的方式應用4×4矩陣鍵盤，位處理是不是特別難受？)
- 這一步把按鍵和一個事件函數聯系起來。
  需要用到TRIGGER_VALUE宏，把按鍵編號轉換成觸發值，如果用到組合鍵，把各個按鍵的觸發值用|連接即可。
  還需要注意的就是按鍵的功能是靠結構體成員的名字來區分的，有fp_singleClick, fp_comboClick, fp_longPress, fp_multiPress共4種，給哪個賦值，對應的事件函數就是什么功能。
- 把剛才設置好的結構體給到按鍵掃描程序，開始按鍵掃描。
編寫主函數，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(); //按鍵掃描初始化
5. // printf發送長串被中斷打斷會死機，使用UartSendString
6. // printf("testtesttesttesttesttesttesttesttesttesttesttesttest\r\n");
7. UartSendString("testtesttesttesttesttesttesttesttesttesttesttesttest\r\n");
8. while(1){
9. KeyEventProcess();
10. }
11. }
復制代碼
KeyEventProcess()檢查事件隊列，執行隊列里所有函數。如果隊列滿了，那么再有按鍵事件的話，就會被忽略。所以，慢點按，哈哈。(其實單片機速度夠，快點按也沒事，而且隊列長度能改，在KeyScanConfig.h里)

注意事項

printf發送字符串有bug。
具體發生在printf發送過程中被中斷打斷的時候，現象是死機，串口不斷發送亂碼。調節串口中斷優先級為最高沒有改善。
如果沒有中斷打斷，不會有bug。
系統主頻率在main.h里對應實際主頻率修改。
串口波特率在Uart.h里對應實際波特率修改。
目前僅在IAP15W4K61S4上實驗，15系列的單片機可以直接用，如果更換其他系列單片機需要修改Timer0的初始化和中斷函數。(在KeyScan.c里定義)
編譯報了3個警告，不影響。

其他

害，原諒我偷懶下吧……其實文檔已經在github上面寫好了，這里不知道怎么用markdown編輯器，搞得排版很亂……所以剩下的設計思路參考Wiki吧。

工程代碼已上傳。(也可以到github上面下載https://github.com/AdjWang/C51KeyScan)