stm32【按键处理：单击、连击、长按】

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

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    |_____________               _____________               _____________|             |             |             |             |_____________|             |_____________|             */

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); 
}

▲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)=1MTIM_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ARRTIM_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
}

▲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 0NVIC_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);
}

▲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;

▲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}
}

▲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();
}

▲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;}}

▲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++;}

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1key.time_idle = KEY_TIME_OUT;				//按键空闲时间超时}
}

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
}

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){   }

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++;}

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}}
}

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}
}

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){   }

▲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;}
}

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;}

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