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【转载】单片机状态机实现多个按键同时检测单击、多击、长按等操作--from森

MarsZ

工程师

2024-12-21 13:21:53 打赏

只看楼主 1楼

1.背景

在之前有个项目需要一个或多个按键检测：单击、双击、长按等操作

于是写了一份基于状态机的按键检测，分享一下思路

2.实现效果

单击翻转绿灯电平

双击翻转红灯电平

长按反转红绿灯电平

实现状态机检测按键单击，双击，长按等状态

3.代码实现

本代码是基于正点原子STM32F407ZGT6探索者开发板 HAL库写的

关于按键的代码可以直接移植，与芯片和HAL库没有多大联系，主要就是引脚定义是使用CubeMX生成的在main.h中，如下

#define BUTTON3_Pin GPIO_PIN_2

#define BUTTON3_GPIO_Port GPIOE

#define BUTTON2_Pin GPIO_PIN_3

#define BUTTON2_GPIO_Port GPIOE

#define BUTTON1_Pin GPIO_PIN_4

#define BUTTON1_GPIO_Port GPIOE

#define LED0_Pin GPIO_PIN_9

#define LED0_GPIO_Port GPIOF

#define LED1_Pin GPIO_PIN_10

#define LED1_GPIO_Port GPIOF

3.1 driver_button.c文件

#include "main.h"

#include "driver_boutton.h"

#define NUM_BUTTONS 3

#define DOUBLE_CLICK_TIME 200 // 双击最大间隔时间（ms）

#define LONG_PRESS_TIME 300 // 长按最小持续时间（ms）

void button_scan(void);

void button_init(void);

ButtonNum button_get_number(void);

// GPIO端口和PIN引脚数组

const GPIO_TypeDef* button_GPIO_Ports[NUM_BUTTONS] =

{

BUTTON1_GPIO_Port,BUTTON2_GPIO_Port, BUTTON3_GPIO_Port,

};

const uint16_t button_GPIO_Pins[NUM_BUTTONS] =

{

BUTTON1_Pin,BUTTON2_Pin, BUTTON3_Pin,

};

// 按键状态定义

typedef enum

{

BUTTON_RELEASED, //松开

BUTTON_PRESSED, //按下

BUTTON_SINGLE_CLICK, //单击

BUTTON_DOUBLE_CLICK, //双击

BUTTON_LONG_PRESS //长按

} Button_State;

// 按键结构体定义

typedef struct

{

GPIO_TypeDef *GPIOx;

uint16_t GPIO_PIN; // 按键连接的GPIO引脚

Button_State state; // 按键状态

uint32_t press_time; // 按下时间

uint32_t release_time; // 释放时间

uint8_t click_count; // 连续点击次数

uint32_t num; // 按键键值

} Button_TypeDef;

//按键函数指针

const Button_Handler *button = &(const Button_Handler)

{

.get_tick = HAL_GetTick, //获取系统时间滴答

.init = button_init, //按键初始化

.callback = button_scan, //按键扫描回调函数

.get_number = button_get_number, //获取键值

};

static Button_TypeDef buttons[NUM_BUTTONS];

static ButtonNum button_num = {0,0,0};

/**

* @简要初始化按键配置

* @说明该函数对每个按键的GPIO端口和引脚进行初始化，并将按键状态设置为未按下

* @参数无

* @返回值无

void button_init(void)

{

for (int i = 0; i < NUM_BUTTONS; i++)

{

buttons[i].GPIOx = (GPIO_TypeDef*)button_GPIO_Ports[i];

buttons[i].GPIO_PIN = button_GPIO_Pins[i];

buttons[i].state = BUTTON_RELEASED;

buttons[i].click_count = 0;

buttons[i].num = 0x01 << i;

}

/**

* @简要定时器扫描按键

* @说明定时器消抖扫描并检测按键状态

* @参数无

* @返回值无

void button_scan(void) {

uint32_t current_time = button->get_tick(); // 获取当前时间

for (int i = 0; i < NUM_BUTTONS; i++) //遍历所有按键

{

Button_TypeDef *button = &buttons[i];

uint8_t current_state = HAL_GPIO_ReadPin(button->GPIOx, button->GPIO_PIN); // 读取按键状态

if (current_state == 0) // 按键按下

{

if (button->state == BUTTON_RELEASED) // 如果之前是松开状态

{

button->press_time = current_time; // 记录按下时间

button->state = BUTTON_PRESSED; //更新按键状态为按下

}

else // 按键释放

{

if (button->state == BUTTON_PRESSED) // 如果之前是按下状态

{

button->release_time = current_time; // 记录释放时间

uint32_t press_duration = button->release_time - button->press_time; // 计算按下持续时间

if (press_duration >= LONG_PRESS_TIME) // 如果按下时间超过长按阈值

{

button->state = BUTTON_LONG_PRESS; // 更新状态为长按

button_num.more |= buttons[i].num; // 标记长按事件

}

else //如果按下时间在长按阈值范围内

{

button->click_count++; // 增加点击计数

}

// 复位按键状态

button->state = BUTTON_RELEASED;

}

if (button->click_count) // 如果有点击计数

{

// 距离下一次按下时间大于 DOUBLE_CLICK_TIME 可认为是单击

if (button->click_count == 1 && current_time - button->release_time > DOUBLE_CLICK_TIME)

{

button->click_count = 0; // 重置点击计数

button_num.once |= buttons[i].num; // 标记单击事件

}

// 否则在 DOUBLE_CLICK_TIME 时间段内按几下算几连击

else if (button->click_count >= 2 && current_time - button->release_time > DOUBLE_CLICK_TIME)

{

button->click_count = 0; // 重置点击计数

button_num.twice |= buttons[i].num; // 标记双击事件

}

/**

* @简要获取按键状态

* @说明返回当前各类按键的键值

* @参数无

* @返回值按键的键值

ButtonNum button_get_number(void)

{

ButtonNum temp = button_num;

button_num.once = 0;

button_num.twice = 0;

button_num.more = 0;

return temp;

}

3.2 driver_button.h文件

#ifndef __driver_button__

#define __driver_button__

#include <stdint.h>

#define BUTTON1_ONCE (0x01 << 0)

#define BUTTON2_ONCE (0x01 << 1)

#define BUTTON3_ONCE (0x01 << 2)

#define BUTTON1_TWICE (0x01 << 0)

#define BUTTON2_TWICE (0x01 << 1)

#define BUTTON3_TWICE (0x01 << 2)

#define BUTTON1_MORE (0x01 << 0)

#define BUTTON2_MORE (0x01 << 1)

#define BUTTON3_MORE (0x01 << 2)

typedef struct{

uint32_t once; //单击

uint32_t twice; //双击

uint32_t more; //长按

}ButtonNum;

extern ButtonNum button_num;

// 按键处理函数结构体定义

typedef struct {

uint32_t (*get_tick)(void); // 获取系统时间的函数指针

void (*init)(void); // 初始化函数指针

void (*callback)(void); // 回调函数指针

ButtonNum (*get_number)(void);

} Button_Handler;

extern const Button_Handler *button;

#endif

3.3 在定时器中断中检测按键

这里我使用的是TIM6，每10ms扫描一次

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)

{

static uint32_t timerCount_key = 0;

if(htim->Instance == TIM6)

{

timerCount_key++;

if(timerCount_key == 10)

{

timerCount_key = 0;

button->callback();

}

3.4 主函数中使用方法

这里使用按键控制led灯演示

/* USER CODE BEGIN 2 */

HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6);

button->init();

/* USER CODE END 2 */

/* Infinite loop */

/* USER CODE BEGIN WHILE */

while (1)

{

/* USER CODE END WHILE */

/* USER CODE BEGIN 3 */

ButtonNum num = button->get_number();

if(num.twice == BUTTON1_TWICE) HAL_GPIO_TogglePin(LED0_GPIO_Port,LED0_Pin);

if(num.twice == BUTTON2_TWICE) HAL_GPIO_TogglePin(LED0_GPIO_Port,LED0_Pin);

if(num.twice == BUTTON3_TWICE) HAL_GPIO_TogglePin(LED0_GPIO_Port,LED0_Pin);

if(num.more == BUTTON1_MORE) HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin),HAL_GPIO_TogglePin(LED0_GPIO_Port,LED0_Pin);

if(num.more == BUTTON2_MORE) HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin),HAL_GPIO_TogglePin(LED0_GPIO_Port,LED0_Pin);

if(num.more == BUTTON3_MORE) HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin),HAL_GPIO_TogglePin(LED0_GPIO_Port,LED0_Pin);

if(num.once == BUTTON1_ONCE) HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin);

if(num.once == BUTTON2_ONCE) HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin);

if(num.once == BUTTON3_ONCE) HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin);

}

/* USER CODE END 3 */

4.按键状态机思路

void button_scan(void)

主要思路是这样：

我每次定时器执行这个按键扫描的回调函数，都会轮询判断一下所有的按键状态。

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)

{

static uint32_t timerCount_key = 0;

if(htim->Instance == TIM6)

{

timerCount_key++;

if(timerCount_key == 10)

{

timerCount_key = 0;

button->callback();

}

例如在此之前我从来没按下过按键，当我的按键1按下的时刻，

uint8_t current_state = HAL_GPIO_ReadPin(button->GPIOx, button->GPIO_PIN); // 读取按键状态

current_state被返回了低电平（取决于你的电路设计，我这里按键按下接地）

然后就会进入到

if (current_state == 0) // 按键按下

{

if (button->state == BUTTON_RELEASED) // 如果之前是松开状态

{

button->press_time = current_time; // 记录按下时间

button->state = BUTTON_PRESSED; // 更新按键状态为按下

}

在这里由于我们是第一次按下会被标记为状态为按下，然后将你的结构体中的按下时间记录为这一次扫描按键时的HAL_GetTick();
然后你按下按键是需要松手的吧
现在你松手了，接上面的if语句：

else // 按键释放

{

if (button->state == BUTTON_PRESSED) // 如果之前是按下状态

{

button->release_time = current_time; // 记录释放时间

uint32_t press_duration = button->release_time - button->press_time; // 计算按下持续时间

if (press_duration >= LONG_PRESS_TIME) // 如果按下时间超过长按阈值

{

button->state = BUTTON_LONG_PRESS; // 更新状态为长按

button_num.more |= buttons[i].num; // 标记长按事件

}

else // 如果按下时间在长按阈值范围内

{

button->click_count++; // 增加点击计数

}

// 复位按键状态

button->state = BUTTON_RELEASED;

}

松手之后（按键释放，那么按键又被上拉到高电平了），这里先判断一下你之前的状态，必须要判断一下这个按键之前是不是被按下了，要不然就会一直进入这个if语句。
由于每次进入这个按键扫描函数都会记录一下HAL_GetTick();，

uint32_t press_duration = button->release_time - button->press_time; // 计算按下持续时间

所以记下了你上次按下按键与这次松开按键的时间间隔，那么这就可以得出你的按下时间，如果超过了长按阈值那么肯定就是长按状态了，就执行对应的长按操作。

如果你的时间间隔少于长按的时间阈值，那么就会给你增加一次点击计数。

之后你松开了按键那么可能要把按键的状态恢复到初始化的情况。

这时这个函数还没有结束，接下来会进入到这个if语句：

if (button->click_count) // 如果有点击计数

{

// 距离下一次按下时间大于 DOUBLE_CLICK_TIME 可认为是单击

if (button->click_count == 1 && current_time - button->release_time > DOUBLE_CLICK_TIME)

{

button->click_count = 0; // 重置点击计数

button_num.once |= buttons[i].num; // 标记单击事件

}

// 否则在 DOUBLE_CLICK_TIME 时间段内按几下算几连击

else if (button->click_count >= 2 && current_time - button->release_time > DOUBLE_CLICK_TIME)

{

button->click_count = 0; // 重置点击计数

button_num.twice |= buttons[i].num; // 标记双击事件

}

如果你按下按键的时间低于长按的时间阈值的话，那么就会进入这个函数，否则直接跳过这个if语句。
例如，这个时候从头到尾，你只按了一次低于长按时间阈值的操作，暂停时间分析：
再进入这个if语句：

if (button->click_count == 1 && current_time - button->release_time > DOUBLE_CLICK_TIME)

{

button->click_count = 0; // 重置点击计数

button_num.once |= buttons[i].num; // 标记单击事件

}

这里判断你的点击次数为1，但是当前你按下到松手后时间还没有超过双击的时间阈值，那么

current_time - button->release_time > DOUBLE_CLICK_TIME

就是false，if语句就进不去，但是如果时间再过去一点，

current_time - button->release_time > DOUBLE_CLICK_TIME

就是true，时间超过了双击的阈值，所以直接判断为单击。

再回到：例如，这个时候从头到尾，你只按了一次低于长按时间阈值的操作，时间暂停分析
接着上面的if判断：

if (button->click_count == 1 && current_time - button->release_time > DOUBLE_CLICK_TIME)

{

button->click_count = 0; // 重置点击计数

button_num.once |= buttons[i].num; // 标记单击事件

}

目前你还没有超过双击的时间阈值
紧接着你又按下了一次按键，并且这一次按下时间同样低于双击的阈值，那么就会继续增加的点击计数
直到本次按键的时间间隔大于双击的阈值，则判断结束，可以返回按键的点击次数了

5.结束

目前代码能够正常检测单击，双击，长按等操作

来源：整理文章为传播相关技术，网络版权归原作者所有，如有侵权，请联系删除。

huan2220

专家

2024-12-21 22:18:44 打赏

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