新型的按鍵掃描程式

新型的按鍵掃描程式
不過我在網上游逛了很久，也看過不少源程式了，沒有發現這種按鍵處理辦法的蹤跡，所以，我將他共享出來，和廣大同僚們共勉。我非常堅信這種按鍵處理辦法的便捷和高效，你可以移植到任何一種嵌入式處理器上面，因為C語言強大的可移植性。
同時，這裡面用到了一些分層的思想，在微控制器當中也是相當有用的，也是本文的另外一個重點。
對於老鳥，我建議直接看那兩個表示式，然後自己想想就會懂的了，也不需要聽我後面的自吹自擂了，我可沒有班門弄斧的意思，hoho～～但是對於新手，我建議將全文看完。因為這是實際專案中總結出來的經驗，學校裡面學不到的東西。
以下假設你懂C語言，因為純粹的C語言描述，所以和處理器平臺無關，你可以在MCS-51，AVR，PIC，甚至是ARM平臺上面測試這個程式效能。當然，我自己也是在多個專案用過，效果非常好的。
好了，工程人員的習慣，廢話就應該少說，開始吧。以下我以AVR的MEGA8作為平臺講解，沒有其它原因，因為我手頭上只有AVR的板子而已沒有51的。用51也可以，只是晶片初始化部分不同，還有暫存器名字不同而已。
核心演算法：
unsigned char Trg;
unsigned char Cont;
void KeyRead( void )
{
    unsigned char ReadData = PINB^0xff;   // 1
    Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont);      // 2
    Cont = ReadData;                                // 3
}
完了。有沒有一種不可思議的感覺？當然，沒有想懂之前會那樣，想懂之後就會驚歎於這演算法的精妙！！
下面是程式解釋：
Trg（triger） 代表的是觸發，Cont（continue）代表的是連續按下。
1：讀PORTB的埠資料，取反，然後送到ReadData 臨時變數裡面儲存起來。
2：演算法1，用來計算觸發變數的。一個位與操作，一個異或操作，我想學過C語言都應該懂吧？Trg為全域性變數，其它程式可以直接引用。
3：演算法2，用來計算連續變數。
看到這裡，有種“知其然，不知其所以然”的感覺吧？程式碼很簡單，但是它到底是怎麼樣實現我們的目的的呢？好，下面就讓我們繞開雲霧看青天吧。
我們最常用的按鍵接法如下：AVR是有內部上拉功能的，但是為了說明問題，我是特意用外部上拉電阻。那麼，按鍵沒有按下的時候，讀埠資料為1，如果按鍵按下，那麼埠讀到0。下面就看看具體幾種情況之下，這演算法是怎麼一回事。
（1）       沒有按鍵的時候
埠為0xff，ReadData讀埠並且取反，很顯然，就是 0x00 了。
Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); （初始狀態下，Cont也是為0的）很簡單的數學計算，因為ReadData為0，則它和任何數“相與”，結果也是為0的。
Cont = ReadData; 儲存Cont 其實就是等於ReadData，為0；
結果就是：
ReadData ＝ 0；
Trg ＝ 0；
Cont ＝ 0；
（2）       第一次PB0按下的情況
埠資料為0xfe，ReadData讀埠並且取反，很顯然，就是 0x01 了。
Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); 因為這是第一次按下，所以Cont是上次的值，應為為0。那麼這個式子的值也不難算，也就是 Trg = 0x01 & (0x01^0x00) = 0x01
Cont = ReadData = 0x01；
結果就是：
ReadData ＝ 0x01；
Trg ＝ 0x01；Trg只會在這個時候對應位的值為1，其它時候都為0
Cont ＝ 0x01；
（3）       PB0按著不鬆（長按鍵）的情況
埠資料為0xfe，ReadData讀埠並且取反是 0x01 了。
Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); 因為這是連續按下，所以Cont是上次的值，應為為0x01。那麼這個式子就變成了 Trg = 0x01 & (0x01^0x01) = 0x00
Cont = ReadData = 0x01；
結果就是：
ReadData ＝ 0x01；
Trg ＝ 0x00；
Cont ＝ 0x01；
因為現在按鍵是長按著，所以MCU會每個一定時間（20ms左右）不斷的執行這個函式，那麼下次執行的時候情況會是怎麼樣的呢？
ReadData ＝ 0x01；這個不會變，因為按鍵沒有鬆開
Trg ＝ ReadData & (ReadData ^ Cont) ＝ 0x01 & (0x01 ^ 0x01) = 0 ，只要按鍵沒有鬆開，這個Trg值永遠為 0 ！！！
Cont ＝ 0x01；只要按鍵沒有鬆開，這個值永遠是0x01！！
（4）       按鍵鬆開的情況
埠資料為0xff，ReadData讀埠並且取反是 0x00 了。
Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont) = 0x00 & (0x00^0x01) = 0x00
Cont = ReadData = 0x00；
結果就是：
ReadData ＝ 0x00；
Trg ＝ 0x00；
Cont ＝ 0x00；
很顯然，這個回到了初始狀態，也就是沒有按鍵按下的狀態。
總結一下，不知道想懂了沒有？其實很簡單，答案如下：
Trg 表示的就是觸發的意思，也就是跳變，只要有按鍵按下（電平從1到0的跳變），那麼Trg在對應按鍵的位上面會置一，我們用了PB0則Trg的值為0x01，類似，如果我們PB7按下的話，Trg 的值就應該為 0x80 ，這個很好理解，還有，最關鍵的地方，Trg 的值每次按下只會出現一次，然後立刻被清除，完全不需要人工去幹預。所以按鍵功能處理程式不會重複執行，省下了一大堆的條件判斷，這個可是精粹哦！！Cont代表的是長按鍵，如果PB0按著不放，那麼Cont的值就為 0x01，相對應，PB7按著不放，那麼Cont的值應該為0x80，同樣很好理解。
如果還是想不懂的話，可以自己演算一下那兩個表示式，應該不難理解的。
因為有了這個支援，那麼按鍵處理就變得很爽了，下面看應用：
應用一：一次觸發的按鍵處理
假設PB0為蜂鳴器按鍵，按一下，蜂鳴器beep的響一聲。這個很簡單，但是大家以前是怎麼做的呢？對比一下看誰的方便？
#define KEY_BEEP 0x01
void KeyProc(void)
{
       if (Trg & KEY_BEEP) // 如果按下的是KEY_BEEP
    {
         Beep();            // 執行蜂鳴器處理函式
    }
}
怎麼樣？夠和諧不？記得前面解釋說Trg的精粹是什麼？精粹就是隻會出現一次。所以你按下按鍵的話，Trg & KEY_BEEP 為“真”的情況只會出現一次，所以處理起來非常的方便，蜂鳴器也不會沒事亂叫，hoho～～～
或者你會認為這個處理簡單，沒有問題，我們繼續。
應用2：長按鍵的處理
專案中經常會遇到一些要求，例如：一個按鍵如果短按一下執行功能A，如果長按2秒不放的話會執行功能B，又或者是要求3秒按著不放，計數連加什麼什麼的功能，很實際。不知道大家以前是怎麼做的呢？我承認以前做的很鬱悶。
但是看我們這裡怎麼處理吧，或許你會大吃一驚，原來程式可以這麼簡單
這裡具個簡單例子，為了只是說明原理，PB0是模式按鍵，短按則切換模式，PB1就是加，如果長按的話則連加（玩過電子錶吧？沒錯，就是那個！）
#define KEY_MODE 0x01    // 模式按鍵
#define KEY_PLUS 0x02     // 加
void KeyProc(void)
{
       if (Trg & KEY_MODE) // 如果按下的是KEY_MODE，而且你常按這按鍵也沒有用，
    {                    //它是不會執行第二次的哦 ， 必須先鬆開再按下
         Mode++;         // 模式暫存器加1，當然，這裡只是演示，你可以執行你想
                         // 執行的任何程式碼
    }
    if (Cont & KEY_PLUS) // 如果“加”按鍵被按著不放
    {
         cnt_plus++;       // 計時
         if (cnt_plus > 100) // 20ms*100 = 2S 如果時間到
         {
              Func();      // 你需要的執行的程式
         }          
    }
}
不知道各位感覺如何？我覺得還是挺簡單的完成了任務，當然，作為演示用程式碼。
應用3：點觸型按鍵和開關型按鍵的混合使用
點觸形按鍵估計用的最多，特別是微控制器。開關型其實也很常見，例如家裡的電燈，那些按下就不鬆開，除非關。這是兩種按鍵形式的處理原理也沒啥特別，但是你有沒有想過，如果一個系統裡面這兩種按鍵是怎麼處理的？我想起了我以前的處理，分開兩個非常類似的處理程式，現在看起來真的是笨的不行了，但是也沒有辦法啊，結構決定了程式。不過現在好了，用上面介紹的辦法，很輕鬆就可以搞定。
原理麼？可能你也會想到，對於點觸開關，按照上面的辦法處理一次按下和長按，對於開關型，我們只需要處理Cont就OK了，為什麼？很簡單嘛，把它當成是一個長按鍵，這樣就找到了共同點，遮蔽了所有的細節。程式就不給了，完全就是應用2的內容，在這裡提為了就是說明原理～～
好了，這個好用的按鍵處理算是說完了。可能會有朋友會問，為什麼不說延時消抖問題？哈哈，被看穿了。果然不能偷懶。下面談談這個問題，順便也就非常簡單的談談我自己用時間片輪辦法，以及是如何消抖的。
延時消抖的辦法是非常傳統，也就是 第一次判斷有按鍵，延時一定的時間（一般習慣是20ms）再讀埠，如果兩次讀到的資料一樣，說明了是真正的按鍵，而不是抖動，則進入按鍵處理程式。
當然，不要跟我說你delay（20）那樣去死迴圈去，真是那樣的話，我衷心的建議你先放下手上所有的東西，好好的去了解一下作業系統的分時工作原理，大概知道思想就可以，不需要詳細看原理，否則你永遠逃不出“菜鳥”這個圈子。當然我也是菜鳥。我的意思是，真正的微控制器入門，是從學會處理多工開始的，這個也是學校程式跟公司程式的最大差別。當然，本文不是專門說這個的，所以也不獻醜了。
我的主程式架構是這樣的：
volatile unsigned char Intrcnt;
void InterruptHandle()    // 中斷服務程式
{
       Intrcnt++;          // 1ms 中斷1次，可變
}
void main(void)
{
       SysInit();
    while(1)           // 每20ms 執行一次大迴圈
    {
        KeyRead();             // 將每個子程式都掃描一遍
        KeyProc();
        Func1();
        Funt2();
        …
        …
           while(1)
        {
              if (Intrcnt>20)     // 一直在等，直到20ms時間到
              {
                   Intrcnt="0";
                   break;       // 返回主迴圈
              }
        }
       }
}
貌似扯遠了，回到我們剛才的問題，也就是怎麼做按鍵消抖處理。我們將讀按鍵的程式放在了主迴圈，也就是說，每20ms我們會執行一次KeyRead()函式來得到新的Trg 和 Cont 值。好了，下面是我的消抖部分：很簡單
基本架構如上，我自己比較喜歡的，一直在用。當然，和這個配合，每個子程式必須執行時間不長，更加不能死迴圈，一般採用有限狀態機的辦法來實現，具體參考其它資料咯。
懂得基本原理之後，至於怎麼用就大家慢慢思考了，我想也難不到聰明的工程師們。例如還有一些處理，
怎麼判斷按鍵釋放？很簡單，Trg 和Cont都為0 則肯定已經釋放了