真正的單片機(jī)入門(mén) 從處理多任務(wù)開(kāi)始
真正的單片機(jī)入門(mén)，是從學(xué)會(huì)處理多任務(wù)開(kāi)始的（按鍵算法）
我在網(wǎng)上游逛了很久，也看過(guò)不少源程序了，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這種按鍵處理辦法的蹤跡，所以，我將他共享出來(lái)，和廣大同僚們共勉。我非常堅(jiān)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?yàn)镃語(yǔ)言強(qiáng)大的可移植性。
同時(shí)，這里面用到了一些分層的思想，在單片機(jī)當(dāng)中也是相當(dāng)有用的，也是本文的另外一個(gè)重點(diǎn)。
對(duì)于老鳥(niǎo)，我建議直接看那兩個(gè)表達(dá)式，然后自己想想就會(huì)懂的了，也不需要聽(tīng)我后面的自吹自擂了，我可沒(méi)有班門(mén)弄斧的意思，hoho～～但是對(duì)于新手，我建議將全文看完。因?yàn)檫@是實(shí)際項(xiàng)目中總結(jié)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)，學(xué)校里面學(xué)不到的東西。
以下假設(shè)你懂C語(yǔ)言，因?yàn)榧兇獾腃語(yǔ)言描述，所以和處理器平臺(tái)無(wú)關(guān)，你可以在MCS-51，AVR，PIC，甚至是ARM平臺(tái)上面測(cè)試這個(gè)程序性能。當(dāng)然，我自己也是在多個(gè)項(xiàng)目用過(guò)，效果非常好的。
好了，工程人員的習(xí)慣，廢話就應(yīng)該少說(shuō)，開(kāi)始吧。以下我以AVR的MEGA8作為平臺(tái)講解，沒(méi)有其它原因，因?yàn)槲沂诸^上只有AVR的板子而已沒(méi)有51的。用51也可以，只是芯片初始化部分不同，還有寄存器名字不同而已。
核心算法：
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(méi)有一種不可思議的感覺(jué)？當(dāng)然，沒(méi)有想懂之前會(huì)那樣，想懂之后就會(huì)驚嘆于這算法的精妙！
下面是程序解釋：
Trg（triger） 代表的是觸發(fā)，Cont（continue）代表的是連續(xù)按下。
1：讀PORTB的端口數(shù)據(jù)，取反，然后送到ReadData 臨時(shí)變量里面保存起來(lái)。
2：算法1，用來(lái)計(jì)算觸發(fā)變量的。一個(gè)位與操作，一個(gè)異或操作，我想學(xué)過(guò)C語(yǔ)言都應(yīng)該懂吧？Trg為全局變量，其它程序可以直接引用。
3：算法2，用來(lái)計(jì)算連續(xù)變量。
看到這里，有種“知其然，不知其所以然”的感覺(jué)吧？代碼很簡(jiǎn)單，但是它到底是怎么樣實(shí)現(xiàn)我們的目的的呢？好，下面就讓我們繞開(kāi)云霧看青天吧。
我們最常用的按鍵接法如下：AVR是有內(nèi)部上拉功能的，但是為了說(shuō)明問(wèn)題，我是特意用外部上拉電阻。那么，按鍵沒(méi)有按下的時(shí)候，讀端口數(shù)據(jù)為1，如果按鍵按下，那么端口讀到0。下面就看看具體幾種情況之下，這算法是怎么一回事。
（1） 沒(méi)有按鍵的時(shí)候
端口為0xff，ReadData讀端口并且取反，很顯然，就是 0x00 了。
Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); （初始狀態(tài)下，Cont也是為0的）很簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算，因?yàn)镽eadData為0，則它和任何數(shù)“相與”，結(jié)果也是為0的。
Cont = ReadData; 保存Cont 其實(shí)就是等于ReadData，為0；
結(jié)果就是：
ReadData ＝ 0；
Trg ＝ 0；
Cont ＝ 0；
（2） 第一次PB0按下的情況
端口數(shù)據(jù)為0xfe，ReadData讀端口并且取反，很顯然，就是 0x01 了。
Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); 因?yàn)檫@是第一次按下，所以Cont是上次的值，應(yīng)為為0。那么這個(gè)式子的值也不難算，也就是 Trg = 0x01 & (0x01^0x00) = 0x01
Cont = ReadData = 0x01；
結(jié)果就是：
ReadData ＝ 0x01；
Trg ＝ 0x01；Trg只會(huì)在這個(gè)時(shí)候?qū)?yīng)位的值為1，其它時(shí)候都為0
Cont ＝ 0x01；
（3） PB0按著不松（長(zhǎng)按鍵）的情況
端口數(shù)據(jù)為0xfe，ReadData讀端口并且取反是 0x01 了。
Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont); 因?yàn)檫@是連續(xù)按下，所以Cont是上次的值，應(yīng)為為0x01。那么這個(gè)式子就變成了 Trg = 0x01 & (0x01^0x01) = 0x00
Cont = ReadData = 0x01；
結(jié)果就是：
ReadData ＝ 0x01；
Trg ＝ 0x00；
Cont ＝ 0x01；
因?yàn)楝F(xiàn)在按鍵是長(zhǎng)按著，所以MCU會(huì)每個(gè)一定時(shí)間（20ms左右）不斷的執(zhí)行這個(gè)函數(shù)，那么下次執(zhí)行的時(shí)候情況會(huì)是怎么樣的呢？
ReadData ＝ 0x01；這個(gè)不會(huì)變，因?yàn)榘存I沒(méi)有松開(kāi)
Trg ＝ ReadData & (ReadData ^ Cont) ＝ 0x01 & (0x01 ^ 0x01) = 0 ，只要按鍵沒(méi)有松開(kāi)，這個(gè)Trg值永遠(yuǎn)為 0 。！
Cont ＝ 0x01；只要按鍵沒(méi)有松開(kāi)，這個(gè)值永遠(yuǎn)是0x01！
（4） 按鍵松開(kāi)的情況
端口數(shù)據(jù)為0xff，ReadData讀端口并且取反是 0x00 了。
Trg = ReadData & (ReadData ^ Cont) = 0x00 & (0x00^0x01) = 0x00
Cont = ReadData = 0x00；
結(jié)果就是：
ReadData ＝ 0x00；
Trg ＝ 0x00；
Cont ＝ 0x00；
很顯然，這個(gè)回到了初始狀態(tài)，也就是沒(méi)有按鍵按下的狀態(tài)。
總結(jié)一下，不知道想懂了沒(méi)有？其實(shí)很簡(jiǎn)單，答案如下：
Trg 表示的就是觸發(fā)的意思，也就是跳變，只要有按鍵按下（電平從1到0的跳變），那么Trg在對(duì)應(yīng)按鍵的位上面會(huì)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(yīng)該為 0x80 ，這個(gè)很好理解，還有，最關(guān)鍵的地方，Trg 的值每次按下只會(huì)出現(xiàn)一次，然后立刻被清除，完全不需要人工去干預(yù)。所以按鍵功能處理程序不會(huì)重復(fù)執(zhí)行，省下了一大堆的條件判斷，這個(gè)可是精粹哦！！Cont代表的是長(zhǎng)按鍵，如果PB0按著不放，那么Cont的值就為 0x01，相對(duì)應(yīng)，PB7按著不放，那么Cont的值應(yīng)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(gè)表達(dá)式，應(yīng)該不難理解的。
因?yàn)橛辛诉@個(gè)支持，那么按鍵處理就變得很爽了，下面看應(yīng)用：
應(yīng)用一：一次觸發(fā)的按鍵處理
假設(shè)PB0為蜂鳴器按鍵，按一下，蜂鳴器beep的響一聲。這個(gè)很簡(jiǎn)單，但是大家以前是怎么做的呢？對(duì)比一下看誰(shuí)的方便？
#define KEY_BEEP 0x01
void KeyProc(void)
{
if (Trg & KEY_BEEP) // 如果按下的是KEY_BEEP
{
Beep(); // 執(zhí)行蜂鳴器處理函數(shù)
}
}
怎么樣？夠和諧不？記得前面解釋說(shuō)Trg的精粹是什么？精粹就是只會(huì)出現(xiàn)一次。所以你按下按鍵的話，Trg & KEY_BEEP 為“真”的情況只會(huì)出現(xiàn)一次，所以處理起來(lái)非常的方便，蜂鳴器也不會(huì)沒(méi)事亂叫，hoho～～～
或者你會(huì)認(rèn)為這個(gè)處理簡(jiǎn)單，沒(méi)有問(wèn)題，我們繼續(xù)。
應(yīng)用2：長(zhǎng)按鍵的處理
項(xiàng)目中經(jīng)常會(huì)遇到一些要求，例如：一個(gè)按鍵如果短按一下執(zhí)行功能A，如果長(zhǎng)按2秒不放的話會(huì)執(zhí)行功能B，又或者是要求3秒按著不放，計(jì)數(shù)連加什么什么的功能，很實(shí)際。不知道大家以前是怎么做的呢？我承認(rèn)以前做的很郁悶。
但是看我們這里怎么處理吧，或許你會(huì)大吃一驚，原來(lái)程序可以這么簡(jiǎn)單
這里具個(gè)簡(jiǎn)單例子，為了只是說(shuō)明原理，PB0是模式按鍵，短按則切換模式，PB1就是加，如果長(zhǎng)按的話則連加（玩過(guò)電子表吧？沒(méi)錯(cuò)，就是那個(gè)。
#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(méi)有用，
{ //它是不會(huì)執(zhí)行第二次的哦 ， 必須先松開(kāi)再按下
Mode++; // 模式寄存器加1，當(dāng)然，這里只是演示，你可以執(zhí)行你想
// 執(zhí)行的任何代碼
}
if (Cont & KEY_PLUS) // 如果“加”按鍵被按著不放
{
cnt_plus++; // 計(jì)時(shí)
if (cnt_plus > 100) // 20ms*100 = 2S 如果時(shí)間到
{
Func(); // 你需要的執(zhí)行的程序
}
}
}
不知道各位感覺(jué)如何？我覺(jué)得還是挺簡(jiǎn)單的完成了任務(wù)，當(dāng)然，作為演示用代碼
應(yīng)用3：點(diǎn)觸型按鍵和開(kāi)關(guān)型按鍵的混合使用
點(diǎn)觸形按鍵估計(jì)用的最多，特別是單片機(jī)。開(kāi)關(guān)型其實(shí)也很常見(jiàn)，例如家里的電燈，那些按下就不松開(kāi)，除非關(guān)。這是兩種按鍵形式的處理原理也沒(méi)啥特別，但是你有沒(méi)有想過(guò)，如果一個(gè)系統(tǒng)里面這兩種按鍵是怎么處理的？我想起了我以前的處理，分開(kāi)兩個(gè)非常類似的處理程序，現(xiàn)在看起來(lái)真的是笨的不行了，但是也沒(méi)有辦法啊，結(jié)構(gòu)決定了程序。不過(guò)現(xiàn)在好了，用上面介紹的辦法，很輕松就可以搞定。
原理么？可能你也會(huì)想到，對(duì)于點(diǎn)觸開(kāi)關(guān)，按照上面的辦法處理一次按下和長(zhǎng)按，對(duì)于開(kāi)關(guān)型，我們只需要處理Cont就OK了，為什么？很簡(jiǎn)單嘛，把它當(dāng)成是一個(gè)長(zhǎng)按鍵，這樣就找到了共同點(diǎn)，屏蔽了所有的細(xì)節(jié)。程序就不給了，完全就是應(yīng)用2的內(nèi)容，在這里提為了就是說(shuō)明原理～～
好了，這個(gè)好用的按鍵處理算是說(shuō)完了？赡軙(huì)有朋友會(huì)問(wèn)，為什么不說(shuō)延時(shí)消抖問(wèn)題？哈哈，被看穿了。果然不能偷懶。下面談?wù)勥@個(gè)問(wèn)題，順便也就非常簡(jiǎn)單的談?wù)勎易约河脮r(shí)間片輪辦法，以及是如何消抖的。
延時(shí)消抖的辦法是非常傳統(tǒng)，也就是 第一次判斷有按鍵，延時(shí)一定的時(shí)間（一般習(xí)慣是20ms）再讀端口，如果兩次讀到的數(shù)據(jù)一樣，說(shuō)明了是真正的按鍵，而不是抖動(dòng)，則進(jìn)入按鍵處理程序。
當(dāng)然，不要跟我說(shuō)你delay（20）那樣去死循環(huán)去，真是那樣的話，我衷心的建議你先放下手上所有的東西，好好的去了解一下操作系統(tǒng)的分時(shí)工作原理，大概知道思想就可以，不需要詳細(xì)看原理，否則你永遠(yuǎn)逃不出“菜鳥(niǎo)”這個(gè)圈子。當(dāng)然我也是菜鳥(niǎo)。我的意思是，真正的單片機(jī)入門(mén)，是從學(xué)會(huì)處理多任務(wù)開(kāi)始的，這個(gè)也是學(xué)校程序跟公司程序的最大差別。當(dāng)然，本文不是專門(mén)說(shuō)這個(gè)的，所以也不獻(xiàn)丑了。
我的主程序架構(gòu)是這樣的：
volatile unsigned char Intrcnt;
void InterruptHandle() // 中斷服務(wù)程序
{
Intrcnt++; // 1ms 中斷1次，可變
}
void main(void)
{
SysInit();
while(1) // 每20ms 執(zhí)行一次大循環(huán)
{
KeyRead(); // 將每個(gè)子程序都掃描一遍
KeyProc();
Func1();
Funt2();
…
…
while(1)
{
if (Intrcnt>20) // 一直在等，直到20ms時(shí)間到
{
Intrcnt="0";
break; // 返回主循環(huán)
}
}
}
}
貌似扯遠(yuǎn)了，回到我們剛才的問(wèn)題，也就是怎么做按鍵消抖處理。我們將讀按鍵的程序放在了主循環(huán)，也就是說(shuō)，每20ms我們會(huì)執(zhí)行一次KeyRead()函數(shù)來(lái)得到新的Trg 和 Cont 值。好了，下面是我的消抖部分：很簡(jiǎn)單
基本架構(gòu)如上，我自己比較喜歡的，一直在用。當(dāng)然，和這個(gè)配合，每個(gè)子程序必須執(zhí)行時(shí)間不長(zhǎng)，更加不能死循環(huán)，一般采用有限狀態(tài)機(jī)的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體參考其它資料咯。
懂得基本原理之后，至于怎么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，
怎么判斷按鍵釋放？很簡(jiǎn)單，Trg 和Cont都為0 則肯定已經(jīng)釋放了。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2018-05-18
