如何實現按鍵的短按、長按檢測？

在電子產品中經常用到按鍵，尤其是經常需要MCU判斷 短按 和 長按 這兩種動作，本篇我們來專門聊下這個話題。

只談理論太無聊，我們還是結合著實際應用來說明。之前寫過一篇關於 《CH573第一篇：實現自拍杆藍芽遙控器1》 的文章，例子預設的功能是藍芽連線後不斷的傳送資料，從而不斷的拍照。而實際中的遙控器通常是按一次按鍵，控制一次，我們在來實現該功能。

板子上只有兩個按鍵，一個是RESET按鍵，一個是DOWNLOAD按鍵，我們使用DOWNLAOD按鍵，按鍵的一端接GND，另外一端接CH573的PB22引腳。

原理圖中有一個NC的C5，但是實際板子上我卻沒有找到它，可能是版本不一致。

提前說明一下：CH573的程式碼裡跑了TMOS（Task Management Operating System），可以理解為一個簡單的作業系統，所以下面的程式碼一般的裸機程式碼看著略有不同，不過核心思想都是一樣的，用在其他地方也很容易移植，只需要將其中的定時器部分改寫即可。

最初我是這麼做的，把PB22配置為上拉輸入，開啟下降沿中斷，在中斷服務函式裡，啟動一個事件，執行藍芽傳送。程式碼如下：

void Key_Init()
{
  GPIOB_ModeCfg( GPIO_Pin_22, GPIO_ModeIN_PU );
  GPIOB_ITModeCfg( GPIO_Pin_22, GPIO_ITMode_FallEdge );
  PFIC_EnableIRQ( GPIO_B_IRQn );
}

void GPIOB_IRQHandler( void )
{
  if(GPIOB_ReadPortPin(GPIO_Pin_22)==0)
  {
      GPIOB_ClearITFlagBit( GPIO_Pin_22);
      tmos_set_event( hidEmuTaskId, START_REPORT_EVT );
  }
}

這麼寫能工作，但是有問題，就是經常會出現按一下誤判為多次按下。原因大家應該都清楚，因為按鍵存在抖動，所以一次按下有可能進入多次進入中斷。

理想中的按下-彈起波形是這樣的：

但是實際由於按鍵抖動的存在，實際的波形可能是這樣的：

不信的話你可以接上示波器看看，或者軟體驗證，比如在GPIO中斷服務函式裡，設定一個全域性變數，讓它每次進入中斷後加1，按按鍵觀察這個變數的值。

那麼該如何消除抖動呢？一種方法是硬體消抖，即按鍵兩端並聯一個小電容(電容大小由按鍵的機械特性來決定)，另外一種方法是我們今天要重點介紹的軟體消抖。

方法一：常用的加延時函式

在中斷服務函式中加一個比如10ms的延時函式，延時時間的長短取決於實際所用的按鍵特性，只要延時時間比抖動時間略大即可。原理很簡單，加了延時就避開了抖動的這段時間，在延時之後判斷引腳電平，如果為低電平就表示是按下。

void GPIOB_IRQHandler( void )
{
  if(GPIOB_ReadPortPin(GPIO_Pin_22)==0)
  {
      mDelaymS(10);
      if(GPIOB_ReadPortPin(GPIO_Pin_22)==0)
          tmos_set_event( hidEmuTaskId, START_REPORT_EVT );
      GPIOB_ClearITFlagBit( GPIO_Pin_22);
  }
}

這個方法很簡單，但是不好的地方是延時佔用MCU資源。尤其是這裡的BLE應用，在中斷服務函式中執行時間長會引起藍芽連線中斷，所以這裡不能這麼用，我實際測試當按鍵按快一點就很容易引起藍芽連線中斷。

方法二：加定時器

它的原理和方法一類似，只不過是不在中斷服務函式中阻塞等待，而是用一個定時器，程式碼如下：

void GPIOB_IRQHandler( void )
{
  if(GPIOB_ReadPortPin(GPIO_Pin_22)==0)
  {
      GPIOB_ClearITFlagBit( GPIO_Pin_22);

      tmos_stop_task(hidEmuTaskId, START_DEBOUNCE_EVT);
      tmos_start_task(hidEmuTaskId, START_DEBOUNCE_EVT,16);
  }
}

    if(events & START_DEBOUNCE_EVT)
    {
        if(GPIOB_ReadPortPin(GPIO_Pin_22)==0)
        {
            PRINT("short press\n");
            tmos_set_event( hidEmuTaskId, START_REPORT_EVT );
        }

        return (events ^ START_DEBOUNCE_EVT);
    }

它的邏輯是每次抖動的下降沿重新開啟10ms定時器，在定時器時間到之後判斷IO電平狀態來判斷按鍵是否按下。

需要注意的是：10ms定時器不是一個週期性的定時器，它是一次性的，即時間到了之後就停止計時了。另外每次進中斷後先讓定時器重新重頭開始計時。如果大家用其他程式碼實現時要注意這兩點。

此方法的好處不像加延時函式那樣佔用MCU資源。我實際測試這個方法可用，不會引起藍芽連線中斷。

以上介紹了使用中斷的方式來判斷按鍵短按，可以看到它判斷的依據是按鍵按下（由高電平變到低電平）這個狀態。下面在方法二的基礎上我們來實現長按的檢測，判斷長按的依據是按下後持續的維持一段時間低電平。程式碼如下：

if(events & START_DEBOUNCE_EVT)
{
    if(GPIOB_ReadPortPin(GPIO_Pin_22)==0)
    {
        PRINT("short press\n");
        tmos_set_event( hidEmuTaskId, START_REPORT_EVT );
        tmos_start_task( hidEmuTaskId, START_LONGCHECK_TIMER,16 );
    }

    return (events ^ START_DEBOUNCE_EVT);
}

    if(events & START_LONGCHECK_TIMER)
    {
        static int cnt=0;
        if(GPIOB_ReadPortPin(GPIO_Pin_22)==0)
        {
            cnt++;
            if(cnt>100)
            {
                PRINT("long press\n");
                tmos_stop_task( hidEmuTaskId, START_LONGCHECK_TIMER);
                cnt =0;
            }
            else
                tmos_start_task( hidEmuTaskId, START_LONGCHECK_TIMER,16 );
        }
        else
        {
            cnt=0;
            tmos_stop_task( hidEmuTaskId, START_LONGCHECK_TIMER );
        }

        return (events ^ START_LONGCHECK_TIMER);
    }

實現的邏輯是：當檢測到短按時，再開啟一個10ms定時器，在定時器到時之中判斷電平狀態，如果為低電平，就讓cnt變數加1，否則cnt=0，當cnt>100，即低電平持續1s認為是長按。我在這裡當判斷到長按之後或者IO變高之後會停止掉這個定時器，否則週期定時，因為沒必要一直開著定時器。

除了上述的中斷方式，還可以使用 輪詢 的方式來實現，程式碼如下：

void Key_Init()
{
  GPIOB_ModeCfg( GPIO_Pin_22, GPIO_ModeIN_PU );
}

if(events & START_KEYSCAN_EVT)
{
    KeyScan();
    tmos_start_task(hidEmuTaskId, START_KEYSCAN_EVT,160);// 100ms執行一次KeyScan()
    return (events ^ START_KEYSCAN_EVT);
}

bool key_press_flag = false;      // 按下標誌
bool key_long_press_flag = false; // 長按標誌

void KeyScan()
{
  if(GPIOB_ReadPortPin(GPIO_Pin_22) == 0) // 低電平
  {
    if(key_press_flag == false)
      tmos_start_task( hidEmuTaskId, START_LONGCHECK_TIMER, 1600 ); // 啟動1s定時器

    key_press_flag = true;    // 置位按下標誌
  }
  else if(key_press_flag == true) // 高電平同時按鍵被按下過 ,表示是按下後的彈起
  {
      key_press_flag = false; // 清除按下標誌

      if(key_long_press_flag == false)// 短按後的彈起
      {
        tmos_stop_task(hidEmuTaskId, START_LONGCHECK_TIMER);
        PRINT("short press\n");
        tmos_set_event( hidEmuTaskId, START_REPORT_EVT );
      }
      else // 長按後的彈起
      {
          key_long_press_flag =false;
      }
  }
  else
  {
    key_press_flag = false;
    key_long_press_flag = false;
  }

}

if(events & START_LONGCHECK_TIMER)
{
    key_long_press_flag =true;
    PRINT("long press\n");
    return (events ^ START_LONGCHECK_TIMER);
}

上面的這段程式碼初次看著有點繞，但是看明白了之後會覺得這個實現邏輯還是挺好的，註釋寫了，這裡不再詳細解釋了，我在多個專案裡使用的都是它。它兼顧了去抖和短按/長按的檢測，並且長按可以判斷出長按按下/長按彈起。短按是檢測到彈起時認為是短按動作。另外如果想同時支援多個長按，也很方便新增。

輪詢和中斷各有優缺點，大家可以根據實際情況來選擇，你一般常用哪種方式呢？

end