2019年08月24日 | STM32按键长短按：超强移植性，回调函数按键处理机制

1.1 实验简介

按键长按与按键短按在很多产品中都需要应用到，在我们生活中，例如：手机开关机用到的就是按键长按，手机设置音量用的是按键的短按。在本实验平台的综合实验中，也需要用到按键的长短按，所以，我们很有必要学习如何实现按键的程序设计。

设计按键长短按的思路其实很简单，就是计数原理。假设，定时器定时10ms中断一次，在中断函数中，判断按键是否按下，如果按下，然后统计按键按下的时间长度是多少个10ms，如果按下了100个10ms，则表明长按了1秒；如果按下了300个10ms，表示按下了3秒。

1.2 硬件设计

1) KEY2连接到PA8，稳定按下是低电平，稳定松开是高电平。

2) KEY3连接到PB10，稳定按下是低电平，稳定松开是高电平。

1.3 软件设计

1.构造按键参数结构体

typedef void (*keyCallBackFuction)(void);  //定义回调函数指针

__packed typedef struct

{

    uint8_t          keyNum;          //按键编号

    uint32_t         keyRccPeriph;    //按键时钟

    GPIO_TypeDef     *keyPort;        //按键所在端口

    uint32_t         keyGpio;         //按键所在的IO口

    keyCallBackFuction shortPress;      //回调函数成员，短按回调函数

    keyCallBackFuction longPress;       //回调函数成员，长按回调函数

}keyTypedef_t; 

__packed typedef struct

{

    uint8_t      keyTotolNum;  //按键总数

    keyTypedef_t *pSingleKey;  //该指针单个按键的结构参数

}keysTypedef_t; 

首先，我们一起学习一下keyTypedef_t和keysTypedef_t这两个结构体。

keyTypedef_t的作用是：用于保存一个按键的结构参数，结构参数包括：按键的外设时钟、按键所在的端口、按键所对应的IO口、按键长按的回调函数指针、按键短按的回调函数指针。其中，需要注意的参数是：keyNum，keyNum的作用是为每个按键参数结构体提供一个“编号”，也就是说，每个按键都有自己唯一的“编号”。

本实验主要想实现识别按键的长按与短按，并执行相应的回调函数。回调函数的定义请参考上文代码块的“行1”的定义，该函数指针是无返回值且是无形参的。

keysTypedef_t的作用是：如果有多个按键，首先需要定义类型为keyTypedef_t的结构体数组，而定义一个keysTypedef_t变量来统一管理所有的按键结构体参数。其中16行的指针pSingleKey在初始化按键后，会指向“keyTypedef_t的结构体数组”，通过指针偏移来简介访问所有的按键结构参数，从而实现“统一管理所有的按键”。

在本章节，需要实现两个按键的长短按的识别，keyTypedef_t和keysTypedef_t的使用如下：

#define GPIO_KEY_NUM  2                                 //定义按键总数

keyTypedef_t singleKey[GPIO_KEY_NUM];                   //定义单按键结构体数组

keysTypedef_t keys;                                     //定义总体按键模型结构变量

行1：定义一个宏，决定按键的总数

行2：定义单按键结构参数数组，有多少个按键，则该数组需要有多少个成员。

行3：定义总体按键结构体参数变量，该结构体变量用于统一管理所有所有的按键。

2.初始化按键参数

定义好“单按键结构参数数组singleKey”以及“总体按键结构变量keys”后，需要初始化按键的结构参数，结构参数包括：编号、按键的外设时钟、按键所在的端口、按键所对应的IO口、按键长按的回调函数指针、按键短按的回调函数指针。用到的函数是keyInitOne，keyInitOne函数原形如下：

static uint8_t          keyTotolNum = 0;       //有与统计有多少个按键

/**

* @brief key init function 按键初始化函数

* @param [in] keyRccPeriph ：APB2外设时钟

* @param [in] keyPort：IO端口

* @param [in] keyGpio：IO管脚

* @param [in] short_press :按键短按回调函数

* @param [in] long_press  :按键长按回到函数

* @return key structure pointer

*/

keyTypedef_t keyInitOne(uint32_t keyRccPeriph,

                        GPIO_TypeDef * keyPort, 

                        uint32_t keyGpio, 

                        keyCallBackFuction shortPress, 

                        keyCallBackFuction longPress)

{

  static uint8_t key_total = 0; 

  keyTypedef_t singleKey;       //结构体变量，用于保存按键IO的参数

  //平台定义IO口

  singleKey.keyRccPeriph = keyRccPeriph; //保存按键IO口所在的外设时钟总线

  singleKey.keyPort = keyPort;           //保存按键所在的端口

  singleKey.keyGpio = keyGpio;           //保存按键所在的IO口

  singleKey.keyNum = key_total++;        //保存每个按键都有单独的编号

  //回调函数定义，按键长按和短按各有自己的回调函数

  singleKey.longPress = longPress;       //保存按键长按函数指针

  singleKey.shortPress = shortPress;     //保存按键短按函数指针

  keyTotolNum++;      //全局静态变量，统计有多少个按键

  return singleKey;   //返回初始化的按键IO的参数的结构体变量

}

首先，该keyInitOne函数的形参有：keyRccPeriph →APB2外设时钟， keyPort→IO端口，keyGpio→IO管脚，short_press →按键短按回调函数指针，long_press  →按键长按回调函数指针。

假设，PA8管脚上挂在有一个按键，则需要将PA8的参数保存起来，则形参keyRccPeriph 需要传入的实参是RCC_APB2Periph_GPIOA， 形参keyPort需要传入的是GPIOA，形参keyGpio需要传入的实数是GPIO_Pin_8，形参short_press 需要传入的是按键短按回调函数指针，long_press  →按键长按回调函数指针。

下面，我们一起学习一下上文的代码块：

行1：全局静态变量，用于统计总共有初始化了多少个按键

行17：静态变量，每初始化一个按键，该变量自增1。

行19：定义keyTypedef_t类型的局部变量 singleKey，用于保存按键的的结构参数（外设时钟、端口、IO管脚、按键短按回调函数指针、按键长按回调函数指针）。

行22~24：保存按键所对应的外设时钟总线、端口、IO管脚。

行25：保存按键的标号。

行27~28：保存按键所对应的长按函数指针和短按函数指针。

行30：初始化了的按键总数自增1

行32：返回定义keyTypedef_t类型的局部变量 singleKey，返回保存按键的的结构参数（外设时钟、端口、IO管脚、按键短按回调函数指针、按键长按回调函数指针）。

假设PA8挂有一个按键Key2、PB10挂有一个按键Key3，则Key2和Key3的初始化代码如下所示：

#define GPIO_KEY_NUM  2                                 //定义按键总数

keyTypedef_t singleKey[GPIO_KEY_NUM];                   //定义单按键结构体数组

keysTypedef_t keys;                                     //定义总体按键模型结构变量

/**

* 按键3短按回调函数

* @param none

* @return none

*/

void key3ShortPress(void)

{

    Led_Reverse(1);   //短按KEY3，则取反LED1

}

/**

* 按键3长按回调函数

* @param none

* @return none

*/

void key3LongPress(void)

{

    Led_Reverse(3);  //长按KEY3，则取反LED3

}

/**

* KEY2短按回调函数

* @param none

* @return none

*/

void key2ShortPress(void)

{

    Led_Reverse(1);  //短按KEY2，则取反LED1

}

/**

* 按键2长按回调函数

* @param none

* @return none

*/

void key2LongPress(void)

{

    Led_Reverse(2); //长按KEY2，则取反LED2

}

/**

* 按键初始化函数

* @param none

* @return none

*/

void keyInit(void)

{

    /*将按键端口参数保存到singleKey结构体数组中，

     参数包括：外设端口、IO端口、IO管脚、长按函数指针、短按函数指针*/

    singleKey[0] = keyInitOne(RCC_APB2Periph_GPIOB, 

                              GPIOB, GPIO_Pin_10, 

                              key3ShortPress, key3LongPress);  

    singleKey[1] = keyInitOne(RCC_APB2Periph_GPIOA, 

                              GPIOA, GPIO_Pin_8, 

                              key2ShortPress, key2LongPress);

    keys.pSingleKey = (keyTypedef_t *)&singleKey;   //pSingKey指针指向singleKey数组

    keyParaInit(&keys);    //初始化按键所在的IO口并初始化定时器

}

2行：定义一个keyTypedef_t类型的数组 singleKey[GPIO_KEY_NUM]，GPIO_KEY_NUM的值为2。一个按键对应一个数组元素。

11~15行：Key3短按回调函数。

22~25行：Key3长按回调函数。

32~35行：Key2短按回调函数。

42~45行：Key2长按回调函数。

3行：定义一个keysTypedef_t 类型的变量keys，用于统一管理所有的按键参数（外设时钟、端口、IO管脚、按键短按回调函数指针、按键长按回调函数指针）。

56~58行：keyInitOne函数原型在前文已经描述。调用keyInitOne函数，将Key3的按键参数保存到元素singleKey[0] 中。参数包括：外设时钟RCC_APB2Periph_GPIOB、端口GPIOB、IO管脚GPIO_Pin_10、按键短按回调函数指针key3ShortPress、按键长按回调函数指针 key3LongPress。

59~61行：keyInitOne函数原型在前文已经描述。调用keyInitOne函数，将Key2的按键参数保存到元素singleKey[1] 中。参数包括：外设时钟RCC_APB2Periph_GPIOA、端口GPIOA、IO管脚GPIO_Pin_8、按键短按回调函数指针key2ShortPress、按键长按回调函数指针key2LongPress。

本实验最终要实现的是，获知按键时长按还是短按，根据长按还是短按执行相应的回调函数，每个按键有单独的长按回调函数和短按回调函数。

62行：定义一个keysTypedef_t 类型的变量keys的指针成员pSingleKey指向keyTypedef_t类型的数组 singleKey[GPIO_KEY_NUM]，作用是为了实现用变量keys的指针成员pSingleKey来管理所有按键的参数。

63行：按键IO口的初始化需要配置端口上下拉模式、端口速度等，前文讨论的keyInitOne函数只是用于保存按键IO口的参数，并不是用来初始化IO口，真正初始化IO口的是keyParaInit函数。

下面，我们一起来学习keyParaInit函数。

/**

* @brief 按键参数初始化函数:按键GPIO初始化,并启动定时器来检测按键状态

* @param [in] pkeyS :按键全局结构体，改指针包含了所有的按键的参数

* @return none

*/

void keyParaInit(keysTypedef_t *pkeyS)

{

  uint8_t i = 0;

  if(NULL == pkeyS)  //判断传入的指针是否有指向

  {

    return ;        //如果没有指向，则直接返回，不往下执行

  }

  pkeyS->keyTotolNum = keyTotolNum;  //获取按键总数

  /*误差判断，限制最多12个按键，可以通过修改宏KEY_MAX_NUMBER来实现支持更多的按键*/

  if( pkeyS->keyTotolNum > KEY_MAX_NUMBER)

  {

    pkeyS->keyTotolNum = KEY_MAX_NUMBER;

  }

  for(i = 0; i < pkeyS->keyTotolNum; i++)   //取出所有的按键的参数，采用的是下标偏移法

  {

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;  //定义结构体，用于初始化IO参数

        //取出某按键的外设端口时钟，并使能其时钟

    RCC_APB2PeriphClockCmd(pkeyS->pSingleKey[i].keyRccPeriph, ENABLE);  

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  //使能IO口速度

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;      //使能IO口的模式：上拉模式

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = pkeyS->pSingleKey[i].keyGpio;   //取出某按键的管脚编号

    GPIO_Init(pkeyS->pSingleKey[i].keyPort,&GPIO_InitStructure);//取出某按键的端口号，进行按键初始化

  }

  timer4Init();   //初始化定时器2，每隔1ms进入一次更新中断

}

6行：keyParaInit(keysTypedef_t *pkeyS)函数的形参是keysTypedef_t类型的指针，该指针包含了所有按键的结构参数。

10~13行：判断传入的指针是不是空指针，如果是空指针，则返回，不继续往下执行。

15行： keyTotolNum记录了有多少个按键需要进行初始化，将 keyTotolNum的值保存到pkeyS->keyTotolNum的成员中。

17~20行：误差滤除，最多支持的按键不能超过12个。

22行：通过循环，改变下表i的值，来获得每个按键的结构体参数。

26~31行：取出按键的结构参数来进行按键IO口的初始化。

34行：定时器4初始化，使得1ms产生一次中断。

3.按键长短按管理

按键的长短的原理就是通过判断按键按下的时间长度，所以必须使用到定时器。本实验的做法是，通过定时器定时产生中断：每1ms触发一次定时器更新中断，然后在更新中断中进行进行按键长短按的管理。定时4的初始化代码如下：

/**

* @brief 定时器2初始化函数1ms中断一次，TIM2的

*

* @param none

* @return none

*/

void timer4Init(void)

{

  u16 arr = 7199; //自动重装载值

  u16 psc = 9;    //预分频值

  TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;

  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE); //定时器4时钟使能

  /*定时器4初始化*/

  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;              //设置重载值

  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = psc;           //设置分频值

  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     //设置分频因子

  TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //递增计数模式

  TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure);             //将结构参数用于初始化定时器4