2023年01月31日 | 5.4.2 按键扫描(单片机最简洁的键盘扫描程序详解）

Proteus 原理图

一、要点

• 学会按键扫描输入判断

• 学会防抖动原理

• 学会按键扫描与按键菜单分开处理的模式
  

• 按键较少情况可以一起处理

• 按键较多推荐分开处理，程序层次分明

  
  

  
  




二、完整的C语言代码




#define SYS_CLK 12000000L//设置定时器、串口频率参数

#define KEY_POWER 0x01

#define KEY_DEC 0x02

#define KEY_SET 0x04

#define KEY_ADD 0x08

#define KEY_TIMER 0x10

#define State_Red_LED P3_1

#define State_Green_LED P3_2

#define State_Blue_LED P3_3




#include




unsigned char keyDownValue = 0;

unsigned char keyDownValueing = 0;

unsigned char keyUpValue = 0;

unsigned char delay4LongKeyScan = 0;

bit mainLoopTimeFlag = 0;

void KeyScan();




/*

* 函数名称: KeyScan

* 函数功能: 扫描独立键盘及输入

* 入口变量: 无

* 返回数据: 无

* 附加说明: 无

* 参考链接: https://blog.csdn.net/weixin_42880082/article/details/118991832

*/

void KeyScan(){

  unsigned char readKeyValue = ((P1)^0xFF);

  keyDownValue = (readKeyValue&(readKeyValue^keyDownValueing));

  keyUpValue = ((readKeyValue^keyDownValue)^keyDownValueing);

  keyDownValueing = readKeyValue;

  if((keyDownValue&KEY_POWER)){

    State_Red_LED = 1;

    State_Green_LED = 0;

    State_Blue_LED = 0;

  }

  if((keyDownValue&KEY_DEC)){

    State_Red_LED = 0;

    State_Green_LED = 1;

    State_Blue_LED = 0;

  }

  if((keyDownValue&KEY_SET)){

    State_Red_LED = 0;

    State_Green_LED = 0;

    State_Blue_LED = 1;

  }

  if((keyDownValue&KEY_ADD)){

    State_Red_LED = 1;

    State_Green_LED = 1;

    State_Blue_LED = 0;

  }

  if((keyDownValue&KEY_TIMER)){

    State_Red_LED = 1;

    State_Green_LED = 0;

    State_Blue_LED = 1;

  }

}




void T_IRQ0(void) interrupt 1 using 1{

  mainLoopTimeFlag = 1;

}




void Timer0Init(void) //100微秒@12.000MHz

{

  TMOD &= 0xf0; //设置定时器模式

  TMOD |= 0x01; //设置定时器模式

  TL0 = 0x9c; //设定定时初值

  TH0 = 0xff; //设定定时初值

}




void setup()

{

  // 点亮P3_0接口LED 证明电源上电

  P3_0 = 1;

  Timer0Init();

  TR0 = 1;

  EA = 1;

  ET0 = 1;

  P3_1 = 0;

  P3_2 = 0;

  P3_3 = 0;

}




void loop()

{

  if(mainLoopTimeFlag == 1){

    mainLoopTimeFlag = 0;

    KeyScan();

  }

}




int main(void)

{

  setup();

  while(1){

    loop();

  }

  return 1;

}







三、完整图形化代码









四、一步步图形化编程

1、创建宏，使用宏的意义

• 语法结构：#define 别名 原始值

• 宏是值的别名，也就是用一个名字完全替代某些数值、文字 、公式

• 这里开始用宏的目的是为了后续修改程序方便，也利于阅读代码

• 例如 P3_1 = 1 代表红灯亮，我们将 P3_1 起一个外号叫做State_Red_Led

• State_Red_Led = 1 表示点亮红色状态指示灯，一目了然

• 后续如果我们需要将接口P3_1换到P4_1之类，只需要修改 #define State_Red_LED P3_1 变为 #define State_Red_LED P4_1

• #define KEY_POWER 0x01 中间两个空格，KEY_POWER 完全等于 0x01

#define SYS_CLK 12000000L//设置定时器、串口频率参数

#define KEY_POWER 0x01

#define KEY_DEC 0x02

#define KEY_SET 0x04

#define KEY_ADD 0x08

#define KEY_TIMER 0x10

#define State_Red_LED P3_1

#define State_Green_LED P3_2

#define State_Blue_LED P3_3

#define KEY_POWER 0x01 //电源按键

#define KEY_DEC 0x02 //递减按键

#define KEY_SET 0x04 //设置按键

#define KEY_ADD 0x08 //递增按键

#define KEY_TIMER 0x10 //定时按键

为什么五个按键后面的值是 0x01 0x02 0x04 0x08 0x10，而不是用1 2 3 4 5 代替

• 五个按键 分别接到了 P1.0 ~ P1.4 接口

• 0x01 是十六进制的写法，转换为二进制 00000001

• 0x02 是十六进制的写法，转换为二进制 00000010

• 0x04 是十六进制的写法，转换为二进制 00000100

• 0x08 是十六进制的写法，转换为二进制 00001000

• 0x10 是十六进制的写法，转换为二进制 00010000

• 发现规律了吗？P1 是个8位的接口，P0.1 对应最右边的一位 00000001 对应电源按键

• 当power按键按下去时，P0.1 从00000001变为00000000 内部的程序就能检测到。

• 其他按键类似，所以我们开始可以将P1这个接口的寄存器变为11111111，那一位变成0就对应那个按键按下，可以对应8个按键，本产品我们用到了5个按键 P1.5 P1.6 P1.7未用

• 另外注意单片机接口从P1.0 ~P1.7 而不是P1.1~P1.8 开始，C语言程序中后续学到的数组、引脚控制都是从0~7代表8位的值，而不是从1开始的。

2、创建全局变量

• 语法结构：type variable_name = value;

• 语法结构：类型 变量名 = 值; 类型与变量名之间必须有空格，等号两边空格可有可无

• 开始定义变量时，是可以不赋值的，也就是说 = 和=后面的部分可以没有，但是实际上类似keil这种编程软件后台已经把变量自动初始化了，也就是自动赋予了一个默认值，不过建议最好是自己赋初始值，避免出错。

• 变量类型，最大意义是标明变量需要多大的存储空间，unsigned char 无符号字符型占用8个位的存储空间，也就是类似于我们快递柜，占了8个格子。

• unsigned char 和 char 类型的唯一区别是，8个格子最左侧（最高位）格子填充1代表负数，填充0 代表正数，但是仍然都是占用8个格子

• 变量的根本意义是提前规划好存储空间里准备去放置未知的数，犹如我们中学学到的x，y，它不是凭空就有，而是我们的大脑开辟了一个空间放置，如果写在纸上，纸面的空间被x，y占用了，但是这个x，y是未知数，也就是经过运算或者转换才能具体确定值，电脑里面存放的这个变量和实际上我们脑袋里存放的没有什么区别。

• 各种类型的变量，最终都是转换为一个数字，然后转换为一个二进制数字，二进制数字的0,1最终转换为一个开关信号，转换为一个有和无（高和低）电信号存储或者在某个时间段不消失。

• 一个文件中，在所有函数的前面定义的变量是全局变量，可以被文件中所有函数使用

• 程序受两个基本的规则约束，一个是时间，一个是空间，全局的意义就是空间约束

• 实际所有看得见的事物都脱离不了时间和空间，一段程序的位置就决定了它的作用范围

unsigned char keyDownValue = 0; //按键按下时取值变量

unsigned char keyDownValueing = 0; //长按按键时的取值变量

unsigned char keyUpValue = 0; //放开按键时的取值变量

unsigned char delay4LongKeyScan = 0; //长按按键时的延迟时间变量 //本节课未用

bit mainLoopTimeFlag = 0; //主循环延时执行变量

注意：图形化代码，并赋值为空，但是实际看右边代码自动初始化为0，这是有编辑器自动完成的。

最终形成的C语言代码一致。图形化代码只是辅助，最终的C语言代码是执行最后编译时使用！

3、定义键盘扫描函数

• 键盘扫描函数的完整图形代码块

• C语言代码块

• /*

• * 函数名称: KeyScan

• * 函数功能: 扫描独立键盘及输入

• * 入口变量: 无

• * 返回数据: 无

• * 附加说明: 无

• * 参考链接: https://blog.csdn.net/weixin_42880082/article/details/118991832

• */

• void KeyScan(){

•   unsigned char readKeyValue = ((P1)^0xFF);

•   keyDownValue = (readKeyValue&(readKeyValue^keyDownValueing));

•   keyUpValue = ((readKeyValue^keyDownValue)^keyDownValueing);

•   keyDownValueing = readKeyValue;

•   if((keyDownValue&KEY_POWER)){

•     State_Red_LED = 1;

•     State_Green_LED = 0;

•     State_Blue_LED = 0;

•   }

•   if((keyDownValue&KEY_DEC)){

•     State_Red_LED = 0;

•     State_Green_LED = 1;

•     State_Blue_LED = 0;

•   }

•   if((keyDownValue&KEY_SET)){

•     State_Red_LED = 0;

•     State_Green_LED = 0;

•     State_Blue_LED = 1;

•   }

•   if((keyDownValue&KEY_ADD)){

•     State_Red_LED = 1;

•     State_Green_LED = 1;

•     State_Blue_LED = 0;

•   }

•   if((keyDownValue&KEY_TIMER)){

•     State_Red_LED = 1;

•     State_Green_LED = 0;

•     State_Blue_LED = 1;

•   }

• }

• 
  

• 函数语法结构：
  

• return_type function_name( parameter list )

• {

•    body of the function

• }

解释：

返回类型 函数名（到函数内部执行的变量列表）

{

函数内的执行语句

    return 变量; //这个变量的类型必须和返回类型一致

}

函数的作用是，把一些程序执行语句集中起来放到一块，可以被其他地方的函数或程序使用。程序清晰化，另外是将需要运算或者传递的数据包括起来，执行特定的操作，并返回运算结果。

本节课的键盘扫描函数 void KeyScan() 没有返回数据，所以用void表示，代表无的意思，没有输入的变量所以只有（）

void KeyScan() //这是函数最简洁的写法

{

}

4、创建局部变量与创建表达式

• 局部变量与全局变量的定义方式相同，局部变量一般放在函数内部

• 局部变量有时候称为函数的局部变量，局部变量只能被定义它的函数使用，不能被其他函数使用

• 以上这么多只是程序的一部分基础，涉及到程序实现的功能在这一小节展现

• 先看完整的图形代码

 unsigned char readKeyValue = ((P1)^0xFF);

  keyDownValue = (readKeyValue&(readKeyValue^keyDownValueing));

  keyUpValue = ((readKeyValue^keyDownValue)^keyDownValueing);

  keyDownValueing = readKeyValue;

这四句网络搜索到的核心代码实现了键盘扫描的主要功能，具体那位大神最先实现的无法查到。但是非常高明。大部分键盘扫描至少10句20句代码才能完成。

上面代码比较复杂需要一行行解释，另外就是出现了数学运算

https://www.runoob.com/cprogramming/c-operators.html

unsigned char readKeyValue = ((P1)^0xFF);

定义了一个局部变量readKeyValue （这个变量因为是在KeyScan函数内写的，所以是局部变量）

在定义变量的同时为其赋值，赋值的意思就是为readKeyValue占用的空间中填充上0或1

unsigned char 是无符号整数，这个估计是最常用的一种变量类型，无符号整数这种类型的意义是，在单片机内部的存储空间中开辟8位的一个小存储块，犹如快递柜的8个格子。每个格子里面只能放0或1，用二进制标识就是00000000、11111111、00100000等等。

这8个格子放0或1，能够最大表示的数是 11111111 = 0xFF （十进制255）

也就是这个变量能存放的数是0~255（从零开始 所以是256个数）

如果你写 readKeyValue = 300； 是不对的，因为300存不到这8个格子中，存不下。

• 8个格子太多，我们分别用2个格子、3个格子、4个格子存二级制数来试试最多能存多少，注意每个格子只能存0或者1

• 2个格子填充（均以二级制数参考，最多存放四个数）

• 3个格子的情况 （最多存放8个数）

• 四个格子的情况 （最多存放16个数, 从0开始）

• 规律，就是X个格子最大存放的数就是2x

• 所以8个格子是 28=256

((P1)^0xFF) = P1^0xFF

• 这个写法可以 去掉里面的括号，因为只有P1，没有其他计算

• P1 是一个8位的寄存器，也是8个格子，这些格子里面存放的是P1.0~P1.7 各个引脚的状态，是0还是1，是0代表这个引脚是低电平，1代表这个引脚是高电平

• 0xFF 是十六进制的写法，一位十六进制和四位二进制是一一对应的 也就是说F = 1111

• 0xFF = 11111111

• ^是一种位运算符，也就是异或运算符，它将8个格子与另外8个格子对应的位一一运算，基本规则是相同为0，不同为1，实现了取反码的功能，原先为0变为1 原先为1变为0；

• 假设P1=11111100 0xFF=11111111

• P1^0xFF = 11111100^11111111=00000011
  

• 11111100

• ^ 11111111

• 00000011

• 相同为0 不同为1

• 最后结果 00000011 最后两位为1 代表P1.0 P1.1 两个按键同时按下去了

• P1 = 11111011

• P1^0xFF = 11111011^11111111=00000100 代表第三个按键按下 KEY_SET （P1.2）按下去了。

• 保存最后变反码的8位二进制数放到readKeyValue

 keyDownValue = (readKeyValue&(readKeyValue^keyDownValueing));

• 这句话又出现一个位运算符&，规则是见0为0，全1为1

• 括号里面的先进行计算和我们初中学的括号作用无差别

• 从右往左计算

• keyDownValueing 存放的是一直按键一直按住不放的数值

• readKeyValue 是我们刚才计算的按下的位值

• readKeyValue^keyDownValueing 的作用是，当前值与一直按着的键值运算，相同为0，不同为1，运算结果意义就是0时，此按键还在一直按住没有释放。为1时，已经释放。

• readKeyValue&(readKeyValue^keyDownValueing) 把这个值再判断下

• 这几行代码比较难于理解

• 我们参考链接：三行按键扫描程序2

• 我们再参考链接：三行实现按键扫描

• 我们实际用Excel进行计算下这几个公式。

• 可以下载文件

• 这一小节用文字描述可能不够清晰，会视频课再细讲。

• 如果不能理解，针对按键扫描的这几行代码，我们直接借用即可，不需要深入理解。

5、键盘扫描判断语句

• 上一小节我们分析了keyDownValue是短按按键时的值，只要判断它就可以知道那个按键按下

if((keyDownValue&KEY_POWER)){
    State_Red_LED = 1;
    State_Green_LED = 0;
    State_Blue_LED = 0;
  }

• 语法结构：

if(逻辑运算表达式) 
{ 
  表达式为真，执行代码写在这里。
}

• (keyDownValue&KEY_POWER) ， & 这个位运算符号是见 0 为 0 全 1 为 1 只有当keyDownValue 最右一位是 1（00000001），这个 if 判断才为真，我们提前定义了KEY_POWER == 0x01 ,两个计算的结果就是判断第一位是不是为 1，判断第一个按键（power键）短按了。

C 判断 | 菜鸟教程www.runoob.com/cprogramming/c-decision.html

• 图形编码与C语言编码

6、调用键盘扫描函数

• 注意本节课按键扫描函数在主函数中直接调用，主定时器只是100us的情况，实际应用需要延时20ms再调用键盘扫描函数。下节课修正。

• 防抖我们下一节课和长按键一起讲

• 调用扫描函数比较简单，就是找个位置来使用 KeyScan（）这个函数

7、proteus仿真，分别按5个按键，RGB灯红、绿、蓝、黄、紫色依次变化