5.4.2 按键扫描(单片机最简洁的键盘扫描程序详解）

2023-01-31 来源：zhihu

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