从单按键状态机思维扫描引申到4*4矩阵按键全键无冲扫描，一步一步教，超好理解，超好复现（STM32程序例子HAL库）

news2024/12/27 11:44:14

目前大部分代码存在的问题

​ 单次只能对单个按键产生反应；多个按键按下就难以修改；并且代码耦合度较高，逻辑难以修改，对于添加长按，短按，双击的需求修改困难。

解决

16个按键按下无冲，并且代码简单，使用状态机思想。修改及其简单。

就算需要修改为8*8的键盘也修改的代码不会超过5行

示范开发板：STM32F103C8T6

单按键扫描思路讲解；

我们先讲解我的单按键的扫描思路；这个理解后，上手矩阵就会非常简单；

按键接线：

按键接入PA0引脚，按下时电平为低

在这里插入图片描述

首先会设置两个三个变量，分别是按键电平状态，按键状态，和按键按下标志位

对应代码：

    _Bool key_level;            //按键当前电平
    unsigned char key_state;    //按键状态
    _Bool once_downflag;        //按键按下标志位

按键电平：负责表示当前按键实时电平，（1或0）

按键状态：负责表示当前按键的处于状态，（待按下，消抖判断，待松开）

按下标志位，如果确定按键按下，此标志位就会至1；

扫描思路：首先我们会建立一个函数，函数负责单按键的扫描，假如接的按键是PA0，按下时电平为0.

注：默认这个按键扫描为20ms调用一次，下同

//此为单按键扫描，扫描接到PA0上面的按键
void Key_Scan(void)
{

}

电平读取

首先，读取电平，将PA0引脚电平赋值到key_level;变量

//此为单按键扫描，扫描接到PA0上面的按键
void Key_Scan(void)
{
    key_level = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0);//读取按键电平


}

然后会进入状态机，状态机负责判断这个读取的电平进行按键按下和状态转换

状态机判断

那么对应状态机的第一个状态：按键按下判断,

这里使用switch会加快运行速度，使用if也可以。

按键状态变量key_state默认是0，那么我们就以0状态为待按下状态

首先是判断按键是否按下，如果按下（电平为0）就改变状态为消抖判断

下面是代码

//此为单按键扫描，扫描接到PA0上面的按键
void Key_Scan(void)
{
    key_level = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0);//读取按键电平

     switch(key_state)//状态机判断按键状态
    {
        case 0://待按下状态
            if(key_level == 0)//如果检测到按键按下
            {
                key_state = 1;//改变状态到消抖判断
            }
            break;
        case 1:

            break;
        case 2:

            break;
    }
}

20ms后再次进入本函数，但是状态为1（消抖判断状态）

这个状态负责判断本次按下是否为真实按下，

如果是，就将按键按下标志位置为1供外部读取，并且改变状态，为待松开

如果不是真实按下，则恢复状态为状态0；

（注意，进入到状态1前已经进行了20ms的延迟了，即按键消抖。所以状态机1就只需判断按键是否真实按下）

代码如下：

//此为单按键扫描，扫描接到PA0上面的按键
void Key_Scan(void)
{
    key_level = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0);//读取按键电平

     switch(key_state)//状态机判断按键状态
    {
        case 0://待按下状态
            if(key_level == 0)//如果检测到按键按下
            {
                key_state = 1;//改变状态到消抖判断
            }
            break;
        case 1://消抖判断
            if(key_level == 1)//如果电平为1，即松开，恢复状态机为0
            {
                key_state = 0;
            }
            else if(key_level == 0)//如果电平为0 ，代码按键确定按下，则按下标志位置1，状态机改为待松开状态
            {
                once_downflag = 1;
                key_state = 2;
            }
            break;
        case 2:

            break;
    }
}

20ms后再次进入本函数，但是状态为2（假如上次状态确认为按下）

那么本状态就仅仅需要负责，当按键松开后恢复状态机即可

代码如下：

//此为单按键扫描，扫描接到PA0上面的按键
void Key_Scan(void)
{
    key_level = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0);//读取按键电平

     switch(key_state)//状态机判断按键状态
    {
        case 0://待按下状态
            if(key_level == 0)//如果检测到按键按下
            {
                key_state = 1;//改变状态到消抖判断
            }
            break;
        case 1://消抖判断
            if(key_level == 1)//如果电平为1，即松开，恢复状态机为0
            {
                key_state = 0;
            }
            else if(key_level == 0)//如果电平为0 ，代码按键确定按下，则按下标志位置1，状态机改为待松开状态
            {
                once_downflag = 1;
                key_state = 2;
            }
            break;
        case 2://待松开
            if(key_level == 1)//按键松开了，则恢复状态机
            {
                key_state = 0;
            }
            break;
    }
}

之后在主函数内部读取按下标志位皆可进行对应的按键操作了。

如：

if(once_downflag == 1)//按键标志位为1
    {
        key_struct[0].once_downflag =0 ;//清除标志位
        //
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_13);//取反灯
    }

这就是单按键扫描的状态机思路

矩阵按键扫描思路讲解

如果你理解了单按键，你就会发现，一个按键有自己对应的电平变量，状态变量，和标志位变量

那么16个按键呢？

实物以及接线：

首先是我使用的矩阵键盘以及接线

R1——PA0
R2——PA1
R3——PA2
R4——PA3

C1——PA4
C2——PA5
C3——PA6
C4——PA7

img

img点击并拖拽以移动

那就是16个按键都有自己对应的电平变量，状态变量，和标志位变量；

由于16个按键一一设置对应的变量太麻烦了，我加入结构体的使用

结构体定义如下

typedef struct Key_Struct    //按键结构体
{
    _Bool key_level;    //按键电平
    unsigned char key_state;    //按键状态
    _Bool once_downflag;    //按键按下标志位
} Key_Struct;

然后我们定义好16个按键的变量

Key_Struct key_struct[16]; //16个按键结构体

好接下来到代码层次：

我们如何获取每个按键的电平呢？

一个一个扫描怎么样，先扫描KEY1，然后KEY2，然后KEY3，KEY4，KEY5.。。。。等

从左到右，从上到下。（既行列扫描）

再看图

img

思路：

第一行扫描：我们把PA0置低，PA1，2，3都置高。再分别读取PA4、5、6、7的输入,将读取的值分别赋到其对应的电平变量，

第二行扫描：我们把PA1置低，PA0，2，3都置高。再分别读取PA4、5、6、7的输入,将读取的值分别赋到其对应的电平变量。

第三行扫描：我们把PA2置低，PA0，1，3都置高。再分别读取PA4、5、6、7的输入,将读取的值分别赋到其对应的电平变量。

第四行扫描：我们把PA3置低，PA0，1，2都置高。再分别读取PA4、5、6、7的输入,将读取的值分别赋到其对应的电平变量。

如上做一个循环，就是完整的16个按键的电平扫描；

同样：先创建一个按键扫描函数：

void Key_Scan(void)
{


}

那么这个函数多久调用一次呢。

我的思路是1ms调用一次，因为每次进入到这个函数就只会进行一个按键扫描。那么扫描16个按键需要16次。所以如果1ms调用一次函数，那么同一个按键的两次扫描间隔就是16ms。也是符合按下消抖的条件的。

下面的为16个按键选取的扫描位置下标 i变量：

void Key_Scan(void)
{
	static unsigned char i;//静态变量i,表示当前扫描第几个按键
	
	
	
	
	if(++i > 15) i=0;//本次扫描结束后切换到下一个按键，或者全部扫描完后从头开始
}

电平读取

好，读取16个按键电平（代码行数很少，但是需要一定的C语言和单片机基础）

void Key_Scan(void)
{
	static unsigned char i;//静态变量i,表示当前扫描第几个按键
    //行选
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,0x0F,GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,0x01<<(unsigned char)(i/4),GPIO_PIN_RESET);
    //列选
    key_struct[i].key_level = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,(0x01<<((i%4)+4)));
	
	
	
	if(++i >= 16) i=0;//本次扫描结束后切换到下一个按键，或者全部扫描完后从头开始
}

思路：

行选：
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,0x0F,GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,0x01<<(unsigned char)(i/4),GPIO_PIN_RESET);

首先第一个句子先将PA0到PA3引脚全部置高，传入的0x0F对应的寄存器低四位

第二个句子就是根据当前的 i 按键下标变量判断扫描第几行。

假如i=0，即第1个按键，第1行，对应PA0

假如i=4，即第5个按键，第2行，对应PA1

假如i=15,即第16个按键,第4行，对应PA3

发现一个计算公式

PA（x） ：x = （i/4）

x取值向下取整；

对应代码：

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,0x01<<(unsigned char)(i/4),GPIO_PIN_RESET);

将0x01左移需要的行数就是对应的引脚了；

列选:

key_struct[i].key_level = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,(0x01<<((i%4)+4)));

一样，要先根据i的值判断当前是第几列

假如i=0，即第1个按键，第1列，对应PA4

假如i=4，即第5个按键，第1列，对应PA4

假如i=10，即第11个按键，第3列，对应PA6

假如i=15,即第16个按键,第4列，对应PA7

发现一个计算公式

PA（x） ：x = （i%4）+4；

+4是为了让偏移从PA4开始，因为从PA4开始才对应列选

对应代码：

key_struct[i].key_level = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,(0x01<<((i%4)+4)));

这样，16个按键的电平读取就完成了，1ms调用一次函数，每16次为一次完整的周期。

也是本矩阵扫描最难的部分。

状态机判断：

跟单按键一样，三个状态，（待按下，消抖判断，待松开）

不分步讲解了，直接上代码；

//矩阵按键扫描函数，1ms调用一次
void Key_Scan(void)
{
	static unsigned char i;//静态变量i,表示当前扫描第几个按键
    //行选
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,0x0F,GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,0x01<<(unsigned char)(i/4),GPIO_PIN_RESET);
    //列选
    key_struct[i].key_level = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,(0x01<<((i%4)+4)));//电平赋值
	
	
    //状态机判断
    switch(key_struct[i].key_state)
    {
        case 0:	//待按下
            if(key_struct[i].key_level == 0)
            {
                key_struct[i].key_state = 1;
            }
            break;
        case 1:	//消抖判断
            if(key_struct[i].key_level == 1)
            {
                key_struct[i].key_state = 0;
            }
            else if(key_struct[i].key_level == 0)
            {
                key_struct[i].once_downflag = 1;
                key_struct[i].key_state = 2;
            }
            break;
        case 2://待松开
            if(key_struct[i].key_level == 1)
            {
                key_struct[i].key_state = 0;
            }
            break;
    }
	
	
	if(++i >= 16) i=0;//本次扫描结束后切换到下一个按键，或者全部扫描完后从头开始
}

之后在主函数内部读取按下标志位皆可进行对应的按键操作了。

如：

void KEY_Process(void)
{
    if(key_struct[0].once_downflag == 1)
    {
        key_struct[0].once_downflag =0 ;
        //

        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_13);

    }

    
    if(key_struct[1].once_downflag == 1)
    {
        key_struct[1].once_downflag =0 ;
        //
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_13);
    }

    
    if(key_struct[2].once_downflag == 1)
    {
        key_struct[2].once_downflag =0 ;
        //
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_13);
    }

    if(key_struct[3].once_downflag == 1)
    {
        key_struct[3].once_downflag =0 ;
        //
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_13);
    }

    if(key_struct[4].once_downflag == 1)
    {
        key_struct[4].once_downflag =0 ;
        //
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_13);
    }

    if(key_struct[5].once_downflag == 1)
    {
        key_struct[5].once_downflag =0 ;
        //
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_13);
    }

    if(key_struct[6].once_downflag == 1)
    {
        key_struct[6].once_downflag =0 ;
        //
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_13);
    }

    if(key_struct[7].once_downflag == 1)
    {
        key_struct[7].once_downflag =0 ;
        //
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_13);
    }

    if(key_struct[8].once_downflag == 1)
    {
        key_struct[8].once_downflag =0 ;
        //
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_13);
    }

    if(key_struct[9].once_downflag == 1)
    {
        key_struct[9].once_downflag =0 ;
        //
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_13); 
    }

    if(key_struct[10].once_downflag == 1)
    {
        key_struct[10].once_downflag =0 ;
        //
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_13);
    }

    if(key_struct[11].once_downflag == 1)
    {
        key_struct[11].once_downflag =0 ;
        //
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_13);
    }

    if(key_struct[12].once_downflag == 1)
    {
        key_struct[12].once_downflag =0 ;
        //
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_13);
    }

    if(key_struct[13].once_downflag == 1)
    {
        key_struct[13].once_downflag =0 ;
        //
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_13);
    }
    if(key_struct[14].once_downflag == 1)
    {
        key_struct[14].once_downflag =0 ;
        //
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_13);
        
    }

    if(key_struct[15].once_downflag == 1)
    {
        key_struct[15].once_downflag =0 ;
        //
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_13);
    }

}

这个就是任意一个按键按键就取反灯

以上就是按键扫描的全部了

如果你需要按键的单双击，长按判断，可以参考下面这个文章，扫描的思路是一样的。

http://t.csdnimg.cn/AUQOA
如果你觉得写的不错，希望点赞加收藏，这是给我最大的称赞

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软件工程 这一章的内容其实还是蛮多的，大概一共有10个章节，分别是下面的一些内容，但是呢，这一章的内容其实是比较偏向文科类的，也就是说，记忆的内容其实占有很大的篇幅，在该考试科目当中呢，其实也是主要影响上午题部分的选择题的考察，基本的分值呢，在10分左右，分值占…
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python自定义交叉熵损失，再和pytorch api对比

python自定义交叉熵损失，再和pytorch api对比

背景 我们知道&#xff0c;交叉熵本质上是两个概率分布之间差异的度量&#xff0c;公式如下 其中概率分布P是基准&#xff0c;我们知道H(P,Q)>0&#xff0c;那么H(P,Q)越小&#xff0c;说明Q约接近P。 损失函数本质上也是为了度量模型和完美模型的差异&#xff0c;因此可以…
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input框添加验证(如只允许输入数字)中文输入导致显示问题的解决方案

input框添加验证(如只允许输入数字)中文输入导致显示问题的解决方案

文章目录 input框添加验证(如只允许输入数字)中文输入导致显示问题的解决方案问题描述解决办法 onCompositionStart与onCompositionEnd input框添加验证(如只允许输入数字)中文输入导致显示问题的解决方案 问题描述 测试环境&#xff1a;react antd input (react的事件与原生…
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如何在TestNG中忽略测试用例

如何在TestNG中忽略测试用例

在这篇文章中&#xff0c;我们将讨论如何在TestNG中忽略测试用例。TestNG帮助我们忽略使用Test注释的情况&#xff0c;我们可以在不同的级别上忽略这些情况。 首先&#xff0c;只忽略一个测试方法或测试用例。第二&#xff0c;忽略一个类及其子类中的所有情况。第三个是&#…
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QT中基于TCP的网络通信

QT中基于TCP的网络通信

QT中基于TCP的网络通信 QTcpServer公共成员函数信号 QTcpSocket公共成员函数信号 通信流程服务器端通信流程代码 客户端通信流程代码 使用Qt提供的类进行基于TCP的套接字通信需要用到两个类&#xff1a; QTcpServer&#xff1a;服务器类&#xff0c;用于监听客户端连接以及和客…
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