基於狀態機的按鍵程式

一般的按鍵輸入軟體介面程式非常簡單，在程式中一旦檢測到按鍵輸入口為低電平（有時可能為高），便採用軟體延時的方法來進行消抖，然後再次檢測按鍵輸入，如果再次確認為低電平則表示有按鍵按下，轉入執行按鍵處理程式。如果延時後檢測的電平為高電平則放棄本次按鍵檢測，重新開始一次按鍵檢測過程。在簡單的系統中這種方法比較可以用，但是在複雜的系統實時性要求較高的系統中這種方法的cpu利用率比較低，造成資源的浪費。另外，由於在不同的產品系統中對按鍵功能的定義和使用方式也會不同，而且是多變的，加上在測試和按鍵處理的同時，mcu還要同時處理其他的任務（如顯示、計算、計時等），因此編寫鍵盤和按鍵介面的處理程式需要掌握有效的分析方法，具備較高的軟體設計能力和程式編寫的技巧。而採用狀態機的方法是一種比較好的方法。

何為狀態機

關於狀態機的乙個極度確切的描述是它是乙個有向圖形，由一組節點和一組相應的轉移函式組成，狀態機通過響應一系列事件而「執行」。每個事件都在屬於「當前」節點的轉移函式的控制範圍內，其中函式的範圍是節點的乙個子集。函式返回「下乙個」（也許是同乙個）節點。這些節點中至少有乙個必須是終態。當到達終態，狀態機停止。

狀態機是一種概念性機器，它能採取某種操作來響應乙個外部事件。具體採取的操作不僅能取決於接收到的事件，還能取決於各個事件的相對發生順序。之所以能做到這一點，是因為機器能跟蹤乙個內部狀態，它會在收到事件後進行更新。為乙個事件而響應的行動不僅取決於事件本身，還取決於機器的內部狀態。另外，採取的行動還會決定並更新機器的狀態。這樣一來，任何邏輯都可建模成一系列事件/狀態組合。

狀態機是軟體程式設計中的乙個重要概念。比如在乙個按鍵命令解析程式中，就可以看做狀態機，其過程如下：本來在a狀態下，觸發乙個按鍵後切換到b，再觸發另乙個鍵後就切換到c狀態，或者返回a狀態。這是最簡單的例子。其他的很多的程式都可以當做狀態機來處理。

狀態機可歸納為4個要素，即現態、條件、動作、次態。這樣的歸納，主要是出於對狀態機內在因果關係的考慮。「現態」和「條件」是因，「動作」和「次態」是果。詳細如下：

現態：是指當前所處的狀態。

條件：又稱為「事件」。當乙個條件滿足，將會觸發乙個動作，或者執行一次狀態的遷移。

動作：條件滿足後執行動作。動作執行完畢後，可以遷移到新的狀態，也可以仍舊保持原狀態。動作不是必需的，當條件滿足後，也可以不執行任何動作，直接遷移到新狀態。

次態：條件滿足後要遷往的新狀態。「次態」是相對於「現態」而言的，「次態」一旦被啟用，就轉變為新的「現態」了。

按鍵的狀態機實現

乙個按鍵從鍵按下到鬆開的過程如下如所示。從圖中可以看出，按鍵的按下和鬆開的過程都有抖動的干擾問題，因此要將它們消除。

可將將按鍵抽象為4個狀態：

（1）未按下，假定為s0

（2）確認有鍵按下，假定為s1

（3）鍵穩定按下狀態，假定為s2

（4）鍵釋放狀態，假定為s3。

（有時也可以抽象為3個狀態s0，s1，s3）。

在乙個系統中按鍵的操作是隨機的，因此系統軟體中要對按鍵進行迴圈查詢。在按鍵檢測過程中需要進行消抖處理，消抖的延時處理一般要10ms或20ms，因此取狀態機的時間序列為10或20ms，這樣不僅可以跳過按鍵消抖的影響，同事也遠小於按鍵0.3-0.5s的穩定閉合其，不會將按鍵過程丟失。

假定鍵按下時埠電平為0，未按下時為1（或者相反）。通過狀態機實現按鍵檢測的過程如下：

首先，按鍵的初始態為s0，當檢測到輸入為1時，表示沒有鍵按下，保持s0。當按鍵輸入為0時，則有鍵按下，轉入狀態s1。

在s1狀態時，如果輸入的訊號為1，則表示剛才的按鍵操作為干擾，則狀態跳轉到s0；如果輸入訊號為0，則表示確實有鍵按下，此時可以讀取鍵狀態，產生相應的按鍵標誌或者將該事件存入訊息佇列。同時狀態機切換到s2狀態。

在s2狀態，如果輸入訊號為1，則沒有鍵按下，切換到s3；如果輸入訊號為0，則保持s2狀態，並進行計數。如果計數值超過一定的門限值，則可以認為該按鍵為長按鍵事件或者鍵一直按下狀態，如果未超過門限值，則認為是短按鍵事件，保持s2狀態。

在s3狀態，如果輸入訊號為高電平，則切換到s0.

上面就是採用狀態機進行按鍵檢測的過程。簡單程式如下：

enum key_states_e;  
void key_scan(void) 
else 
key_state = key_s1; 
break; 
case key_s2: 
if(gpio_readinputdatabit(g_keys[0].port, g_keys[0].gpio)==1)else 
key_state = key_s1; 
break; 
case key_s3: 
if(gpio_readinputdatabit(g_keys[0].port, g_keys[0].gpio)==1) 
} else 
key_state = key_s4; 
break; 
case key_s4: 
if(gpio_readinputdatabit(g_keys[0].port, g_keys[0].gpio)==1) 
break; 
default: 
key_state = key_s1; 
press = 0; 
break; 
}}

在定時器中，定時10ms，定時到後在中斷服務程式中呼叫上述函式，每次執行的間隔10ms，可以有效的消除消抖，提高cpu的利用率。

同時可以將狀態機應用於其他的程式中，乙個序列通訊的時序（不管它是遵循何種協議，標準串列埠也好、i2c也好；也不管它是有線的、還是紅外的、無線的）也都可以看做由一系列有限的狀態構成。顯示掃瞄程式也是狀態機；通訊命令解析程式也是狀態機；甚至連繼電器的吸合/釋放控制、發光管（led）的亮/滅控制又何嘗不是個狀態機。

基於狀態機的按鍵程式

基於狀態機的新型按鍵消抖掃瞄程式

狀態機按鍵消抖

按鍵的程式設計狀態機1

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按鍵的程式設計 狀態機1

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