如何实现按键的短按、长按检测？

在电子产品中，按键是经常使用的组件，尤其是在需要微控制器（MCU）判断短按和长按这两种动作的场景中。本文将专门讨论这个话题。

单纯地讨论理论可能会显得乏味，因此我们将结合实际应用来说明。之前，我们曾写过一篇名为《CH573第一篇：实现自拍杆蓝牙遥控器1》的文章（链接）。在该文章中，例子中的功能是通过蓝牙连接后持续发送数据，从而实现不断拍照的功能。然而，在实际的遥控器中，通常只需按下按键控制一次拍照。接下来，我们将实现这个功能。

板子上只有两个按键，一个是RESET按键，一个是DOWNLOAD按键，我们使用DOWNLAOD按键，按键的一端接GND，另外一端接CH573的PB22引脚。

原理图中有一个NC的C5，但是实际板子上我却没有找到它，可能是版本不一致。

提前说明一下：CH573的代码里跑了TMOS（Task Management Operating System），可以理解为一个简单的操作系统，所以下面的代码一般的裸机代码看着略有不同，不过核心思想都是一样的，用在其他地方也很容易移植，只需要将其中的定时器部分改写即可。

最初我是这么做的，把PB22配置为上拉输入，开启下降沿中断，在中断服务函数里，启动一个事件，执行蓝牙发送。代码如下：

void Key_Init()
{
  GPIOB_ModeCfg( GPIO_Pin_22, GPIO_ModeIN_PU );
  GPIOB_ITModeCfg( GPIO_Pin_22, GPIO_ITMode_FallEdge );
  PFIC_EnableIRQ( GPIO_B_IRQn );
}
void GPIOB_IRQHandler( void )
{
  if(GPIOB_ReadPortPin(GPIO_Pin_22)==0)
  {
      GPIOB_ClearITFlagBit( GPIO_Pin_22);
      tmos_set_event( hidEmuTaskId, START_REPORT_EVT );
  }
}

这么写能工作，但是有问题，就是经常会出现按一下误判为多次按下。原因大家应该都清楚，因为按键存在抖动，所以一次按下有可能进入多次进入中断。

理想中的按下-弹起波形是这样的：

但是实际由于按键抖动的存在，实际的波形可能是这样的：

不信的话你可以接上示波器看看，或者软件验证，比如在GPIO中断服务函数里，设置一个全局变量，让它每次进入中断后加1，按按键观察这个变量的值。

那么该如何消除抖动呢？一种方法是硬件消抖，即按键两端并联一个小电容(电容大小由按键的机械特性来决定)，另外一种方法是我们今天要重点介绍的软件消抖。

方法一：常用的加延时函数

在中断服务函数中加一个比如10ms的延时函数，延时时间的长短取决于实际所用的按键特性，只要延时时间比抖动时间略大即可。原理很简单，加了延时就避开了抖动的这段时间，在延时之后判断引脚电平，如果为低电平就表示是按下。

void GPIOB_IRQHandler( void )
{
  if(GPIOB_ReadPortPin(GPIO_Pin_22)==0)
  {
      mDelaymS(10);
      if(GPIOB_ReadPortPin(GPIO_Pin_22)==0)
          tmos_set_event( hidEmuTaskId, START_REPORT_EVT );
      GPIOB_ClearITFlagBit( GPIO_Pin_22);
  }
}

这个方法很简单，但是不好的地方是延时占用MCU资源。尤其是这里的BLE应用，在中断服务函数中执行时间长会引起蓝牙连接中断，所以这里不能这么用，我实际测试当按键按快一点就很容易引起蓝牙连接中断。

方法二：加定时器

它的原理和方法一类似，只不过是不在中断服务函数中阻塞等待，而是用一个定时器，代码如下：

void GPIOB_IRQHandler( void )
{
  if(GPIOB_ReadPortPin(GPIO_Pin_22)==0)
  {
      GPIOB_ClearITFlagBit( GPIO_Pin_22);

      tmos_stop_task(hidEmuTaskId, START_DEBOUNCE_EVT);
      tmos_start_task(hidEmuTaskId, START_DEBOUNCE_EVT,16);
  }
}
    if(events & START_DEBOUNCE_EVT)
    {
        if(GPIOB_ReadPortPin(GPIO_Pin_22)==0)
        {
            PRINT("short press\n");
            tmos_set_event( hidEmuTaskId, START_REPORT_EVT );
        }

        return (events ^ START_DEBOUNCE_EVT);
    }

它的逻辑是每次抖动的下降沿重新开启10ms定时器，在定时器时间到之后判断IO电平状态来判断按键是否按下。

需要注意的是：10ms定时器不是一个周期性的定时器，它是一次性的，即时间到了之后就停止计时了。另外每次进中断后先让定时器重新重头开始计时。如果大家用其他代码实现时要注意这两点。

此方法的好处不像加延时函数那样占用MCU资源。我实际测试这个方法可用，不会引起蓝牙连接中断。

以上介绍了使用中断的方式来判断按键短按，可以看到它判断的依据是按键按下（由高电平变到低电平）这个状态。下面在方法二的基础上我们来实现长按的检测，判断长按的依据是按下后持续的维持一段时间低电平。代码如下：

if(events & START_DEBOUNCE_EVT)
{
    if(GPIOB_ReadPortPin(GPIO_Pin_22)==0)
    {
        PRINT("short press\n");
        tmos_set_event( hidEmuTaskId, START_REPORT_EVT );
        tmos_start_task( hidEmuTaskId, START_LONGCHECK_TIMER,16 );
    }

    return (events ^ START_DEBOUNCE_EVT);
}
    if(events & START_LONGCHECK_TIMER)
    {
        static int cnt=0;
        if(GPIOB_ReadPortPin(GPIO_Pin_22)==0)
        {
            cnt++;
            if(cnt>100)
            {
                PRINT("long press\n");
                tmos_stop_task( hidEmuTaskId, START_LONGCHECK_TIMER);
                cnt =0;
            }
            else
                tmos_start_task( hidEmuTaskId, START_LONGCHECK_TIMER,16 );
        }
        else
        {
            cnt=0;
            tmos_stop_task( hidEmuTaskId, START_LONGCHECK_TIMER );
        }

        return (events ^ START_LONGCHECK_TIMER);
    }

实现的逻辑是：当检测到短按时，再开启一个10ms定时器，在定时器到时之中判断电平状态，如果为低电平，就让cnt变量加1，否则cnt=0，当cnt>100，即低电平持续1s认为是长按。我在这里当判断到长按之后或者IO变高之后会停止掉这个定时器，否则周期定时，因为没必要一直开着定时器。

除了上述的中断方式，还可以使用轮询的方式来实现，代码如下：

void Key_Init()
{
  GPIOB_ModeCfg( GPIO_Pin_22, GPIO_ModeIN_PU );
}
if(events & START_KEYSCAN_EVT)
{
    KeyScan();
    tmos_start_task(hidEmuTaskId, START_KEYSCAN_EVT,160);// 100ms执行一次KeyScan()
    return (events ^ START_KEYSCAN_EVT);
}
bool key_press_flag = false;      // 按下标志
bool key_long_press_flag = false; // 长按标志

void KeyScan()
{
  if(GPIOB_ReadPortPin(GPIO_Pin_22) == 0) // 低电平
  {
    if(key_press_flag == false)
      tmos_start_task( hidEmuTaskId, START_LONGCHECK_TIMER, 1600 ); // 启动1s定时器

    key_press_flag = true;    // 置位按下标志
  }
  else if(key_press_flag == true) // 高电平同时按键被按下过 ,表示是按下后的弹起
  {
      key_press_flag = false; // 清除按下标志

      if(key_long_press_flag == false)// 短按后的弹起
      {
        tmos_stop_task(hidEmuTaskId, START_LONGCHECK_TIMER);
        PRINT("short press\n");
        tmos_set_event( hidEmuTaskId, START_REPORT_EVT );
      }
      else // 长按后的弹起
      {
          key_long_press_flag =false;
      }
  }
  else
  {
    key_press_flag = false;
    key_long_press_flag = false;
  }

}
if(events & START_LONGCHECK_TIMER)
{
    key_long_press_flag =true;
    PRINT("long press\n");
    return (events ^ START_LONGCHECK_TIMER);
}

上面的这段代码初次看着有点绕，但是看明白了之后会觉得这个实现逻辑还是挺好的，注释写了，这里不再详细解释了，我在多个项目里使用的都是它。它兼顾了去抖和短按/长按的检测，并且长按可以判断出长按按下/长按弹起。短按是检测到弹起时认为是短按动作。另外如果想同时支持多个长按，也很方便添加。

轮询和中断各有优缺点，大家可以根据实际情况来选择，你一般常用哪种方式呢？

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