1.3.5 按键扫描
按键获取一般有两种方式（图1-14）：一是按键触发输入脚中断；二是扫描读取输入脚电平。然而，常规按键是一种机械结构，当按下和释放时，存在毛刺问题，如图1-15所示。并且这个毛刺的严重程度跟按键触点的接触良好性有关，典型的例子是鼠标时间用久了，会出现按键失效或者是一次按键出现两次连击现象，这往往是鼠标触点氧化导致的，触点清洗一下即可。
图1-14 按键获取电路图
图1-15 按键出现问题
为了解决按键接触引起的误触发，需要引入一个小抖动处理，中断读取的方式，在中断产生后，关闭中断，延时一定时间在按键稳定区读取按键值，之后再延时一段时间，重新打开中断响应，以避开释放时的抖动二次中断。扫描方式一般利用节拍来采样，当检测到有连续两次及以上有效按键值的，认为产生了一次按键事件，为了防止按键释放时抖动引起二次按键，一般还需要加入防止双击处理。
MS的按键处理是第二种扫描方式，利用节拍例行处理来扫描GPIO获取，考虑到实际按键往往超过10个，直接利用MCU51的P1口的8个脚作为按键扫描脚（图1-16），采用4×4交叉扫描方式实现16个按键（图1-17），解决MCU51端口少的问题。
图1-16 MCU51的P1口按键扫描脚
图1-17 MS按键交叉的扫描方式
4×4按键如图1-16所示，P1口8个端口都配置为双向端口，其中输出为OC门输出，带上拉电阻，在干扰大的场合，需要外部扩展上拉电阻，提高抗干扰能力。假设按下了“A”按键，我们来分析4×4扫描按键的原理。
1）设置X=0，获取Y=4’b1011。
2）设置Y=0，获取X=4’b1101。
3）合并X、Y得到扫描码8’b10111101。
4）扫描码8’b10111101映射到按键码“A”。
这种4×4扫描方式，很适合一次只按一个按键的操作，这时，扫描码与按键码是一一映射的，具有唯一性。若存在多个按键同时按下的情况时，比如PC的Crtl+Alt+Z这种组合按键，这种扫描方式就不适合了，因为存在不唯一性问题。
MS的按键扫描流程如图1-18所示，间隔10ms的系统节拍例行查询按键扫描码，当发现扫描码不为invalid，也就是不等于8’b11111111，说明有按键按下，保存第一次扫描码和第二次扫描码，之后等待按键释放。当检测到扫描码为invalid时，说明按键已经释放。第一步检测当前按键是否跟上一次按键间隔太紧，也就是说是否存在二次连击、按键接触不良引起的误操作，若有，则需要一个二次连击的计数器避免误操作。之后再判断按键值是否正确，若不正确直接退出；若正确，区分按键操作类型，是长按键，还是短按键，（工业设备，按键不是很多）往往用长按和短按来增加按键数，这个类似PC按键的Shift按键或者是Caps Lock按键，把字母分为大写和小写一个道理，工业设备，按键一般没有连按，怕误操作。区分了长短按键之后，再发送按键消息，一个完整的按键获取处理完成，按键设备复位。
图1-18 按键扫描流程
按键设备的数据结构定义如下。
代码清单1-17：按键宏及变量定义
#define ShortInterval 2 // 短按按键间隔 >= 2 #define LongInterval 40 // 长按按键间隔 #define DoubleHitInterval 20 // 防按键双击误动间隔 static Byte idata ScanFirstData = invalid; // 第一次采集按键值 static Byte idata ScanSecondData = invalid; // 第二次采集按键值 static Byte idata ScanCounter = 0; // 按下按键计数器 static Byte idata DoubleHitCounter = 0; // 防按键双击误动计数器
一般采用MCU51的P1口作为按键扫描口，采用4×4矩阵扫描方式，用户只需要修改矩阵扫描部分硬件及代码即可。建议添加上拉电阻，电阻值在10kΩ左右可以提高按键准确性，且抗干扰能力强，若干扰严重时，可将上拉电阻阻值下调。代码如下。
代码清单1-18：按键扫描
static Byte ScanPin(void)
{
Byte scan;
P1 = 0x0F; Delay(1); // P1.7~P1.4置0，延时，等待电路稳定
scan = P1; // 读取低4位扫描值
P1 = 0xF0; Delay(1); // P1.3~P1.0置0，延时，等待电路稳定
scan = scan | P1 ; // 读取高四位扫描值并与低四位合并
return(scan); // 返回值
}
按键扫描必须要基于系统节拍例行扫描，所以要有一个系统节拍例行处理函数，代码如下。
代码清单1-19：按键系统节拍例行程序
void KeySystickRoutine(void)
{
Byte scan, key;
scan = ScanPin(); // 获取扫描码
if (scan != invalid) // 判断是否有按键按下
{
ScanCounter++;
if (ScanCounter == 1) // 保存第一次扫描码
ScanFirstData = scan;
else if(ScanCounter == 2) // 保存第二次扫描码
ScanSecondData = scan;
else if (ScanCounter > LongInterval) // 防止计数器循环
ScanCounter = LongInterval;
}
else
{
if(DoubleHitCounter) // 防止连续双击按键
{
DoubleHitCounter--;
ScanCounter = 0;
return;
}
if (ScanCounter == 0) return； // 若没有扫描码，退出
if ((ScanFirstData == invalid) || (ScanFirstData != ScanSecondData))
{
ScanCounter = 0; // 判断扫描码是否正确
return;
}
if (ScanCounter == LongInterval) // 判断是否为长按键
key = RemapLongKey(ScanFirstData); // 通过扫描码获取长按键值
else if (ScanCounter >= ShortInterval) // 判断是否为短按键
key = RemapKey(ScanFirstData); // 通过扫描码获取短按键值
else
key = invalid; // 误操作，无效
if (key != invalid)
{
PostMessage(MessageKey, key); // 发送按键
DoubleHitCounter=DoubleHitInterval; // 设定二次连击计数器
}
ScanFirstData = invalid; // 按键设备复位
ScanSecondData = invalid;
ScanCounter = 0;
}
}