江科大状态机按键检测优化设计逻辑#

1. 设计目标：

   优化后的按键驱动代码主要解决以下问题：

   • 硬件耦合度高：原代码直接操作 GPIOB 和固定引脚，难以移植到其他硬件平台。

   • 扩展性差：新增按键需修改多处逻辑，违反开闭原则（OCP）。

   • 可读性低：使用魔术数字（如 1、2）表示按键，代码含义不直观。

2. 核心设计思想

   • 查表法（Lookup Table）：通过结构体数组统一管理按键硬件配置。

   • 模块化设计：分离硬件配置与业务逻辑，提高可维护性。

3. 具体代码

   在工程中新建一个key.c和key.h文件，在头文件中定义一个枚举类型用于表示KEY的编号，还有结构体，例如：

   1
   // 枚举：KEY编号
   2
   typedef enum
   3
   {
   4
       KEY1 = 0,
   5
       KEY2,
   6
       // 这里添加你的key编号，示例：KEY3....
   7
       KEY_COUNT // 总KEY数量，用于数组
   8
   } KEY_Type;
   9
   
   10
   // 按键配置结构体
   11
   typedef struct
   12
   {
   13
       GPIO_TypeDef *port; // GPIO端口（GPIOx）
   14
       uint16_t pin;       // 引脚号（如GPIO_PIN_x）
   15
   } Key_Config;
   

   然后在key.c函数中建立一个表用于查询，例如：

   1
   static Key_Config key_config[KEY_COUNT] = {
   2
       [KEY1] = {KEY_GPIO_Port, KEY_Pin},
   3
       //在这里继续进行添加你的映射表，例如[KEYx] = {KEYx_GPIO_Port, KEYx_Pin},前提是你进行了lable的设置，否则就使用对应的端口和pin。
   4
   };
   

   然后剩下的就是状态机的按键检测逻辑了，详细思路请观看江科大的视频，这里贴出我修改后的代码：

   1
   // 存储最近触发的按键编号，初始化为无效值（KEY_COUNT）
   2
   // 注意：此变量会在按键释放时被更新，通过KeyGetNum()读取后自动清除
   3
   static KEY_Type key_num = KEY_COUNT;
   4
   
   5
   /**
   6
    * @brief 检测当前被按下的按键
   7
    * @return 按下的按键编号（KEY1等），若无按键按下返回KEY_COUNT
   8
    * @note 高电平有效（GPIO_PIN_SET表示按下）
   9
    */
   10
   static KEY_Type Key_GetState(void)
   11
   {
   12
       // 遍历所有已配置的按键
   13
       for (KEY_Type i = KEY1; i < KEY_COUNT; i++)
   14
       {
   15
           // 检测按键引脚是否为高电平（按下状态）
   16
           if (HAL_GPIO_ReadPin(key_config[i].port, key_config[i].pin) == GPIO_PIN_SET)
   17
           {
   18
               return i; // 返回按下的按键编号
   19
           }
   20
       }
   21
       return KEY_COUNT; // 无按键按下
   22
   }
   23
   
   24
   /**
   25
    * @brief 获取被触发的按键编号（单次触发）
   26
    * @return 触发按键的编号，若无触发返回KEY_COUNT
   27
    * @note 调用后会清除内部存储的键值，避免重复触发
   28
    */
   29
   KEY_Type KeyGetNum(void)
   30
   {
   31
       // 检查是否有有效按键触发
   32
       if (key_num < KEY_COUNT)
   33
       {
   34
           KEY_Type temp = key_num; // 临时保存键值
   35
           key_num = KEY_COUNT;     // 清除键值（单次触发）
   36
           return temp;            // 返回按键编号
   37
       }
   38
       return KEY_COUNT; // 无按键触发
   39
   }
   40
   
   41
   /**
   42
    * @brief 按键状态检测函数（需定时器周期性调用）
   43
    * @note 实现功能：
   44
    *       1. 按键消抖（通过KEY_DEBOUNCE_TICKS控制）
   45
    *       2. 释放事件检测（从按下到释放的跳变）
   46
    */
   47
   void Key_Tick(void)
   48
   {
   49
       static uint8_t counter;              // 消抖计数器
   50
       static KEY_Type CurrKeyState = KEY_COUNT; // 当前按键状态
   51
       static KEY_Type PrevKeyState = KEY_COUNT; // 上一次按键状态
   52
   
   53
       counter++; // 计数器递增（每次调用+1）
   54
   
   55
       // 达到消抖时间阈值时检测按键状态
   56
       if (counter >= KEY_DEBOUNCE_TICKS)
   57
       {
   58
           counter = 0; // 重置计数器
   59
   
   60
           // 更新状态记录
   61
           PrevKeyState = CurrKeyState;     // 保存旧状态
   62
           CurrKeyState = Key_GetState();   // 获取新状态
   63
   
   64
           // 检测按键释放事件（之前按下，现在释放）
   65
           if (CurrKeyState == KEY_COUNT && PrevKeyState != KEY_COUNT)
   66
           {
   67
               key_num = PrevKeyState; // 记录被释放的按键编号
   68
           }
   69
       }
   70
   }
   

然后就是LED的实现，其实就是一样的优化方向，都是用查询表的方式实现，但是江科大原版的状态机太多if了，有点长，所以我这里状态机改用了switch，这里贴出我的LED_Tick代码：

1
/**
2
 * @brief LED状态机（需周期性调用，如每1ms调用一次）
3
 * @note 实现功能：
4
 *       1. 处理常亮/关闭模式
5
 *       2. 管理多种闪烁模式的定时切换
6
 */
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void LED_Tick(void)
8
{
9
    for (int i = 0; i < LED_COUNT; ++i) // 遍历所有LED
10
    {
11
        LED_Mode mode = leds[i].mode; // 获取当前模式
12

13
        switch (mode)
14
        {
15
            case LED_ON:  // 常亮模式
16
                led_on(i);
17
                break;
18
            case LED_OFF: // 关闭模式
19
                led_off(i);
20
                break;
21

22
            // 闪烁模式处理
23
            case LED_BLINK_SLOW:
24
            case LED_BLINK_FAST:
25
            case LED_BLINK_SHORT:
26
            {
27
                Mode_Config cfg = modes[mode]; // 获取当前模式的配置参数
28
                leds[i].counter = (leds[i].counter + 1) % cfg.period; // 循环计数
29

30
                // 根据计数值切换亮灭状态
31
                if (leds[i].counter < cfg.threshold)
32
                    led_on(i);  // 在阈值时间内保持亮
33
                else
34
                    led_off(i); // 超过阈值后灭
35
                break;
36
            }
37
            default: // 未知模式默认关闭
38
                led_off(i);
39
                break;
40
        }
41
    }
42
}

剩余的优化代码可以看我的GitHub，我全部打包放在我的个人仓库，还有移植到天空星的HAL库例程。