STM32按键扫描-状态机+位标志

STM32 按键扫描的正确姿势：状态机 + 位标志，一次搞定消抖、长按、短按

副标题：一个单按键，短按翻页、长按触发长按事件，互不干扰，代码只有 40 行。

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一、需求

项目里只有一个物理按键，但要实现两种操作：

• 短按：翻页（切到下个界面）
• 长按（≥1 秒）：触发长按事件

看起来简单，但做起来有几个坑：

1. 机械抖动：按下和松开的瞬间，电平会抖几十毫秒，直接读会误判成多次按下。
2. 长按过程中不能误触发短按：长按 1 秒，如果不处理，松开时会被当成短按再翻一次页。
3. 中断里写、主循环读：标志位被编译器优化掉读操作，导致主循环永远读不到新值。

这篇文章用 状态机 + 位标志 的方案，把这三个坑都填上。

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二、整体设计

1. 用状态机消抖

按键只有两个稳定状态：释放 和 按下。消抖的思路是：连续采样 N 次电平一致，才认为状态真的变了。

释放态 ──连续2次低电平──> 按下态
按下态 ──连续2次高电平──> 释放态

2. 用位标志报告「事件」而不是「状态」

状态是「按键现在按着还是松开」，事件是「按键刚刚发生了什么」。主循环关心的是事件（有没有一次新的按下/松开/长按），而不是持续的状态。

所以用 key_flags 一个字节，三个位分别表示三个事件：

#define KEY_PRESS   0x01   // 按下事件
#define KEY_RELEASE 0x02   // 短按松开事件
#define KEY_LONG    0x04   // 长按事件

产生事件用 |= 置位，消费事件用 &= ~ 清零。

3. 短按/长按的区分放在按键模块内部

关键点：长按触发过之后，松开时就不再产生 KEY_RELEASE。这样 KEY_RELEASE 的语义就是纯粹的「短按松开」，主循环根本不用判断是不是长按，直接翻页即可。

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三、完整代码

Key.h

#ifndef __KEY_H
#define __KEY_H

#include "main.h"

//按键
#define KEY_GPIO_Port GPIOC
#define KEY_Pin GPIO_PIN_9
//电平
#define KEY_DOWN 0
#define KEY_UP 1
//事件
#define KEY_PRESS   0x01
#define KEY_RELEASE 0x02
#define KEY_LONG    0x04

extern volatile uint8_t key_flags;
void key_scan(void);
#endif

Key.c

#include "Key.h"

//在中断里被写、主循环里读，不加会被编译器优化掉读操作，导致主循环读不到新值
volatile uint8_t key_flags = 0;

void key_scan(void)
{
    static uint8_t key_state = 0;     // 0=释放 1=按下
    static uint8_t key_cnt   = 0;     // 消抖计数
    static uint16_t hold_cnt = 0;     // 长按计时
    static uint8_t long_fired = 0;    // 长按是否已触发

    uint8_t cur = HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIO_Port, KEY_Pin);

    switch (key_state) {

    case 0:                             // 释放态，检测是否按下
        if (cur == KEY_DOWN) {
            if (++key_cnt >= 2) {       // 连续 2 次低电平才算按下
                key_state = 1;
                key_cnt   = 0;
                hold_cnt  = 0;          // 复位长按计时
                long_fired = 0;         // 复位长按标志，保证每次按下都能触发
                key_flags |= KEY_PRESS; // 触发按下事件
            }
        } else key_cnt = 0;
        break;

    case 1:                             // 按下态，检测释放 / 长按
        if (cur == KEY_UP) {
            if (++key_cnt >= 2) {
                key_state = 0;
                key_cnt   = 0;
                if (!long_fired) key_flags |= KEY_RELEASE; // 只有没触发过长按，才发“短按释放”
            }
        } else {
            key_cnt = 0;
            if (!long_fired && ++hold_cnt >= 100)   // 100 × 10ms = 1秒
            {
                long_fired = 1;         // 置位，保证只触发一次
                key_flags |= KEY_LONG;
            }
        }
        break;
    }
}

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四、逐段解析

1. 为什么 key_flags 要加 volatile

key_scan() 在 SysTick 中断里执行（后面会讲），key_flags 在中断里被写、主循环里读。

编译器做优化时，如果不知道这个变量会被中断改变，可能会把主循环里「读 key_flags」优化成只读一次、甚至直接缓存到寄存器。加上 volatile 就是告诉编译器：每次都老老实实去内存里读最新值，别优化。

这是中断共享变量的铁律：一边写、一边读的变量，必须 volatile。

2. key_state 状态机

只有两个状态，switch 清晰明了：

• case 0（释放态）：检测低电平（按下），连续 2 次采样都是低，才切到按下态。
• case 1（按下态）：检测高电平（松开），连续 2 次都是高，才切回释放态；期间一直低，就计时长按。

3. 消抖：key_cnt 为什么是 >= 2

key_scan() 每 10ms 被调用一次。机械按键抖动通常持续 5~20ms。要求「连续 2 次采样电平一致」，等于要求电平稳定 20ms 才算数，把抖动滤掉了。

如果只判断 == 1，任何一次瞬时抖动都会被当成一次有效动作。

4. 长按计时：hold_cnt 和 long_fired

按下态里，每次采样到低电平，hold_cnt 自增。因为是每 10ms 扫一次，hold_cnt >= 100 就是 100 × 10ms = 1 秒，达到就触发长按。

long_fired 是关键：它保证长按只触发一次。没有它，长按 3 秒就会连续触发 3 次长按事件。

5. 短按/长按冲突的解决

这是最容易踩的坑。看 case 1 里的释放分支：

if (!long_fired) key_flags |= KEY_RELEASE;

• 短按：按下后 1 秒内就松开，long_fired 还是 0，正常产生 KEY_RELEASE。
• 长按：按住超过 1 秒，long_fired 被置 1；之后松开时 !long_fired 为假，不产生 KEY_RELEASE。

这样，主循环只要看到 KEY_RELEASE 就翻页，看到 KEY_LONG 就做长按的事，二者天然互斥，不需要额外的 key_long_pressed 标记变量。

6. 为什么 long_fired 和 hold_cnt 要在 case 0 里复位

case 0:
    if (cur == KEY_DOWN) {
        if (++key_cnt >= 2) {
            ...
            hold_cnt  = 0;   // 复位长按计时
            long_fired = 0;  // 复位长按标志
            ...

这是很多人会漏的地方。如果不复位，第二次按键时 long_fired 还残留着 1，会导致「长按只能用一次，再按就不灵了」。每次进入按下态，都要把所有相关计时/标志清零，保证这次按键是全新的开始。

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五、SysTick 调度

key_scan() 需要周期性调用，放 SysTick 中断里最省事。SysTick 默认 1ms 进一次，加个计数器凑 10ms：

void SysTick_Handler(void)
{
    HAL_IncTick();
    Key_Time++;                 // 每 1ms 自增

    if (Key_Time >= 10) {       // 满 10ms 扫一次
        Key_Time = 0;
        key_scan();
    }
}

Key_Time 是用户变量，记得在 stm32f4xx_it.c 的 USER CODE PV 区定义：uint8_t Key_Time = 0;

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六、主循环消费事件

主循环里轮询 key_flags，读到哪个事件就清零哪个：

while (1)
{
    // 按下事件：这里暂不响应（可做“按下即亮屏”之类）
    if (key_flags & KEY_PRESS) {
        key_flags &= ~KEY_PRESS;
    }

    // 长按事件：触发长按动作
    if (key_flags & KEY_LONG) {
        key_flags &= ~KEY_LONG;
        // 长按要做什么写这里
    }

    // 短按松开事件：翻页
    if (key_flags & KEY_RELEASE) {
        key_flags &= ~KEY_RELEASE;
        UI_NextPage();
    }
}

注意：消费（&= ~）和判断（&）要成对，读完立刻清掉，否则下一次循环还会读到同一个事件，重复执行。

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七、总结

这套方案的精髓就三点：

问题	解决方案
机械抖动误触发	状态机 + 连续 2 次采样一致才切换
长按误触发短按	long_fired 标记，长按后松开不产生 KEY_RELEASE
中断共享变量读不到	volatile 关键字
长按重复触发	long_fired 置位后不再触发
长按只能用一次	case 0 里复位 hold_cnt 和 long_fired

代码短、无结构体、无动态内存，跑在 10ms 定时中断里开销极小，适合资源紧张的 MCU 和只有一个按键的小设备。

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