2. 按键事件检测与响应

任务说明

本案例实现一个基于事件驱动的按键检测与响应机制。系统需要完成：轮询读取按键引脚状态，检测按下与释放边沿，消抖后生成按键事件，并将事件分发至对应回调函数执行响应动作。核心目标是建立“事件产生—事件分发—事件处理”的解耦链路，而非单纯读取GPIO。

事件驱动架构设计

整个系统分为三层：驱动层（读取引脚电平）、事件层（消抖与边沿检测，产生事件）、应用层（注册回调，响应事件）。事件层通过函数指针维护事件回调表，按键事件产生后按事件类型查表调用对应处理函数。该设计使按键检测逻辑与业务响应完全解耦，新增按键响应时无需修改检测代码。

代码实现

// key_event.h
#ifndef KEY_EVENT_H
#define KEY_EVENT_H

#include <stdint.h>

typedef enum {
    KEY_EVENT_NONE = 0,
    KEY_EVENT_PRESSED,
    KEY_EVENT_RELEASED,
    KEY_EVENT_LONG_PRESS
} key_event_type_t;

typedef struct {
    key_event_type_t type;
    uint32_t timestamp;   // 事件发生时刻（ms）
} key_event_t;

typedef void (*key_callback_t)(key_event_t *ev);

void key_driver_init(void);
void key_scan_loop(void);          // 周期性调用（建议1ms周期）
void key_register_callback(key_event_type_t type, key_callback_t cb);

#endif

// key_event.c
#include "key_event.h"
#include <stdbool.h>

// ---- 硬件抽象（示例：按键接PA0，低电平有效）----
#define KEY_GPIO_PORT  0x40010800UL  // 示例地址
#define KEY_GPIO_PIN   0

static uint8_t key_read_pin(void) {
    // 实际项目中替换为寄存器读取或HAL函数
    // 此处模拟：返回1表示按下（低电平有效取反后）
    static uint8_t sim = 0;
    sim = !sim;  // 模拟电平变化，实际应读取硬件
    return sim;
}

// ---- 消抖与事件检测 ----
#define DEBOUNCE_MS   20
#define LONG_PRESS_MS 1000

static uint8_t  raw_level = 0;
static uint8_t  stable_level = 0;
static uint8_t  debounce_cnt = 0;
static uint8_t  prev_stable = 0;
static uint32_t press_start_ms = 0;
static uint32_t tick_ms = 0;

static key_callback_t cb_table[3] = {0};  // 索引对应事件类型-1

void key_driver_init(void) {
    raw_level = key_read_pin();
    stable_level = raw_level;
    prev_stable = stable_level;
    debounce_cnt = 0;
}

void key_register_callback(key_event_type_t type, key_callback_t cb) {
    if (type >= KEY_EVENT_PRESSED && type <= KEY_EVENT_LONG_PRESS) {
        cb_table[type - 1] = cb;
    }
}

static void dispatch_event(key_event_type_t type) {
    key_event_t ev;
    ev.type = type;
    ev.timestamp = tick_ms;
    if (cb_table[type - 1]) {
        cb_table[type - 1](&ev);
    }
}

void key_scan_loop(void) {
    tick_ms++;
    raw_level = key_read_pin();

    // 消抖：连续DEBOUNCE_MS次采样一致才更新稳定电平
    if (raw_level == stable_level) {
        debounce_cnt = 0;
    } else {
        debounce_cnt++;
        if (debounce_cnt >= DEBOUNCE_MS) {
            stable_level = raw_level;
            debounce_cnt = 0;
        }
    }

    // 边沿检测
    if (stable_level != prev_stable) {
        if (stable_level == 1) {  // 按下（低有效取反后为1）
            press_start_ms = tick_ms;
            dispatch_event(KEY_EVENT_PRESSED);
        } else {                  // 释放
            uint32_t press_dur = tick_ms - press_start_ms;
            if (press_dur >= LONG_PRESS_MS) {
                dispatch_event(KEY_EVENT_LONG_PRESS);
            }
            dispatch_event(KEY_EVENT_RELEASED);
        }
        prev_stable = stable_level;
    }
}

// main.c 示例
#include "key_event.h"
#include <stdio.h>

void on_pressed(key_event_t *ev) {
    printf("[%u] 按键按下\n", ev->timestamp);
}

void on_released(key_event_t *ev) {
    printf("[%u] 按键释放\n", ev->timestamp);
}

void on_long_press(key_event_t *ev) {
    printf("[%u] 长按触发\n", ev->timestamp);
}

int main(void) {
    key_driver_init();
    key_register_callback(KEY_EVENT_PRESSED, on_pressed);
    key_register_callback(KEY_EVENT_RELEASED, on_released);
    key_register_callback(KEY_EVENT_LONG_PRESS, on_long_press);

    // 模拟主循环，周期1ms
    while (1) {
        key_scan_loop();
        // 实际项目中此处延时1ms
    }
    return 0;
}

编译与运行

gcc -o key_demo key_event.c main.c
./key_demo

验证方法

在真实硬件上，将按键一端接GND、另一端接MCU引脚（内部上拉），按下时引脚读到低电平。代码中key_read_pin()返回1表示按下（已做电平取反）。运行后观察串口输出：按下按键约20ms后输出“按键按下”，释放后输出“按键释放”；若按住超过1秒再释放，则先输出“长按触发”再输出“按键释放”。

判定标准：快速按动按键（间隔小于20ms）不应产生误触发；长按1秒后释放必须出现长按事件；所有事件时间戳单调递增。若在无硬件环境下验证逻辑，可在key_read_pin()中按时间序列返回预设电平值，观察事件输出是否符合预期序列。