在嵌入式产品开发中，按键输入看似简单，但要实现产品级的稳定性和交互体验，需要考虑多个细节：硬件抖动、长按/短按/连击的识别、响应延迟、误触容错等。尤其在一些工业控制或消费电子产品中，按键响应的准确性与用户体验直接相关。
本文将结合实际经验，围绕产品级按键系统的核心问题展开，包括：软件去抖动、按键事件识别（单击、双击、长按）、基于状态机的设计思路，并辅以清晰的代码示例。
一、按键抖动的本质与去抖方法
机械式按键在触发时会产生数十毫秒的抖动信号，如图所示：
高电平 ——┐ ┌────┐ ┌───┐
└────┘ └───┘
↑抖动阶段约5~20ms若不处理这些抖动，将误触发多次按键事件。典型的软件去抖方法有两种：
1.1 延时法（简单粗暴）
#define KEY_PIN HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0)
bool read_key()
{
static bool key_last = false;
bool key_now = KEY_PIN;
if (key_now != key_last)
{
HAL_Delay(20); // 固定延时20ms
key_now = KEY_PIN;
}
key_last = key_now;
return key_now;
}适用于轻量任务，但阻塞式HAL_Delay()在多任务或RTOS下不推荐。
1.2 定时器采样 + 滑动窗口法（推荐）
#define KEY_FILTER_TIME 5
typedef struct {
uint8_t filter_cnt;
uint8_t stable_state;
uint8_t last_state;
} KeyFilter_t;
KeyFilter_t key1 = {0};
void key_filter_task() // 每10ms调用一次
{
uint8_t cur = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0);
if (cur == key1.last_state)
{
if (key1.filter_cnt < KEY_FILTER_TIME)
key1.filter_cnt++;
else
key1.stable_state = cur; // 过滤成功，状态更新
}
else
{
key1.filter_cnt = 0;
}
key1.last_state = cur;
}该方案适用于RTOS或主循环中周期性调用，无阻塞，去抖效果稳定。
二、按键事件识别（单击、双击、长按）
产品级系统往往需支持复杂交互。例如：
- 短按：执行基本操作
- 长按：进入配置/复位模式
- 双击/多击：执行特殊功能
关键是精确识别不同的按键时序。常用方法是记录按下/释放的时间戳，并在定时任务中分析事件。
2.1 实用结构体定义
typedef enum {
KEY_IDLE,
KEY_PRESS,
KEY_RELEASE,
KEY_LONG,
KEY_DOUBLE
} KeyEvent_t;
typedef struct {
uint8_t stable_state;
uint8_t last_state;
uint8_t press_flag;
uint32_t press_time;
uint32_t release_time;
uint8_t click_count;
KeyEvent_t event;
} KeyCtrl_t;2.2 状态控制逻辑（每10ms调用）
#define KEY_DOWN_LEVEL 0
#define LONG_PRESS_TIME 100 // 100 * 10ms = 1s
#define DOUBLE_CLICK_TIME 30 // 300ms
void key_scan(KeyCtrl_t *key, uint8_t read_level)
{
// 状态变化检测
if (read_level != key->last_state)
{
key->last_state = read_level;
if (read_level == KEY_DOWN_LEVEL)
{
key->press_time = 0;
key->press_flag = 1;
}
else
{
key->release_time = 0;
if (key->press_time < LONG_PRESS_TIME)
key->click_count++; // 累积点击次数
key->press_flag = 0;
}
}
// 长按识别
if (key->press_flag)
{
key->press_time++;
if (key->press_time == LONG_PRESS_TIME)
key->event = KEY_LONG;
}
// 点击识别（释放后计时）
if (!key->press_flag && key->click_count > 0)
{
key->release_time++;
if (key->release_time > DOUBLE_CLICK_TIME)
{
if (key->click_count == 1)
key->event = KEY_PRESS;
else if (key->click_count == 2)
key->event = KEY_DOUBLE;
key->click_count = 0;
key->release_time = 0;
}
}
}调用方式：
KeyCtrl_t key1;
void SysTick_Handler() // 每10ms调用
{
uint8_t key_level = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0);
key_scan(&key1, key_level);
}2.3 事件处理
在主循环中读取：
switch (key1.event)
{
case KEY_PRESS:
// 短按操作
do_action();
break;
case KEY_LONG:
// 长按复位
system_reset();
break;
case KEY_DOUBLE:
// 双击切换模式
toggle_mode();
break;
default:
break;
}
key1.event = KEY_IDLE; // 清除事件三、引入状态机的设计优势
在产品级设计中，代码清晰度和可维护性极其重要。直接用变量堆叠判断逻辑容易混乱。状态机设计是一种简洁的思路：每种按键状态对应一个具体行为转换条件。
3.1 状态枚举
typedef enum {
ST_IDLE,
ST_WAIT_RELEASE,
ST_WAIT_SECOND_PRESS,
ST_LONG_PRESS
} KeyState_t;3.2 状态切换实现
void key_state_machine(KeyCtrl_t *key)
{
static KeyState_t state = ST_IDLE;
switch (state)
{
case ST_IDLE:
if (key->stable_state == KEY_DOWN_LEVEL)
{
key->press_time = 0;
state = ST_WAIT_RELEASE;
}
break;
case ST_WAIT_RELEASE:
if (key->stable_state != KEY_DOWN_LEVEL)
{
if (key->press_time < LONG_PRESS_TIME)
state = ST_WAIT_SECOND_PRESS;
else
key->event = KEY_LONG, state = ST_IDLE;
}
else
{
key->press_time++;
if (key->press_time >= LONG_PRESS_TIME)
key->event = KEY_LONG, state = ST_IDLE;
}
break;
case ST_WAIT_SECOND_PRESS:
key->release_time++;
if (key->stable_state == KEY_DOWN_LEVEL)
{
key->event = KEY_DOUBLE;
state = ST_IDLE;
}
else if (key->release_time > DOUBLE_CLICK_TIME)
{
key->event = KEY_PRESS;
state = ST_IDLE;
}
break;
default:
state = ST_IDLE;
break;
}
}四、总结与建议
- 去抖是基础：推荐使用定时采样 + 滑动滤波方式，兼顾实时性和准确性。
- 事件识别需明确时序：长按、双击等需合理时间窗口与状态标记。
- 状态机利于扩展：可读性好，便于多键支持、增加按键组合等高级功能。
- 避免阻塞逻辑：无论是delay或while等待，都应尽量避免使用在中断或主循环中。
按键虽然是最基础的输入方式之一，但在产品级别的设计中，它体现的是系统响应能力、用户体验和设计规范的综合考量。
当然也参考一个开源按键网站：
https://github.com/murphyzhao/FlexibleButton