按键防抖 — 工业级标准实现总结（STM32）

1. 为什么需要按键防抖？

• 机械按键特性 ：按下/释放时触点弹性碰撞产生 5~30ms 抖动，表现为电平多次跳变。
• 目标 ：过滤抖动，仅识别 稳定的按下/释放动作，避免误触发。

2. 核心实现策略（工业级标准）

定时器 + 状态机

• 定时器触发检测：固定间隔（如10ms）触发按键检测，避免CPU空等。
• 状态机管理生命周期：

KEY_STATE_IDLE → PRESSING → PRESSED → RELEASING → IDLE

• 显式区分"防抖中"与"稳定状态"，逻辑清晰且可扩展（支持长按、双击等）。

• 防抖计数器 + 阈值判断

  • 阈值设置 ：通常 5~10次（对应50~100ms），覆盖抖动时间且远小于正常按键时长（100~500ms）。
  • 连续稳定判定：只有当连续读取到相同电平达到阈值，才判定为有效动作。

• 事件回调机制

  • 解耦业务逻辑 ：Key_Process() 仅负责防抖判断，通过返回 KeyEvent（如 KEY_EVENT_PRESS）通知业务层执行操作（如切换LED）。
  • 结构体支持多按键 ：Key_t 结构体封装硬件引脚、状态、阈值等参数，可实例化多个按键，统一管理。

3. 代码实现与调用示例

• 数据结构设计

// 按键状态枚举（含过渡状态，便于扩展）
typedef enum {
    KEY_STATE_IDLE = 0,    // 空闲（未按下，稳定状态）
    KEY_STATE_PRESSING,    // 按下过渡（防抖中，检测连续按下）
    KEY_STATE_PRESSED,     // 已按下（稳定状态）
    KEY_STATE_RELEASING    // 释放过渡（防抖中，检测连续释放）
} KeyState;

// 按键属性结构体（支持多按键管理）
typedef struct {
    GPIO_TypeDef* gpio_port;  // 引脚端口（如GPIOA）
    uint16_t gpio_pin;        // 引脚号（如GPIO_PIN_2）
    KeyState state;           // 当前状态
    uint8_t debounce_cnt;     // 防抖计数器（累积稳定次数）
    uint8_t debounce_threshold; // 防抖阈值（如5次，总时长=间隔×次数）
    uint16_t press_duration;  // 按下持续时间（用于长按检测）
} Key_t;

• 初始化函数（绑定硬件参数）

// 初始化按键：指定引脚、防抖阈值
void Key_Init(Key_t* key, GPIO_TypeDef* port, uint16_t pin, uint8_t threshold) {
    key->gpio_port = port;
    key->gpio_pin = pin;
    key->state = KEY_STATE_IDLE;  // 初始为空闲
    key->debounce_cnt = 0;
    key->debounce_threshold = threshold;
    key->press_duration = 0;
}

• 防抖处理函数

// 按键事件枚举（供业务层判断）
typedef enum {
    KEY_EVENT_NONE = 0,
    KEY_EVENT_PRESS,     // 短按触发
    KEY_EVENT_RELEASE,   // 释放触发
    KEY_EVENT_LONG_PRESS // 长按触发（扩展）
} KeyEvent;

// 防抖处理（需按固定间隔调用，如10ms一次）
KeyEvent Key_Process(Key_t* key) {
    KeyEvent event = KEY_EVENT_NONE;
    // 读取当前引脚电平（假设按下为低电平）
    uint8_t current_level = HAL_GPIO_ReadPin(key->gpio_port, key->gpio_pin);
    uint8_t is_pressed = (current_level == GPIO_PIN_RESET) ? 1 : 0;

    switch (key->state) {
        case KEY_STATE_IDLE:
            if (is_pressed) {
                // 检测到按下，进入过渡状态开始计数
                key->state = KEY_STATE_PRESSING;
                key->debounce_cnt = 1; // 首次检测到，计数=1
            }
            break;

        case KEY_STATE_PRESSING:
            if (is_pressed) {
                // 连续按下，计数累加
                key->debounce_cnt++;
                if (key->debounce_cnt >= key->debounce_threshold) {
                    // 达到阈值，判定为有效按下
                    key->state = KEY_STATE_PRESSED;
                    key->press_duration = 0; // 开始计时长按
                    event = KEY_EVENT_PRESS; // 触发短按事件
                }
            } else {
                // 中途抖动，回到空闲状态
                key->state = KEY_STATE_IDLE;
                key->debounce_cnt = 0;
            }
            break;

        case KEY_STATE_PRESSED:
            if (is_pressed) {
                // 持续按下，累加时长（用于长按）
                key->press_duration++;
                // 示例：长按阈值=10（10×10ms=100ms）
                if (key->press_duration >= 10) {
                    event = KEY_EVENT_LONG_PRESS;
                }
            } else {
                // 检测到释放，进入释放过渡状态
                key->state = KEY_STATE_RELEASING;
                key->debounce_cnt = 1;
            }
            break;

        case KEY_STATE_RELEASING:
            if (!is_pressed) {
                // 连续释放，计数累加
                key->debounce_cnt++;
                if (key->debounce_cnt >= key->debounce_threshold) {
                    // 达到阈值，判定为有效释放
                    key->state = KEY_STATE_IDLE;
                    key->debounce_cnt = 0;
                    event = KEY_EVENT_RELEASE; // 触发释放事件
                }
            } else {
                // 中途抖动，回到按下状态
                key->state = KEY_STATE_PRESSED;
                key->debounce_cnt = 0;
            }
            break;
    }
    return event; // 返回事件，由业务层处理
}

• 调用方式（定时器驱动）

// 全局变量
Key_t key1;
uint8_t key_process_flag = 0; // 定时器标志位

// 定时器中断（每10ms触发一次）
void TIM3_IRQHandler(void) {
    if (__HAL_TIM_GET_FLAG(&htim3, TIM_FLAG_UPDATE) != RESET) {
        __HAL_TIM_CLEAR_FLAG(&htim3, TIM_FLAG_UPDATE);
        key_process_flag = 1; // 置位标志位
    }
}

int main(void) {
    // 初始化硬件
    HAL_Init();
    MX_GPIO_Init();       // 初始化按键引脚（输入）
    MX_TIM3_Init();       // 配置10ms定时器
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3); // 启动定时器中断

    // 初始化按键（PA2，阈值5次→50ms防抖）
    Key_Init(&key1, GPIOA, GPIO_PIN_2, 5);

    while (1) {
        // 定时处理按键（每10ms一次）
        if (key_process_flag) {
            key_process_flag = 0;
            KeyEvent event = Key_Process(&key1);
            // 业务逻辑：根据事件执行操作
            if (event == KEY_EVENT_PRESS) {
                HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin); // 短按切换LED
            } else if (event == KEY_EVENT_LONG_PRESS) {
                // 长按逻辑（如进入配置模式）
            }
        }
        // 其他任务...
    }
}

4. 设计要点与工业级优势

1. 为什么用定时器触发？

   • 保证检测间隔稳定（如 10ms），计数器累积的时间可预期（5 次 ×10ms=50ms）；
   • 不阻塞主循环，CPU 可同时处理其他任务（如传感器、通信）。

2. 为什么保留过渡状态（PRESSING/RELEASING）？

   • 显式区分 "防抖中" 和 "稳定状态"，避免逻辑混乱；
   • 便于扩展长按、双击等功能（如PRESSED状态中累加时长判断长按）。

3. 防抖阈值如何设置？

   • 通常取 5~10 次，间隔 10ms→总时长 50~100ms；
   • 理由：覆盖机械按键最大抖动（30ms），且远小于人正常按键时长（100~500ms），避免漏判。

4. 为什么用结构体 + 事件返回？

   • 结构体：支持多按键复用同一套逻辑（如同时管理 key1、key2）；
   • 事件返回：防抖逻辑与业务逻辑解耦（Key_Process只负责判断，不直接操作 LED 等外设）。

5. 复用说明

1. 新增按键时，只需定义Key_t key2，调用Key_Init绑定新引脚即可；
2. 调整防抖时长：修改定时器间隔（如 5ms）或阈值（如 3 次→15ms）；
3. 扩展功能：在Key_Process中添加双击检测（记录两次按下的时间间隔）。