文章目录

  • 按键消抖
  • (一)按键抖动
  • (二)消抖方法
  • (三) 两种常用的软件消抖方式
  • (1)阻塞方式的按键消抖
  • (2)状态机和定时器中断控制的按键消抖


按键消抖

(一)按键抖动

  1. 按键的机械特性会导致按键信号的抖动
  2. 按键的抖动会导致一次按键动作被当成多次按键,为确保MCU对按键的一次闭合仅作一次处理,必须消除按键的抖动,在按键处于稳定状态时读取按键的状态。

(二)消抖方法

  1. 硬件消抖
  2. 软件消抖
  1. 检测出按键闭合后执行延时程序,延时时间为5ms~10ms,用于去掉前沿抖动;
  2. 再次检测按键状态,如果保持闭合状态,才认为按下,并执行相应的按键任务;
  3. 按键的释放可以采用延时或者循环检测的方式去掉后沿抖动;

(三) 两种常用的软件消抖方式

(1)阻塞方式的按键消抖

  1. 优点:简单、便于理解
  2. 缺点:阻塞方式,延时和按键松开前CPU执行空操作,浪费CPU资源
  3. 示例代码
while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */

    /*检测到低电平,说明按键按下*/
    if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIO_Port, KEY_Pin) ==  GPIO_PIN_RESET)
    {/*延时10ms,这期间不检测,防止按下瞬间的机械抖动产生高电平对检测造成干扰*/
      HAL_Delay(10);
      /*延时10ms后再检测,检测到低电平状态,说明按键稳定的按下了*/
      if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIO_Port, KEY_Pin) ==  GPIO_PIN_RESET)
      {/*执行按键按下的操作,反转LED电平状态,点亮LED灯*/
        HAL_GPIO_TogglePin(LED_G_GPIO_Port,LED_G_Pin);
      }
      /*按键是按下状态,就卡在这不动,直到按键松开*/
      while(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIO_Port, KEY_Pin) ==  GPIO_PIN_RESET);
    }
  }
  /* USER CODE END 3 */

(2)状态机和定时器中断控制的按键消抖

  1. 优点:非阻塞,使用定时器定时来检测测按键状态、没有空转延时,可以提高程序实时性
  2. 缺点:需要使用一个定时器资源、配置较为繁琐
  3. 状态转换图
  4. Arduino esp32按键中断 防抖_初始状态

  5. 定时器配置方法:
    因为要每隔10ms检测一次,所以需要配置定时器每隔10ms触发一次中断

    因为我们在项目中一般倾向于将单片机性能发挥到极致,所以系统主频设置为F407最高支持的168MHz,APB2定时器时钟主频也被自动设置为168MHz
    激活定时器,并使能中断
    接下来我们配置定时器参数

这里使用TIM10作为示例,通过查阅F407系列单片机参考手册(手册编号RM0090)得知,TIM10挂载在APB2总线下,经过上面的设置,APB2总线定时器时钟频率为168Mhz

Arduino esp32按键中断 防抖_示例代码_02


所以要根据168Mhz的时钟频率计算出TIM10的PSC和ARR值,这里补充一下定时器相关的知识:

  • 定时器也叫计数器,是一个计数的外设,每个指令周期计数加1
  • PSC(Prescaler)是定时器预分频系数,可以把进入此定时器的主频从总线上的定时器时钟频率分为Arduino esp32按键中断 防抖_物联网_03,不过PSC的值是从0开始的,所以PSC值要比分频系数-1。经过上面的配置,APB2总线上的定时器主频是168MHz,也就是说每秒钟能执行Arduino esp32按键中断 防抖_示例代码_04次指令,这个值太高,计数太快了,我们用来延时10ms显然不合适,所以要尽可能使进入此定时器的频率降低,因为PSC是个16位的值,最大能写到Arduino esp32按键中断 防抖_stm32_05,是个六位数,同时到考虑计算方便,所以这里取16800-1,把频率降到Arduino esp32按键中断 防抖_状态机_06,频率10000Hz,也就是每秒钟能计10000个数。
  • ARR(AutoReload Register)决定定时器计数的最大值,计数到达这个值之后,计数值会清零,使能定时器中断后,定时器每清零一次,就会触发一次定时器中断。所以我们设置这个值的到合适大小就可以使定时器定时10ms,那么这个值该如何设置呢?经过我们上面的计算和设置,我们已经成功的将此定时器的计数频率降为10000Hz,由于Arduino esp32按键中断 防抖_物联网_07,所以计一个数的时间是Arduino esp32按键中断 防抖_示例代码_08,我们要定时10ms,也就是Arduino esp32按键中断 防抖_初始状态_09这个值也是从0开始的,所以这个值设为100-1。
  • 补充:定时时间公式: Arduino esp32按键中断 防抖_物联网_10

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  1. 示例代码:
  1. 状态定义
typedef enum
{
    KEY_CHECK = 0,  //按键检测状态
    KEY_COMFIRM,    //按键确认状态
    KEY_RELEASE     //按键释放状态
}keyState_e;        //状态枚举变量

typedef struct
{
  keyState_e keyState; //按键状态
  uint8_t keyFlag;     //按键按下标志
}key_t;                //按键状态结构体
  1. 定时器中断回调函数
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
	{
	  if(htim->Instance == TIM10)
	  {
	    switch(Key.keyState)
	    {
	      case KEY_CHECK:
	      {
	        // 读到低电平,进入按键确认状态
	        if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIO_Port, KEY_Pin) ==  GPIO_PIN_RESET)
	        {
	          Key.keyState = KEY_COMFIRM;
	        }
	        break;
	      }
	      case KEY_COMFIRM:
	      {
	        if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIO_Port, KEY_Pin) ==  GPIO_PIN_RESET)
	        {
	          //读到低电平,按键确实按下,按键标志位置1,并进入按键释放状态
	          Key.keyFlag = 1;
	          Key.keyState = KEY_RELEASE;
	        }
	          //读到高电平,可能是干扰信号,返回初始状态
	        else
	        {
	          Key.keyState = KEY_CHECK;
	        }
	        break;
	      }
	      case KEY_RELEASE:
	      {
	         if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIO_Port, KEY_Pin) ==  GPIO_PIN_SET)
	         {
	           // 读到高电平,说明按键释放,返回初始状态
	           Key.keyState = KEY_CHECK;       
	         }
	         break;
	      }
	      default: break;
	    }
	  }
	}
  1. 定义全局按键结构体变量
key_t Key;
  1. 主函数中初始化按键状态
Key.keyFlag = 0;
  Key.keyState = KEY_CHECK;
  1. 主函数中开启定时器中断
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim10);
  1. 获取按键状态并执行相应操作
/* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
    /*直接检测按键标志状态即可*/
    if(Key.keyFlag == 1)
    {
      Key.keyFlag = 0;
      HAL_GPIO_TogglePin(LED_G_GPIO_Port,LED_G_Pin);
    }
  }
  /* USER CODE END 3 */
}