3.1.獨立按鍵基礎知識
3.1.1.獨立按鍵結構組成
獨立按鍵實(shí)際上是一個(gè)非自鎖的輕觸開(kāi)關(guān),有左右兩個(gè)觸點(diǎn),當按下時(shí)左右兩個(gè)觸點(diǎn)閉合,當松開(kāi)時(shí)左右兩個(gè)觸點(diǎn)斷開(kāi)。
3.1.2.獨立按鍵控制原理
想要使用外部的按鍵控制單片機有兩種比較常見(jiàn)的方法:IO掃描和外部中斷。
對于IO掃描的方式而言,需要單片機以比較高的頻率去不間斷地判斷IO口的輸入電平,隨后根據IO電平來(lái)執行后續的邏輯。外部中斷的方式會(huì )在章節十二中進(jìn)行詳細介紹,本章著(zhù)重介紹IO掃描的控制方式。(單片機通過(guò)檢測按鍵按下前后的高低電平變化,來(lái)判斷按鍵是否按下。通過(guò)程序的控制,就可以實(shí)現不同的功能與設置。機械式按鍵在按下或者釋放時(shí),由于機械彈性作用的影響,通常伴隨有一定時(shí)間的觸點(diǎn)機械抖動(dòng),然后其觸點(diǎn)才穩定下來(lái)。抖動(dòng)時(shí)間長(cháng)短與開(kāi)關(guān)的機械特性有關(guān),一般為5-10ms。在觸點(diǎn)抖動(dòng)期間檢測按鍵的按下與否,可能會(huì )導致判斷錯誤,為了克服機械抖動(dòng)所產(chǎn)生的影響,必須采取消抖措施,可分為硬件消抖和軟件消抖。)
3.1.3.按鍵亞穩態(tài)與按鍵消抖
對于一個(gè)IO而言,在將其配置為輸入模式之后,該引腳上的電平受外部電路影響,基本可以分為三種狀態(tài):高電平、低電平、浮空。高低電平很好理解,這里說(shuō)明浮空的意義,浮空就是不對該IO進(jìn)行任何電氣屬性的連接,此時(shí)該IO上的電平是未知的(雖然從直觀(guān)感受上來(lái)看此時(shí)IO電壓應該是0,但是空氣中會(huì )有噪聲,電路板上也會(huì )有噪聲,某些電磁干擾也會(huì )充當噪聲,所以浮空輸入的IO電壓實(shí)際上是未知的)。
典型的浮空輸入型IO電路如圖3-1所示:
圖3-1 浮空輸入IO電路
當開(kāi)關(guān)閉合,IO電壓等于VCC電壓,當開(kāi)關(guān)斷開(kāi),IO電壓未知,此時(shí)IO電壓可能會(huì )受到不明來(lái)源的干擾,如果使用該電路作為IO掃描的電路方案,抗干擾能力會(huì )不好,容易造成誤觸發(fā),故此應用場(chǎng)景下不考慮使用該電路。
和浮空輸入相比,比較好的辦法是使用上拉電阻或下拉電阻將IO的電壓固定下來(lái),帶上拉電阻或下拉電阻電路如圖3-2所示:
圖3-2 上拉電阻(左) 和 下拉電阻(右)電路
上拉電阻可以將IO電壓固定在VCC電壓,當開(kāi)關(guān)閉合時(shí),IO接地使其電壓變?yōu)镚ND電壓;下拉電阻可以將IO電壓固定在GND電壓,當開(kāi)關(guān)閉合時(shí),IO電壓其實(shí)就是電阻R2的電壓,此時(shí)R2的電壓就是VCC。使用上拉/下拉電阻可以很好地提高IO掃描的抗干擾性能,一般情況這兩個(gè)電路不會(huì )有很大區別,挑一個(gè)你喜歡的用就好。
按鍵通過(guò)金屬導體的相互接觸來(lái)控制電信號,由于機械特性,這種接觸實(shí)際上并不可靠,手指按下按鍵不代表按鍵真的閉合且保持穩定,這種情況就是按鍵抖動(dòng),抖動(dòng)過(guò)程中按鍵控制的信號處于亞穩態(tài),亞穩態(tài)的信號不可靠,不能將其作為IO掃描的最終結果,為了獲取正確的按鍵狀態(tài),我們需要對按鍵進(jìn)行消抖處理,按鍵消抖大概可以分為兩種方式:
硬件消抖:硬件消抖一般會(huì )在按鍵兩端并聯(lián)電容,通過(guò)電容的充放電作用將按鍵按下時(shí)的高頻振蕩吸收掉,當開(kāi)關(guān)處于亞穩態(tài)時(shí),IO電壓不規則變化,電容會(huì )吸收這些不穩定電壓進(jìn)行充電,這對IO電壓有平緩的效果,以此達到消抖的目的,硬件消抖電路如圖3-3所示。
圖3-3 硬件消抖電路
簡(jiǎn)單的軟件消抖:極為簡(jiǎn)單的軟件消抖一般是通過(guò)延時(shí)的辦法來(lái)跳過(guò)亞穩態(tài)階段,當檢測到按鍵按下時(shí),不會(huì )立即去檢測電平,而是經(jīng)過(guò)短暫的延時(shí)之后,再去檢測當前引腳的電平,這能在一定程度上消除亞穩態(tài)帶來(lái)的影響,但需要對按鍵按下和抬起都進(jìn)行延時(shí)判斷才能更為有效。
更好的軟件消抖:在監測到IO電平發(fā)生變化后的一小段時(shí)間內快速采集IO的電平狀態(tài),如果這一小段時(shí)間內IO電平全都屬于有效電平,則認為按鍵已按下(這種利用數學(xué)進(jìn)行消抖的方式達到了對數字信號的篩選作用,所以他也是一種簡(jiǎn)易濾波器)。
在條件允許的情況下,硬件消抖的效果會(huì )更好,如果PCB沒(méi)有多余的空間留給這個(gè)消抖電容,使用軟件消抖同樣是一個(gè)不錯的方案。
3.2.獨立按鍵原理圖
CW32F003核心板上一共有兩個(gè)按鍵,一個(gè)復位和一個(gè)用戶(hù)按鍵,復位作為單片機的特殊功能,不可以作為按鍵使用,故只有用戶(hù)按鍵可以作為按鍵使用。 CW32F003核心板關(guān)于獨立按鍵的原理圖如圖3-4所示。
圖3-4 CW32F003按鍵電路
3.3.獨立按鍵驅動(dòng)流程
通過(guò)上面的原理圖可以了解到,按鍵的一端接到了地,另一端接到單片機的PB2引腳上。通過(guò)檢測PB2引腳的電平狀態(tài),判斷按鍵是否按下。當按鍵松開(kāi)的時(shí)候,PB2檢測到的電平為高電平,當按鍵按下的時(shí)候,PB2檢測到的電平為低電平。
外部電路不含上下拉電阻,對IO而言是浮空輸入,因此需要使用單片機內部的上下拉電阻;電路不含消抖電容,故編程上需要對按鍵進(jìn)行軟件消抖。
3.4.按鍵控制LED燈亮滅
3.4.1.配置流程
一般我們使用GPIO的輸入功能,都需要有以下幾個(gè)步驟。
配置GPIO的模式
配置GPIO的輸入
編寫(xiě)消抖函數
從開(kāi)發(fā)板原理圖了解到按鍵接的是單片機的PB2。我們要使能按鍵就需要配置GPIOB端口。下面我們就以按鍵連接的PB2進(jìn)行介紹。
3.4.1.1.開(kāi)啟GPIO的端口初始化
由于時(shí)鐘的配置在之前的章節已有說(shuō)明,故不再贅述,我們直接對端口進(jìn)行初始化。初始化的代碼與上文GPIO輸出的配置略有不同,完整代碼如下:
void Gpio_Init(void) { __RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();//打開(kāi)GPIOC的時(shí)鐘,PC0控制LED亮滅 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_PIN_0; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; GPIO_InitStruct.IT = GPIO_IT_NONE; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH; GPIO_Init(CW_GPIOC, &GPIO_InitStruct); __RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();//打開(kāi)GPIOB的時(shí)鐘,PB2控制按鍵輸入 GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_PIN_2; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT_PULLUP; //沒(méi)有輸入時(shí)PB2默認為高電平 GPIO_InitStruct.IT = GPIO_IT_NONE; GPIO_Init(CW_GPIOB, &GPIO_InitStruct); }3.4.1.2.編寫(xiě)消抖函數
本次實(shí)驗采用軟件消抖,消抖函數的編寫(xiě)思路為:設置按鍵檢測標志位(Flag_Key),當單片機檢測到按鍵按下,即PB2為低電平時(shí),將標志位置1;在后續的條件判斷中如果標志位為1,則檢測按鍵是否松開(kāi),若已松開(kāi)則完成本次判斷,認為按鍵已經(jīng)按下過(guò)一次。這種方式可以不用延時(shí)判斷,節約軟件資源。
完整的按鍵檢測程序如下:
uint8_t Flag_Key; //按鍵標志位 extern uint8_t Flag_LED; //LED顯示標志位 void Key_Scan(void) { if(GPIO_ReadPin(CW_GPIOB,GPIO_PIN_2) == GPIO_Pin_RESET) //檢測PB2是否為低電平 { Flag_Key = 1; } if(Flag_Key) //接著(zhù)判斷標志位 { if(GPIO_ReadPin(CW_GPIOB,GPIO_PIN_2) == GPIO_Pin_SET) //如果按鍵已經(jīng)松開(kāi) { Flag_Key = 0; //清零標志位,等待下一次按鍵檢測 if(Flag_LED == 0) Flag_LED = 1; //按鍵按下該變LED顯示標志位的值,由顯示標志位控制LED else Flag_LED = 0; } } }3.4.1.3.LED顯示函數
在按鍵按下更改LED顯示標志位后,需要根據顯示標志位的值來(lái)控制LED燈的亮滅。
uint8_t Flag_LED; void LED_Init(void) { GPIO_WritePin(CW_GPIOC,GPIO_PIN_0,GPIO_Pin_SET); //初始化讓LED燈處于熄滅狀態(tài) } void LED_Lighting(void) { if(Flag_LED == 1) { GPIO_WritePin(CW_GPIOC,GPIO_PIN_0,GPIO_Pin_RESET); //亮 } else { GPIO_WritePin(CW_GPIOC,GPIO_PIN_0,GPIO_Pin_SET); //滅 } }最終主函數里只需要運行相應的初始化函數和上面的函數:
int main() { RCC_Configuration(); Gpio_Init(); LED_Init(); while(1) {
審核編輯:劉清
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原文標題:CW32數字電壓電流表軟件教程-實(shí)驗二:按鍵檢測
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