关于按键状态机解决Delay给程序带来的问题

问题产生

我在学习中断的过程中，使用EXTI15外部中断，在其中加入HAL_Delay();就会发生报错

错误地方

其它地方配置

问题原因

在中断服务例程（ISR）中使用 HAL_Delay() 会导致问题的原因是：

阻塞性：
HAL_Delay() 是一个阻塞函数，它通过不断地轮询系统时钟来实现延迟。在 ISR 中调用此函数会阻塞中断处理，使得其他中断无法被及时响应，导致系统的实时性降低。
中断禁止：
在某些微控制器中，进入中断处理程序时会自动禁止其他中断。这意味着在 HAL_Delay() 执行期间，其他中断将无法被触发，从而可能导致系统出现未定义行为或错失重要事件。

在嵌入式系统中，尤其是使用 STM32 等微控制器时，并不是说同一时间只能进行一个中断，而是中断是通过优先级和嵌套来管理的。

中断优先级

优先级：每个中断可以被设置优先级。当多个中断同时发生时，只有优先级更高的中断会被处理。
中断嵌套：如果启用了中断嵌套（通常在 NVIC 配置中设置），高优先级的中断可以打断低优先级的中断。

HAL_Delay() 不应该放在任何中断服务例程（ISR）中使用。原因如下：

阻塞性：HAL_Delay() 是一个阻塞函数，会使当前执行的任务停止，直到延迟时间结束。这会导致该中断无法及时响应其他中断。

中断嵌套：在许多微控制器中，进入 ISR 时会禁用其他中断。如果在 ISR 中调用 HAL_Delay()，那么在此期间所有其他中断都会被屏蔽，可能导致系统的实时性下降和错失重要事件。

系统稳定性：长时间阻塞可能导致系统不稳定，甚至造成死锁或未定义行为。

解决方法

1.按键状态机模式

状态机是一个抽象概念,表示把一个过程抽象为若干个状态之间的切换,这些状态之间
存在一定的联系。状态机的设计主要包括4个要素:
1. 现态:是指当前所处的状态。
2. 条件:当一个条件满足,将会触发一个动作,或者执行一次状态的迁移。
3. 动作:表示条件满足后执行动作。动作执行完毕后,可以迁移到新的状态,也可以
仍旧保持原状态。动作要素不是必需的,当条件满足后,也可以不执行任何
动作,直接迁移到新状态。
4. 次态:表示条件满足后要迁往的新状态。

（1）定义枚举变量

  typedef enum{
	  IDLE,//按键按下
	  PRESSED,//按键确定状态
	  RELEASED//按键释放
  }ButtonState;

（2）定义结构体

  typedef struct {
	  ButtonState State;
  }KeyState;

（3）初始化按键状态定义Key变量判断是否开启按键判断

  uint8_t Key=0;
  void KeyInit(KeyState*KeyKey){
	  Key=1;
	  KeyKey->State=IDLE;

  }

（4）按键三种状态判断

  void Key_State_Judge(uint8_t *Key ,KeyState*KeyKey){
	  if(*Key==1){
		  switch(KeyKey->State){
		  case IDLE:
			  if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_1)==SET){
				  KeyKey->State=IDLE;
			  }else{
				  KeyKey->State=PRESSED;
			  }
			  break;
		  case PRESSED:
			  if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_1)==SET){
				  KeyKey->State=IDLE;
			  }else{
				  KeyKey->State=RELEASED;
				  HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_1);
			  }
			  break;
		  case RELEASED:
			  if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_1)==SET){
				  KeyKey->State=IDLE;
			  }else{
				  KeyKey->State=RELEASED;
			  }
			  break;
		  }
	  }

  }

（5）总代码演示

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2024 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */

/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  typedef enum{
	  IDLE,//按键按下
	  PRESSED,//按键确定状态
	  RELEASED//按键释放
  }ButtonState;

  typedef struct {
	  ButtonState State;
  }KeyState;

  uint8_t Key=0;
  void KeyInit(KeyState*KeyKey){
	  Key=1;
	  KeyKey->State=IDLE;

  }
  void Key_State_Judge(uint8_t *Key ,KeyState*KeyKey){
	  if(*Key==1){
		  switch(KeyKey->State){
		  case IDLE:
			  if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_1)==SET){
				  KeyKey->State=IDLE;
			  }else{
				  KeyKey->State=PRESSED;
			  }
			  break;
		  case PRESSED:
			  if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_1)==SET){
				  KeyKey->State=IDLE;
			  }else{
				  KeyKey->State=RELEASED;
				  HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_1);
			  }
			  break;
		  case RELEASED:
			  if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_1)==SET){
				  KeyKey->State=IDLE;
			  }else{
				  KeyKey->State=RELEASED;
			  }
			  break;
		  }
	  }

  }

   KeyState KeyKey;
   KeyInit(&KeyKey);
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {

	Key_State_Judge(&Key,&KeyKey);
    /* USER CODE END WHILE */


    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_HSI;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_0) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/**
  * @brief GPIO Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_GPIO_Init(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
/* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_1 */
/* USER CODE END MX_GPIO_Init_1 */

  /* GPIO Ports Clock Enable */
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

  /*Configure GPIO pin Output Level */
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);

  /*Configure GPIO pin : PA1 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

  /*Configure GPIO pin : PB1 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
  HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

/* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_2 */
/* USER CODE END MX_GPIO_Init_2 */
}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

配置图片

2.Delay替换成TIM定时器中断

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Key.h"
#include "OLED.h"
#include "Timer.h"
#include "LED.h"
uint8_t KeyNum;
int main(void)
{
	OLED_Init();		
	Timer_Init();
	Key_Init();
	LED_Init();
	
	while (1)
	{
		KeyNum=Key_GetNum();
		if(KeyNum==1)
		{
			LED1_Turn();
		}
	}
}

Key.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "Timer.h"
uint16_t Num;

void Delay_TIM()
{
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
		if(Num==20)
		{
			Num=0;
			TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);
		}
}





/**
  * 函    数：按键初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */ 
void Key_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);		//开启GPIOB的时钟
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_11;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);						//将PB1和PB11引脚初始化为上拉输入
}

/**
  * 函    数：按键获取键码
  * 参    数：无
  * 返 回 值：按下按键的键码值，范围：0~2，返回0代表没有按键按下
  * 注意事项：此函数是阻塞式操作，当按键按住不放时，函数会卡住，直到按键松手
  */
uint8_t Key_GetNum(void)
{
	uint8_t KeyNum = 0;		//定义变量，默认键码值为0
	
	if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0)			//读PB1输入寄存器的状态，如果为0，则代表按键1按下
	{
		Delay_TIM();
		while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0);	//等待按键松手
		Delay_TIM();		//置键码为1
		KeyNum=1;
	}
	
	return KeyNum;			//返回键码值，如果没有按键按下，所有if都不成立，则键码为默认值0
}
void TIM2_IRQHandler(){
	
	if(TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_Update)==SET){
		Num++;
		TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
	}
}

Key.h

#ifndef __KEY_H
#define __KEY_H

void Key_Init(void);
uint8_t Key_GetNum(void);
void Delay_TIM();
#endif

Timer.h

#include "stm32f10x.h"                  // Device header


void Timer_Init(void){
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);
	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseInitStruct;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period=100-1;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler=720-1;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_RepetitionCounter=0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStruct);
	
	
	
	TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE);
	
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);	
	
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=TIM2_IRQn ;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
	
	NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
	
	TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);
}

Timer.c

#ifndef __Timer_H
#define __Timer_H

void Timer_Init(void);

#endif

关于按键状态机解决Delay给程序带来的问题

问题产生

错误地方

其它地方配置

问题原因

阻塞性：

中断禁止：

解决方法

1.按键状态机模式

（1）定义枚举变量

（2）定义结构体

（3） 初始化按键状态定义Key变量判断是否开启按键判断

（4）按键三种状态判断

（5）总代码演示

配置图片

2.Delay替换成TIM定时器中断

main.c

Key.c

Key.h

Timer.h

Timer.c

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（3）初始化按键状态定义Key变量判断是否开启按键判断