韦东山stm32hal库--定时器喂狗模型按键消抖原理+实操详细步骤

news2024/11/29 16:36:38

一.定时器按键消抖的原理:

按键消抖的原因:

image-20241128221138526

当我们按下按键的后, 端口从高电平变成低电平, 理想的情况是, 按下, 只发生一次中断, 中断程序只记录一个数据.

但是我们使用的是金属弹片, 实际的情况就是如上图所示, 可能会发生多次中断,难道我们要记录3/4次数据吗?

答:按键按下的时候, 会有机械振动, 这个震荡也会引起单片机io口变化, 从而实现多次触发按键中断,实际我们只需要一次按键中断, 通过科学家的研究, 按下按键到按键平稳, 这个时长是10ms

处理方法(1)

所以我们一般情况下, 是当检测到按键电平变化的时候, 延时10ms后, 然后才真正判断, 按键是否真正按下, 从而把这个按键震荡周期躲了过去

分析第一种方法

​ 第一种延时躲避按键震荡周期的方法, 通过强行让单片机死循环10ms, 来进行实现的。有一个弊端就是延时的这10ms,我们是做不了事情的, 单片机只能傻傻的停留在那里, 如果我们多按下几次, 那系统不就卡爆了。一般按键的事件， 都不是特别紧急的，开发者开发系统的时候， 留给用户的按键， 都是保证绝对安全的， 所以按键的优先级不能太高。程序的运行应该留给更重要并且能够保证系统安全的功能。

这个时候再来看， 我们按下按键程序竟然卡死了10ms, 这个不是很严重的事情吗? 所以我们要节省这10ms, 必须用定时器来做,意思就是系统该干什么就干什么, 我买了一个秒表,按下按键后开始计时, 到点了(震荡周期过了)提醒系统处理按键中断就行了。

处理方法(2)定时器优化

现实因素:

我们按下按键, 不可避免的会产生, 按键机械振动

实际需求:

当按下按键, 按键平稳的时候, 我们才认定是按下了按键, 我们就进入中断去处理。

分析因素和需求之间的困难

因素:按键振动的不可避免

需求: 按键平稳才处理按键事件

困难: 常用方法解决的弊端(ctrl 加鼠标左键,快速跳转)

确定真正软件层面的需求

了解了这中间的矛盾, 我们仔细分析按键的整个过程

image-20241128095639305

我们需要的是按键平稳的时候, 再处理按键, 所以如果我们精准的找到最后一次按键按下的时机，那么不就是可以了吗？

所以现在我们的需求就变成了，如何精准的找到，按键彻底按下的时机，也就是按键按下到按键彻底闭合， 这之间虽然会产生按键振动，也就是上图所示的①②③④， 这些电平都会被我们的单片机捕捉到，识别到io口电平变化,但这只是蜻蜓点水,不是真正的按下, 我们要的是稳稳地幸福。

解决方案

(1)逃避法(ctrl 加鼠标左键,快速跳转)
(2)按键中断+定时器实时扫描法(喂狗模型)

通过了解方案(1), 我们不能进行逃避, 所以要精准的识别到最后一次按键,然后触发事件就行了.

那如何判断, 最后一次按键,就是最后一次呢?

观察最后一次按键抖动的特点:

最后一次按键按下后, 就是彻底的闭合了,因为按键抖动的时长最长是10ms,所以按键按下,然后电平保持稳定10ms,就可以认定是此次按键事件触发。

但是按键按下的信息都一样， 都是电平变化， 不管电平变化间隔的时间长短，都会触发if(电平变化){代表按键按下}

所以我们就需要, 在每一次按键按下后, 都开始计时10ms,

按键识别分成两种情况:

(1)这个按键是抖动

虽然是抖动, 我们一视同仁, 也开始用定时器计时从零计时10ms,然后还没来得及计时到 10ms

下次抖动就触发了, 然后就把这个计时抛弃了, 再次刷新定时器从头开始计时,判断下次的抖动是否是最后一次按键

(2)最后一次按键来临

通过过滤上面的抖动按键（每次新的按键来临，并且这个按键定时器计时不超过10ms）,终于等到你(最后一次稳稳地幸福),那么我们还是开始计时, 此时定时器就计时到了10ms,然后我们就去处理按键事件就行了。

二.代码执行方案

测试真的存在按键抖动问题

1.首先解压打开0602_key_isr_oled.7z,然后改名为 0603_key_timer

0602工程

密码:5bpw

image-20241128143947105

2.打开工程

image-20241128144016652

3.找到中断函数

image-20241128144158455

4.当发生按键中断的时候, 按键被调用

image-20241128144310580

5.我们会看到中断调用了回调函数, 我们接着f12进入

image-20241128144343053

6.这里就是我们之前自己写的中断回调函数,之前我们是点亮led,现在我们开始记录按键次数, 看看是否存在按键抖动现象

int g_key_cnt = 0;
void HAL_GPIO_EXTI_Callback()
{
    g_key_cnt++;
    
}
image-20241128144609622

7.我们现在开始测试, 那现在我们就按下按键, 查看这个g_key的值, 怎么显示呢? 我们就用OLED函数吧, 我们用之前的OLED函数

image-20241128144913684

8.复制初始化函数, 拿到main函数里面

image-20241128145006417 image-20241128145114198

9.先显示 一串字符串, 表明这个是我们的按键次数, 复制示例代码里面的函数

image-20241128145258402

image-20241128145344355

10.然后在while循环里面, 重复的进行, 显示按键次数

image-20241128145500410

11.编译运行, 发现没有oled函数头文件, 所以我们把路径, 加入到环境变量里面(只指定目录即可)

image-20241128150800051

12.然后我们烧录, 按下按键, 观察现象(我们只是按下松开一次, 数值就增加了好多次)

定时器解决按键抖动问题

1.我们进入启动文件, 来定位到我们的滴答定时器计数中断,然后f12进入

image-20241128151126074

2.每一毫秒运行一次

image-20241128151501397

3.f12接着进入, 我们再看看, 他真的是只增加一个计数值而已

image-20241128151547431

4.那么如何获得计数值呢?

image-20241128151650190

5.当我们按下或者松开按键的时候, 我们回调函数被调用

image-20241128151809055

6.每当有按键按下(即使这个按键是按键抖动), 我们都要去刷新修改定时器的计数值, 从而实现上文所说的(精确的检测到最后一次按键按下)

image-20241128152436131

7.当最后一次按键按下的时候, 然后等待10ms, 定时器超时, 我们就要进行按键事件的处理

image-20241128152746338

8.什么是timer, 所以我们就需要在main.c里面声明一个结构体.

我们想一下, 我们计时需要哪些变量, 我们把他们放在一个结构体里面就行了

① 超时时间: 在我们SysTick里面, 我们每次过1ms, 都会增加一个计数值,

uint32_t timeout; //当前uwTick + 某一个数值

② 想做的通用一点的话, 来个参数

void *arg;

③ 调用什么函数

void (*func)(void *);

9.我们在main.c里面定义一个结构体

struct soft_timer{
    uint32_t timeout;
    void * args;
    void (*func)(void *);
};
image-20241128161125704

10.我们再根据这个结构体,来定义一个按键的结构体:

第一个超时时间,我们对0取反,就相当于一个巨大的数

第二个我们定义成引脚吧, 先设置成NULL

第三个,就是我们按键事件触发,调用的函数, 我们还没有写, 先欠着

struct soft_timer key_timer = {~0, NULL, key_timeout_func};
image-20241128161250984

11.之前我们发生按键操作的时候, 我们是修改led, 现在是来修改这个结构体里面的超时时间, 也就是我们之前说的, 按键来了(不管这个按键是抖动还是最后一次按键), 我们都进行刷新定时器计数(也就是结构体里面的超时时间)

我们首先传入此时的滴答计数器的数值 , 再传入10ms这个参数, 把超时时间设置成 10ms后,

后面我们定时器里面就每毫秒查询这个 超时时间和滴答定时器的数值, 如果到达,则代表按键平稳是最后一次按键, 如果没达到, 就会被下次按键刷新

image-20241128163408522
image-20241128163440611 
mod_timer(&key_timer, 10);

12.我们按键中断函数里面, 已经设置好了超时时间, 那么检测是否超时的任务,就交给定时器中断了, 我们进入此定时器中断函数,进行设置检测是否超时函数

extern void check_timer(void);//声明一下这是外部函数
check_timer();	//每毫秒都调用检测是否超时, 从而实现按键抖动过滤

image-20241128165028123

13.下面我们来完善这些代码

mod_timer(&key_timer, 10);//修改超时时间

void mod_timer(struct soft_timer *pTimer, uint32_t timeout)
{
 pTimer->timeout = HAL_GetTick() + timeout;
}

超时时间等于 10ms, 我们传入的是当前的按键结构体, 和设置的超时时长(10ms)

我们结构体的超时时间, 需要和定时器的滴答计数器对比,

所以我们的超时时间 = 当前Tick时间 + 超时时长

image-20241128170306372

也就是 pTimer->timeout = HAL_GetTick() + timeout;

image-20241128170112347

14.接下来我们写check_timer();

image-20241128170732504 
void check_timer(void)
{
    if(key_timer.timeout <= HAL_GetTick())
    {
        key_timer.func(key_timer.args);
    }
}

我们定时器, 一直在检测, 滴答定时器是否达到超时时间, 在按下按键的时候, 刚开始会产生抖动, 也就是我们还没达到超时时间, 就又触发按键中断, 那么按键中断里面的

mod_timer(&key_timer, 10); 函数,就会刷新超时时间, 从而使定时器无法达到超时时间

也就进入不了 if(key_timer.timeout <= HAL_GetTick())

只有最后一次按键触发,电平稳定,也就是达到超时时间, 才能够触发我们的按键处理事件

也就是 我们调用了结构体里面的按键函数事件 key_timer.func(key_timer.args);

15.定时器通过调用 check_timer() 函数检测uwTick是否达到超时时间, 如果达到, 就代表着是最后一次按键事件, 我们就调用结构体里的key_timer.func(key_timer.args);

我们在这里处理的就是 , 对按键计数值加一

一次按键中断, 累加一次, 并不会重复触发中断,从而实现了消抖

当然, 需要注意的一点是, 我们一次按键事件触发后, 在key处理函数中, 要记得清除超时时间, 因为定时器是一直工作的, 要么按键事件处理完后,我们就把key_timer.timeout设置成一个很大的值.定时器就不会再超时触发按键事件了, 直到下次按键再次按下, 重新设置超时时间.

image-20241128200123621

void key_timeout_func(void *args);

void key_timeout_func(void *args)
{
    g_key_cnt++;
    key_timer.timeout = ~0;
}

16.烧录运行, 发现按键按下一次, 触发一次

测试成功的工程

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