按鍵消抖/開關(guān)量信號監(jiān)測實現(xiàn)方案

關(guān)于按鍵消抖或者開關(guān)量信號監(jiān)測，可以參考本公眾號的另外一篇原創(chuàng)文章：按鍵消抖常用的軟硬件方法。在該文章中介紹了兩種軟件延時的方式。但也都各有缺點。

一：舊方案

方案一：純軟件延時

sbit KEY = P1^3;
///按鍵讀取函數(shù)
uint8_t GetKey(void)
{
    if(KEY == 1)
    {
        DelayMs(20);        //延時消抖
        if(KEY == 1)
        {
            return 1;
        }
        else 
        {
            return 0;
        }
    }
    else 
    {
        return 0;
    }
}

致命缺點：在延時的時候一直占用cpu的資源，如果在延時的時候，有其他外部中斷或者搶占事件，系統(tǒng)完全沒有響應(yīng)的

方案二：中斷消抖

此處不在貼出代碼：感興趣的同學(xué)可到文章中查看：按鍵消抖常用的軟硬件方法

致命缺點：多占用中斷資源。操作復(fù)雜。在資源就是成本的產(chǎn)品中（多占用一個中斷可能會導(dǎo)致需要選擇價格更高的MCU），這種方案的缺點更加明顯。

推薦方案

本文推薦一種更高效、合適，已在產(chǎn)品中使用過的軟件設(shè)計方案。直接上代碼。

#include 


// 定義開關(guān)信號結(jié)構(gòu)體
typedef struct {
    bool lastState;       // 上次開關(guān)信號狀態(tài)
    bool currentState;    // 當前開關(guān)信號狀態(tài)
    bool validState;      // 有效的開關(guān)信號狀態(tài)
    int debounceDelayCounter;  // 開關(guān)信號消抖計數(shù)器
} DebouncedSwitch;


// 初始化開關(guān)信號結(jié)構(gòu)體
void initializeSwitch(DebouncedSwitch* switchObj) {
    switchObj->lastState = false;
    switchObj->currentState = false;
    switchObj->validState = false;
    switchObj->debounceDelayCounter = 0;
}


// 模擬讀取開關(guān)信號狀態(tài)的函數(shù)
bool readSwitchState() {
    // 在這里替換為實際的開關(guān)信號讀取代碼
    // 返回開關(guān)信號的當前狀態(tài)（true表示開，false表示關(guān)）
    return false;
}


// 處理開關(guān)信號消抖的函數(shù)
void debounceSwitch(DebouncedSwitch* switchObj, int debounceTime) {
    // 讀取當前開關(guān)信號狀態(tài)
    switchObj->currentState = readSwitchState();


    // 如果當前狀態(tài)與上次狀態(tài)不同，重置計數(shù)器并更新上次狀態(tài)
    if (switchObj->currentState != switchObj->lastState) {
        switchObj->debounceDelayCounter = 0;
    } else {
        // 如果狀態(tài)相同，增加計數(shù)器值
        switchObj->debounceDelayCounter++;
    }


    // 如果計數(shù)器達到指定的消抖時間，表示開關(guān)信號狀態(tài)穩(wěn)定
    if (switchObj->debounceDelayCounter >= (debounceTime / 10)) {
        // 如果當前狀態(tài)與 validState 不同，表示發(fā)生了有效的狀態(tài)變化
        if (switchObj->currentState != switchObj->validState) {
            switchObj->validState = switchObj->currentState;
        }
    }
    // 更新上次狀態(tài)
    switchObj->lastState = switchObj->currentState;
}


int main() {
    // 創(chuàng)建一個開關(guān)信號的DebouncedSwitch結(jié)構(gòu)體
    DebouncedSwitch switchObj;
    initializeSwitch(&switchObj);


    while (1) {
        debounceSwitch(&switchObj, 100); // 設(shè)置消抖時間為100毫秒
        if (switchObj.validState) {
            if (switchObj.validState) {
                // 執(zhí)行開關(guān)信號為開的操作
                printf("開關(guān)信號為開
");
            } else {
                // 執(zhí)行開關(guān)信號為關(guān)的操作
                printf("開關(guān)信號為關(guān)
");
            }
        }


        // 在這里可以添加其他需要執(zhí)行的代碼


        // 模擬延時或等待開關(guān)信號狀態(tài)變化
        // 這里使用usleep函數(shù)來模擬10毫秒的延時
        // 實際上，你需要根據(jù)你的硬件和操作系統(tǒng)來等待開關(guān)信號狀態(tài)變化
        usleep(10000); // 10毫秒
    }


    return 0;
}

1、函數(shù)詳解：

debounceSwitch函數(shù)該函數(shù)用于處理開關(guān)信號的消抖，以確保穩(wěn)定的開關(guān)狀態(tài)。 它接受一個指向 DebouncedSwitch 結(jié)構(gòu)體的指針，該結(jié)構(gòu)體包含了上次狀態(tài)、當前狀態(tài)、有效狀態(tài)等信息，以及消抖時間的設(shè)置。

該函數(shù)的被調(diào)用周期為10ms（可以與產(chǎn)品程序中其他任務(wù)并行執(zhí)行）。

2、函數(shù)的工作流程如下：

1）讀取當前開關(guān)信號狀態(tài)。

2）如果當前狀態(tài)與上次狀態(tài)不同，重置計數(shù)器并更新上次狀態(tài)。

3）如果當前狀態(tài)與上次狀態(tài)相同，增加計數(shù)器值。

4）如果計數(shù)器達到指定的消抖時間，表示開關(guān)信號狀態(tài)穩(wěn)定。

5）如果當前狀態(tài)與 validState 不同，表示發(fā)生了有效的狀態(tài)變化，更新有效狀態(tài)。

6）更新上次狀態(tài)以便下一次比較

3、優(yōu)點介紹：

1）擴展性：

debounceSwitch該函數(shù)使用結(jié)構(gòu)體指針的形式，提供了開關(guān)量檢測的框架，需要多個開關(guān)量/按鍵檢測時，實例化對應(yīng)的按鍵變量即可。例如：main函數(shù)的示例中實例化了switchObj，多有多個按鍵可以多定義不同的switchObj即可。如下：代碼所展示：

DebouncedSwitch switchObj_key1;
DebouncedSwitch switchObj_key2;


//其他代碼


debounceSwitch(&switchObj_key1, 100);
debounceSwitch(&switchObj_key2,50);

2、高度可定制：

 debounceSwitch函數(shù)中的消抖時間是作為參數(shù)傳遞的，這使得消抖時間可以根據(jù)不同的開關(guān)信號或應(yīng)用場景進行定制。這種可定制性允許您在不同情況下使用不同的消抖時間，以滿足特定需求。

3、適用于實時系統(tǒng)：

相對于純軟件延時消抖，debounceSwitch函數(shù)是更可靠的，因為它不依賴于軟件的延時，而是基于實際的狀態(tài)變化來判斷開關(guān)信號的穩(wěn)定性。這使得它適用于實時系統(tǒng)和對時間精度要求較高的應(yīng)用。

總結(jié)

當然，作為一個產(chǎn)品中使用的函數(shù)還有很多可優(yōu)化的空間，比如：函數(shù)內(nèi)判斷指針不為空。進行參數(shù)的有效性檢查等等。

審核編輯：湯梓紅