按键消抖/开关量信号监测实现方案

关于按键消抖或者开关量信号监测，可以参考本公众号的另外一篇原创文章：按键消抖常用的软硬件方法。在该文章中介绍了两种软件延时的方式。但也都各有缺点。

一：旧方案

方案一：纯软件延时

sbit KEY = P1^3;
///按键读取函数
uint8_t GetKey(void)
{
    if(KEY == 1)
    {
        DelayMs(20);        //延时消抖
        if(KEY == 1)
        {
            return 1;
        }
        else 
        {
            return 0;
        }
    }
    else 
    {
        return 0;
    }
}

致命缺点：在延时的时候一直占用cpu的资源，如果在延时的时候，有其他外部中断或者抢占事件，系统完全没有响应的

方案二：中断消抖

此处不在贴出代码：感兴趣的同学可到文章中查看：按键消抖常用的软硬件方法

致命缺点：多占用中断资源。操作复杂。在资源就是成本的产品中（多占用一个中断可能会导致需要选择价格更高的MCU），这种方案的缺点更加明显。

推荐方案

本文推荐一种更高效、合适，已在产品中使用过的软件设计方案。直接上代码。

#include 


// 定义开关信号结构体
typedef struct {
    bool lastState;       // 上次开关信号状态
    bool currentState;    // 当前开关信号状态
    bool validState;      // 有效的开关信号状态
    int debounceDelayCounter;  // 开关信号消抖计数器
} DebouncedSwitch;


// 初始化开关信号结构体
void initializeSwitch(DebouncedSwitch* switchObj) {
    switchObj->lastState = false;
    switchObj->currentState = false;
    switchObj->validState = false;
    switchObj->debounceDelayCounter = 0;
}


// 模拟读取开关信号状态的函数
bool readSwitchState() {
    // 在这里替换为实际的开关信号读取代码
    // 返回开关信号的当前状态（true表示开，false表示关）
    return false;
}


// 处理开关信号消抖的函数
void debounceSwitch(DebouncedSwitch* switchObj, int debounceTime) {
    // 读取当前开关信号状态
    switchObj->currentState = readSwitchState();


    // 如果当前状态与上次状态不同，重置计数器并更新上次状态
    if (switchObj->currentState != switchObj->lastState) {
        switchObj->debounceDelayCounter = 0;
    } else {
        // 如果状态相同，增加计数器值
        switchObj->debounceDelayCounter++;
    }


    // 如果计数器达到指定的消抖时间，表示开关信号状态稳定
    if (switchObj->debounceDelayCounter >= (debounceTime / 10)) {
        // 如果当前状态与 validState 不同，表示发生了有效的状态变化
        if (switchObj->currentState != switchObj->validState) {
            switchObj->validState = switchObj->currentState;
        }
    }
    // 更新上次状态
    switchObj->lastState = switchObj->currentState;
}


int main() {
    // 创建一个开关信号的DebouncedSwitch结构体
    DebouncedSwitch switchObj;
    initializeSwitch(&switchObj);


    while (1) {
        debounceSwitch(&switchObj, 100); // 设置消抖时间为100毫秒
        if (switchObj.validState) {
            if (switchObj.validState) {
                // 执行开关信号为开的操作
                printf("开关信号为开
");
            } else {
                // 执行开关信号为关的操作
                printf("开关信号为关
");
            }
        }


        // 在这里可以添加其他需要执行的代码


        // 模拟延时或等待开关信号状态变化
        // 这里使用usleep函数来模拟10毫秒的延时
        // 实际上，你需要根据你的硬件和操作系统来等待开关信号状态变化
        usleep(10000); // 10毫秒
    }


    return 0;
}

1、函数详解：

debounceSwitch函数该函数用于处理开关信号的消抖，以确保稳定的开关状态。 它接受一个指向 DebouncedSwitch 结构体的指针， 该结构体包含了上次状态、当前状态、有效状态等信息，以及消抖时间的设置。

该函数的被调用周期为10ms（可以与产品程序中其他任务并行执行）。

2、函数的工作流程如下： 

1）读取当前开关信号状态。

2）如果当前状态与上次状态不同，重置计数器并更新上次状态。 

3）如果当前状态与上次状态相同，增加计数器值。 

4）如果计数器达到指定的消抖时间，表示开关信号状态稳定。

5）如果当前状态与 validState 不同，表示发生了有效的状态变化，更新有效状态。 

6）更新上次状态以便下一次比较

3、优点介绍：

1）扩展性：

debounceSwitch该函数使用结构体指针的形式，提供了开关量检测的框架，需要多个开关量/按键检测时，实例化对应的按键变量即可。例如：main函数的示例中实例化了switchObj，多有多个按键可以多定义不同的switchObj即可。如下：代码所展示：

DebouncedSwitch switchObj_key1;
DebouncedSwitch switchObj_key2;


//其他代码


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

2、高度可定制：

 debounceSwitch函数中的消抖时间是作为参数传递的，这使得消抖时间可以根据不同的开关信号或应用场景进行定制。这种可定制性允许您在不同情况下使用不同的消抖时间，以满足特定需求。

3、适用于实时系统：

相对于纯软件延时消抖，debounceSwitch函数是更可靠的，因为它不依赖于软件的延时，而是基于实际的状态变化来判断开关信号的稳定性。这使得它适用于实时系统和对时间精度要求较高的应用。

总结

当然，作为一个产品中使用的函数还有很多可优化的空间，比如：函数内判断指针不为空。进行参数的有效性检查等等。 

　　审核编辑：汤梓红