STM32按键消抖的几种实现方式-STM32 Button Debouncing

一、按键抖动的现象

按键按下和松开的时候，按键金属片之间的贴合、分离有一个过程。给STM32输入的信号并不是理想的0和1切换的过程。而是如下图所示的，按下和松开的一小段时间内按键信号出现抖动（jitter），这种现象称为按键抖动（Button Bouncing）。为了避免程序上出现误动作，需要从硬件或软件上消除按键抖动（Button Debouncing）。

二、 硬件电路消抖

可以从电路设计上消除抖动，常见的有RC滤波电路消抖。但是仅通过RC电路，消抖过程慢，实际效果也并不好，一般会加上施密特触发器。硬件消抖的缺点是要增加额外的元器件，如果有多个需要消抖的输入信号，则会增加较大的成本。

• RC电路
  
  
• RC电路加施密特触发器
  

三、 软件消抖

3.1 按键状态分析

按键状态变化后，短时间内的状态是抖动的、不可采用的。软件上可延迟一段时间再判断按键的状态。按键的状态机变化如下图所示。

3.2 程序实现

下面通过程序来实现按键的消抖。下例中的开发板MCU为stm32f103RCT6， 按键接在PB12、PB13引脚，LED接在PC0、PC1引脚。程序基于HAL库编写，外设的初始化程序由Stm32CubeMx软件生成，此处不再赘述。

• 循环阻塞判断

int main(void)
{
    while (1)
    {
        if (HAL_GPIO_ReadPin(Button1_GPIO_Port, Button1_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
        {
            HAL_Delay(20);
            if(HAL_GPIO_ReadPin(Button1_GPIO_Port, Button1_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
            {
                printf("Key 1 pressed.\n");
                HAL_GPIO_TogglePin(Led1_GPIO_Port, Led1_Pin);
                while(HAL_GPIO_ReadPin(Button1_GPIO_Port, Button1_Pin) == GPIO_PIN_RESET);      // 等待按键松开
            }
        }
    }
}

上面的方式，按键松开之前程序一直卡在while循环里，按键松开之后才能处理其他的程序。

• 增加标志位、非阻塞

int main(void)
{
    uint8_t Button1PressedFlag = 0;
    uint8_t Button2PressedFlag = 0;
    while (1)
    {
        if (Button1PressedFlag == 0 && HAL_GPIO_ReadPin(Button1_GPIO_Port == Button1_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
	{
	    HAL_Delay(20);
	    if(HAL_GPIO_ReadPin(Button1_GPIO_Port, Button1_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
	    {
	        printf("Key 1 pressed.\n");
	        HAL_GPIO_TogglePin(Led1_GPIO_Port, Led1_Pin);
	        Button1PressedFlag = 1;
	    }
	}
	if(Button1PressedFlag == 1 && HAL_GPIO_ReadPin(Button1_GPIO_Port, Button1_Pin) == GPIO_PIN_SET)
	{
            HAL_Delay(20);
            if(HAL_GPIO_ReadPin(Button1_GPIO_Port, Button1_Pin) == GPIO_PIN_SET)
            {
	        printf("Key 1 released.\n");
		Button1PressedFlag = 0;
	    }
	}

	if (Button2PressedFlag == 0 && HAL_GPIO_ReadPin(Button2_GPIO_Port, Button2_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
	{
            HAL_Delay(20);
            if(HAL_GPIO_ReadPin(Button2_GPIO_Port, Button2_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
            {
                printf("Key 2 pressed.\n");
                HAL_GPIO_TogglePin(Led2_GPIO_Port, Led2_Pin);
                Button2PressedFlag = 1;
            }
	}
	if(Button2PressedFlag == 1 && HAL_GPIO_ReadPin(Button2_GPIO_Port, Button2_Pin) == GPIO_PIN_SET)
	{
	    HAL_Delay(20);
	    if(HAL_GPIO_ReadPin(Button2_GPIO_Port, Button2_Pin) == GPIO_PIN_SET)
	    {
	        printf("Key 2 released.\n");
	        Button2PressedFlag = 0;
            }
	 }
    }
}

上面实现的是两个按键消抖的处理。非阻塞方式可实现两个LED灯的同时点亮和熄灭，阻塞方式只能一个一个地操作。

• 外部中断方式
  ①. 将按键GPIO设置为外部中断输入方式，中断捕获类型可根据实际电路设置为上升沿或下降沿，这里我们配置为内部上拉、下降沿中断方式。
  
  ②. 设置中断优先级，打开中断
  
  ③. 在stm32f1xx_it.c文件中编写中断回调函数

void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
  HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_12);
  HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_13);
}       // EXTI15_10_IRQHandler 中断ISR 有CubeMx生成

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
    if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_12)
    {
        printf("Button triggered!\n");
	HAL_Delay(20);
	if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_12) == GPIO_PIN_RESET)
	{
       	    HAL_GPIO_TogglePin(Led1_GPIO_Port, Led1_Pin);
	    printf("Led toggled!\n");
	}
    }
    if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_13)
    {
        HAL_Delay(20);
	if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_13) == GPIO_PIN_RESET)
	{
	    HAL_GPIO_TogglePin(Led2_GPIO_Port, Led2_Pin);
	}
    }
}       // 中断回调函数 按键按下之后执行的动作由自己编写

   ⑤. 最后，还需修改一下HAL库中的外部GPIO中断服务函数

void HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(uint16_t GPIO_Pin)
{
  /* EXTI line interrupt detected */
  if (__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_Pin) != 0x00u)
  {
//    __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_Pin);    注释此行
    HAL_GPIO_EXTI_Callback(GPIO_Pin);
    __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_Pin);     // 添加此行
  }
}

关于中断消抖的方式，有几个需要注意的点。以上只是实现过程的描述，具体细节下一篇更新