Arduino程序设计（五）按键中断+按键状态检测 |
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Arduino程序设计（五）按键中断+按键状态检测
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按键中断+按键状态检测
前言一、按键中断1、中断的基本概念2、外部中断3、示例代码4、按键中断实验
二、按键状态检测1、按键单击、双击和长按的工作原理2、按键状态检测实验
参考资料
前言
本文主要介绍两种按键检测实验，分别是：1、外部中断实现按键控制LED灯；2、按键单击、双击和长按的状态检测。
一、按键中断
1、中断的基本概念
中断装置和中断处理中断处理程序统称为中断系统。中断（Interrupt）是计算机的一个重要概念，现代计算机普遍采用中断技术。 当计算机执行正常程序时，系统中会出现某些急需处理的异常情况和特殊请求，此时 CPU 会暂时中止现行程序，转去对随机发生的更为紧迫的事件进行处理，处理完毕后，CPU 自动返回原来的程序继续执行，此过程就叫做中断。实现中断功能的硬件和软件统称中断系统。一个完整的中断处理过程包括中断请求、中断响应、中断处理和中断返回。 （1）中断请求 中断过程是从中断源向 CPU 发出中断请求而开始的，其中断请求信号应该至少保持到 CPU 做出响应为止。 （2）中断响应 CPU检测到中断请求后，在一定的条件和情况下进行响应。 （3）中断处理 CPU响应中断结束后，返回原先被中断的程序并继续执行。 （4）中断返回 中断返回是指把运行程序从中断服务程序转回到被中断的主程序中。 中断结构如下图所示： 我们从一个生活中的例子引入。你正在家中看书，突然电话铃响了，你放下书本，去接电话，和来电话的人交谈，然后放下电话，回来继续看你的书。这就是生活中的“中断”的现象，就是正常的工作过程被外部的事件打断了。 Arduino有两种类型的中断：外部中断和定时器中断 ① 外部中断是指当某个外部事件发生时，Arduino会立即停止当前的程序，执行中断服务程序，处理完中断后再返回原来的程序。 ② 定时器中断是指当定时器计数器达到设定的值时，Arduino会执行中断服务程序，处理完中断后再返回原来的程序。 注意：如果没有中断的话，arduino 是一直运行 loop 内的代码，一遍一遍重复运行。当有中断产生时候，单片机会停止 loop 的代码，开始运行中断服务函数的代码，运行一遍中断服务函数后，继续回到 loop 内接着刚才运行的代码运行。 本文介绍的按键中断属于外部中断，重点介绍外部中断的工作模式，定时中断以后再详细介绍。 2、外部中断外部中断是由外部设备发起请求的中断。要想使用外部中断，就需了解中断引脚的位置，根据外部设备选择中断模式，以及编写一个中断被触发后需执行的中断函数。 （1）在Arduino上，有两种类型的外部中断：INT0和INT1。INT0对应的引脚是数字引脚2（D2），而INT1对应的引脚是数字引脚3（D3）。这两个引脚都支持上升沿、下降沿和任何电平变化触发中断。 （2）使用外部中断，需要先将相应的引脚配置为输入模式，再使用attachInterrupt()函数来设置中断触发条件和中断处理函数。 （3）中断函数介绍： attachInterrupt() 描述：外部中断配置函数。 函数原型：attachInterrupt(interrupt, ISR, mode) 参数解释： ① interrupt: 中断号。不同Arduino开发板中断号不同。Uno R3有两个外部中断，分别为数字管脚2(中断0)和数字管脚3(中断1)。 ② ISR: 中断处理函数。此函数不带参数，没有返回值。 ③ mode: 中断触发方式。 其中mode的触发方式分为： LOW: 低电平触发 CHANGE:管脚状态改变触发 RISING:上升沿触发 FALLING:下降沿触发 3、示例代码当使用Arduino进行按键中断检测时，attachInterrupt()函数来设置中断并指定相应的中断处理函数。以下是一个示例代码： const int buttonPin = 2; // 按钮连接到Arduino的2号引脚 volatile int buttonState = 0; // 按钮的状态变量 void setup() { pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP); // 设置按钮引脚为输入模式，使用内部上拉电阻 attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(buttonPin), buttonInterrupt, CHANGE); // 将中断函数与按钮引脚进行关联 Serial.begin(9600); // 初始化串口通信 } void loop() { // 在主循环中可以执行其他任务 } void buttonInterrupt() { buttonState = digitalRead(buttonPin); // 获取按钮引脚的状态 if (buttonState == HIGH) { Serial.println("Button pressed"); // 执行按钮按下后的操作 } }在上述代码中，我们将按钮连接到Arduino的2号引脚，并将该引脚设为输入模式。使用attachInterrupt()函数将一个中断处理函数buttonInterrupt()与按钮引脚相关联，并指定中断触发条件为状态改变（CHANGE）。当按钮状态发生改变时，中断处理函数会被调用。 在buttonInterrupt()函数中，我们通过digitalRead()函数获取按钮引脚的状态，并将其存储在buttonState变量中。如果按钮按下（状态为HIGH），则会在串口上打印"Button pressed"，你可以根据需要在这里执行其他操作。 4、按键中断实验（1）本实验采用Arduino UNO R3开发板及自主搭建电路的方式，实现预设功能，其中按键消抖方式采用硬件消抖实现。 （2）按键中断的电路图如下图所示： （3）实现功能： ① 未按下按键，LED灯熄灭 ② 按下按键，LED灯点亮500ms,熄灭500ms,重复操作 代码实现： //按键中断实验(硬件消抖) //未按下按键，LED灯熄灭 //按下按键，LED灯点亮500ms,熄灭500ms,重复操作 const int LED = 9; //LED灯引脚 const int buttonPin = 2; // 按钮连接到Arduino的2号引脚 int KEY_state = 1;//按键状态标志，未按下按键为1，按下按键为0 int LED_state = 0;//LED状态标志，点亮为1，熄灭为0 void setup() { pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP); // 设置按钮引脚为输入模式，使用内部上拉电阻 pinMode(LED, OUTPUT); //设置LED为输出模式 attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(buttonPin), buttonInterrupt, FALLING); // 将中断函数与按钮引脚进行关联 } void loop() { digitalWrite(LED,LOW);//按键未按下，LED灯熄灭 if (LED_state == 1) { digitalWrite(LED, HIGH); delay(500); digitalWrite(LED, !digitalRead(LED)); delay(500); } else { digitalWrite(LED, LOW); } } //中断处理函数 void buttonInterrupt() { KEY_state = digitalRead(buttonPin); if (KEY_state == 0) { LED_state = 1; } else { LED_state = 0; } } 二、按键状态检测 1、按键单击、双击和长按的工作原理单击、双击、长按电平时序图： 单击和长按的区别：
单击和双击的区别： （1）本实验采用Arduino UNO R3开发板及自主搭建电路的方式，实现预设功能，其中按键消抖方式采用硬件消抖实现。 （2）按键状态检测的电路图如下图所示： （3）实现功能： ① 按键单击时，LED亮100ms后熄灭(闪烁一次），串口打印"singleclick"； ② 按键双击时，LED亮300ms，熄灭300ms，然后，LED亮300ms，熄灭300ms（闪烁两次），串口打印"doubleclick"； ③ 按键长按时，第一次长按，LED常亮，串口打印"longclick"和"start"，第二次长按，LED熄灭，串口打印"longclick"和"end"。 （4）注意：编译代码前，需要下载安装OneButton库文件，并在程序中添加 #include 和 #include 两个头文件 。 代码实现： //按键单击、双击、长按的状态检测实验 /*实验现象： ① 按键单击时，LED亮100ms后熄灭(闪烁一次），串口打印"singleclick"； ② 按键双击时，LED亮300ms，熄灭300ms，然后，LED亮300ms，熄灭300ms（闪烁两次），串口打印"doubleclick"； ③ 按键长按时，第一次长按，LED常亮，串口打印"longclick"和"start"，第二次长按，LED熄灭，串口打印"longclick"和"end"。 */ #include #include #define PIN_INPUT 7 #define PIN_LED 10 OneButton button(PIN_INPUT, true); //单击 void click() { Serial.println("singleclick"); for (size_t i = 0; i Serial.println("doubleclick"); for (size_t i = 0; i Serial.println("longclick"); digitalWrite(PIN_LED, !digitalRead(PIN_LED)); if (digitalRead(PIN_LED)) Serial.println("start"); else Serial.println("end"); } void setup() { Serial.begin(115200);//打开串口 pinMode(PIN_LED, OUTPUT);//设置LED引脚为输出模式 button.attachClick(click);//关联单击事件 button.attachDoubleClick(doubleclick);//关联双击事件 button.attachLongPressStart(longclick);//关联长按事件 } void loop() { button.tick();//按键扫描 delay(10); } 参考资料参考资料1: Arduino基础入门篇13—外部中断 参考资料2: Arduino基础篇（三）-- 带你了解Arduino中断的秘密 参考资料3: stm32多功能按键设计（单击、双击、长按） 参考资料4: ESP32 Arduino(十一) 按键控制库 OneButton |
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