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【HarmonyOS HiSpark Wi-Fi IoT 套件试用连载】一个ADC实现多个按键检测

2020-11-14 13:34:16  306 ADC 鸿蒙系统 HarmonyOS 鸿蒙OS
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获取按键值的方式
按键作为常用的输入系统,如何准确并高效的获取按键值,是一个经常要面对的问题,常用的按键检测方式有如下几种方式:
1. 独立按键
每个按键的检测占用单片机的一个GPIO引脚,原理图如下图所示:
图片来源程序员小哈自制核心板原理图
我们以BTN1按键为例,当按键没有按下的时候,网络标号KEY1处的电压被10K的上拉电阻拉至3.3V,PB14(KEY1)引脚设为输入引脚后,程序中读取该引脚的值将为1,当按键按下之后,网络标号KEY1处接地,读取该输入引脚的值将为0,进而通过此电路实现的独立按键,可以区分按键弹起和按下两种不同的状态。
独立按键的每个按键的工作不会影响其他I/O的状态。独立按键缺点是浪费MCU管脚,优点是编程比较简单。
独立按键的实现原理详见我们之前分享的网文:基于鸿蒙OS的按键驱动
2. 矩阵按键
矩阵按键又称为矩阵键盘或称行列键盘,其实现的原理我们之前分享过如下网文:
矩阵键盘的行列扫描原理详解
这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。在MCU管脚有限的情况下,矩阵按键大大的节省了I/O资源。
3. ADC分压键盘
利用电阻串联分压的原理实现一个ADC管脚去检测多个按键。
按键被按下之后,与ADC引脚相连的点的电压会随着参与分压的电阻变化而变化,我们只要让每个按键按下之后的电压处于不同的区间,我们理论上就能够将各个按键区分开。
为了避免由于ADC精度、电阻的误差或者温漂等因素造成的按键检测失效,提高按键检测的可靠性,我们可以减少按键数量,适当放宽各个按键检测的电压范围。
经过上面的分析,独立按键的方式是最浪费GPIO口,矩阵按键的效率适中,而ADC分压实现的键盘使用的GPIO引脚最少。
ADC检测按键原理
如果Vcc = 3.3V ,那么没有按键被按下时,ADC为3.3V,如果有按键被按下:
[td]
被按下的按键ADC值
Key10 V
Key21.65 V
Key32.2 V
Key42.475 V
Key52.64 V
Key62.75 V
我们由上可以看到,一串相同电阻(10K)组成的多个按键,相连按键之间的电压差越来越小,不利于继续进行扩展。
如果 +5V 换成 3.3V ,那么没有按键被按下时,ADC为3.3V,如果有按键被按下:
[td]
被按下的按键ADC值
sw10 V
sw20.163 V
sw30.503 V
sw40.819 V
sw51.157 V
sw61.487 V
由上我们看出,这组电阻组成的多个按键检测电路,相连按键之间的电压差值基本在0.3V左右,可以在此电路基础上继续进行扩展,设计成更多的按键扫描电路。
有了上面的经验,大家算一下下图中,不同按键按下的话,ADC的值应该为多少呢?
按键原理图
核心板左下角的按键S2的原理图:
OLED板上的按键1和按键2的原理图:
由上面两个原理图可知,三个按键都是与GPIO05这个引脚相连,根据上面ADC分压的原理我们可知,当三个按键按下时,GPIO05处的理论电压如下:
[td]
被按下的按键理论电压
常态(没有按键按下时)3.3 V
S2(核心板)0V
S1(OLED)(1/(4.7+1))*3.3=0.579 V
S2(OLED)(2/(4.7+1+1))*3.3=0.985 V
获取ADC值
官方手册ADC功能描述如下:
1. 引脚初始化
由于GPIO5默认被复用为串口引脚,我们这里要想使用ADC功能,而上图表格中没有对应的ADC复用信号,所以我们只需要将GPIO_05设为普通GPIO输入引脚即可。初始化代码如下:
(hi_void)hi_gpio_init();
   
hi_io_set_func(HI_IO_NAME_GPIO_5, HI_IO_FUNC_GPIO_5_GPIO);
ret = hi_gpio_set_dir(HI_GPIO_IDX_5, HI_GPIO_DIR_IN);
if (ret != HI_ERR_SUCCESS) {
    printf("===== ERROR ======gpio -> hi_gpio_set_dir1 ret:%d\r\n", ret);
    return;
}
2. 获取ADC值
这里使用hi_adc_read函数获取adc的值,为了使得到的数据相对准确,我们对数据进行多次采集,然后将得到的数据缓存到数组中,然后再对数组中的数据进行集中处理。
memset_s(g_adc_buf, sizeof(g_adc_buf), 0x0, sizeof(g_adc_buf));

for (i = 0; i < ADC_TEST_LENGTH; i++) {
ret = hi_adc_read((hi_adc_channel_index)HI_ADC_CHANNEL_2, &data, HI_ADC_EQU_MODEL_1, HI_ADC_CUR_BAIS_DEFAULT, 0);
if (ret != HI_ERR_SUCCESS) {
  printf("ADC Read Fail\n");
  return;
}
g_adc_buf = data;
}
其中函数hi_adc_read在如下文件中实现:
\vendor\hisi\hi3861\hi3861\platform\drivers\adc\hi_adc.c
3. 对数组中的ADC值进行数据处理,计算方法为取这些数据的和,然后减去其中的最大值和最小值,然后再取平均值。hi_u32 i;
float vlt_max = 0;
float vlt_min = VLT_MIN;
float vlt_sum = 0;
float vlt_val = 0;

hi_u16 vlt;
for (i = 0; i < data_len; i++) {
vlt = g_adc_buf;
float voltage = hi_adc_convert_to_voltage(vlt);
vlt_max = (voltage > vlt_max) ? voltage : vlt_max;
vlt_min = (voltage < vlt_min) ? voltage : vlt_min;
vlt_sum += voltage;
}

vlt_val = (vlt_sum - vlt_min - vlt_max) / (data_len - 2.0);
其中函数hi_adc_convert_to_voltage的实现位于:\vendor\hisi\hi3861\hi3861\platform\drivers\adc\hi_adc.c
串口打印输出
为了按键能够准确识别,我们首先要知道各个按键被按下时,ADC的值的范围,我们在程序中获取GPIO5 引脚处的ADC值,利用下面的函数进行打印输出,进而观察各种状态下,ADC的值是多少:
printf("KEY adc value is %f \r\n",key_adc_value);
具体打印输出如下:
1. 常态没有按键按下时,ADC值的范围在 3.262 ~ 3.266之间,串口打印输出如下:2. 当按下按键S2(核心板)时,ADC值的范围在 0.214 ~ 0.218之间,串口打印输出如下:3. 当按下按键S1(OLED)时,ADC值的范围在 0.569 ~ 0.573之间,串口打印输出如下:4. 当按下按键S2(OLED)时,ADC值的范围在 0.970 ~ 0.974之间,串口打印输出如下:5. 结果汇总[td]
被按下的按键理论电压实际电压
常态(没有按键按下时)3.3 V3.266 V
S2(核心板)0V0.214 V
S1(OLED)(1/(4.7+1))*3.3=0.579 V0.573 V
S2(OLED)(2/(4.7+1+1))*3.3=0.985 V0.973 V
由上可以看出,理论值跟实际值偏差不是很大,而且值相对稳定,我们只需要在实际值基础上增加一个偏差,比如0.15 V,即可区分出板子上的三个按键。
[td]
被按下的按键理论电压实际电压判断区间
常态(没有按键按下时)3.3 V3.266 Vvlt_val > 3 V
S2(核心板)0V0.214 Vvlt_val < 0.3 V
S1(OLED)0.579 V0.573 V0.4 V < vlt_val < 0.7 V
S2(OLED)0.985 V0.973 V0.8 V < vlt_val < 1.1 V
6. 按adc值的范围区间,判断按键值
具体判断的实现如下:
if(vlt_val < 0.3))
{
if(key_flag == 0)
{
  key_flag = 1;
  key_status = KEY_EVENT_S2_CORE;
}
}

if((vlt_val > 0.4) && (vlt_val < 0.7))
{
if(key_flag == 0)
{
  key_flag = 1;
  key_status = KEY_EVENT_S1_OLED;
}
}

if((vlt_val > 0.8) && (vlt_val < 1.1))
{
if(key_flag == 0)
{
  key_flag = 1;
  key_status = KEY_EVENT_S2_OLED;
}
}

if(vlt_val > 3.0)
{
key_flag = 0;
key_status = KEY_EVENT_NONE;
}
7. 编译脚本文件BUILD.gn
工程中两个编译使用的BUILD.gn脚本文件具体实现如下图所示:
获得HiBurn软件1. 解压DevEcoDeviceTool-1.0.0.zip
此文件,在下面网文中分享过,可以自提:HarmonyOS智能设备开发工具—DevEco Device Tool 安装配置
2. 将解压后生成的.vsix文件重命名为.zip结尾的任意名称,比如:DevEcoDeviceTool-1.0.0-temp.zip , 然后解压此文件。3. 在 \devicetool-device-1.0.0.0\extension\deveco\tools 文件夹下即有HiBurn.exe 文件。使用HiBurn烧写.bin文件至Hi3861
  • 双击HiBurn.exe文件,在弹出界面中,选择菜单:Setting-->Com settings ,在弹出窗口中,Baud选择一个稍微高点的波特率,加快文件传输速度;
  • 选择Hi3861核心板对应的串口,点击“Select file”按钮,选择要下载的固件文件:Hi3861_wifiiot_app_allinone.bin,我们打开此文件之后,会发现下面列表中出现了三个文件,实际上这个.bin文件由列表中的三个文件组成。勾选“Auto burn”复选框,然后选择“Connect”按钮,进入如下待下载界面:
  • 复位核心板模块,进入下载模式,下载完成后点击“Disconnect”按钮断开连接。
和DevEco Device Tool方式对比
使用HiBurn烧录相对于VSCode中使用DevEco Device Tool烧录而言,好处主要有以下几点:
1. 不依赖VSCode,所以下面网文的配置过程可以省略了;
HarmonyOS智能设备开发工具—DevEco Device Tool 安装配置
2. 下载速度更快,HiBurn.exe最大波特率可以设置到4000000,而DevEco Device Tool最大只能为921600,是它的4.34倍;
HiBurn方式烧录的缺点主要是:
1. 烧录完成标志不是很明显,需要认真观察;2. 烧录完成之后需要手动点Disconnect,主动断开连接,否则将一直占用此串口;如果再未断开的情况下,再次按了一下RESET按键,HiBurn软件将会再一次对固件进行烧录。结果展示
依次按三次Hi3861开发套件上的三个按键S2(CORE)、S1(OLED)、S2(OLED),串口打印输出如下:
ADC获取的电压波动在我们设定的范围内,所以我们看到能够正确的识别对应的按键。
小结
学习实现的思想,自己可以使用自己的板子实现一下,无论51单片机还是STM32作为主控,实现的原理都是一样的,文中提供的代码,除了获取ADC值的方式不一样外,其他代码都是可以通用参考的。
参考网文
https://bbs.elecfans.com/jishu_2000829_1_1.html
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2020-11-14 13:34:16   评论 分享淘帖
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