#2020征文-开发板#一个ADC实现多个按键检测

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：

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
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：

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：

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：

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

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。

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。