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外观

5. 按键 ​

5.1 独立按键基础知识 ​

  独立按键是一种简单的输入设备，广泛应用于各种电子设备中，用于实现基本的用户交互。它们的工作原理通常基于一个简单的机械开关，当按下按键时触发某些操作。独立按键可以有多种尺寸、形状和颜色，便于用户辨识和使用。

5.2 独立按键结构组成 ​

  独立按键的主要结构组成包括：按钮、外壳、弹簧、触点、导电片和引脚。由一个弹性体（如弹簧或金属片）和一个按键帽组成。当按键被用户按下时，弹性体会缩短，使按键帽压缩，使按钮顶部变得接近或触摸基底。当用户松开按钮时，弹性体恢复原状，按键返回初始位置。所以当按键未被按下时，通常触点是分开的，电路是断开的。当按下按键时，导电片触碰到触点，从而形成一个闭合电路。

5.3 独立按键驱动原理 ​

  独立按键驱动是为了让微控制器能识别按键的状态，而微控制器正好可以识别高电平和低电平，所以大多数的按键都是通过给按键的一端接入高电平，一端接入GPIO；或者是给按键的一端接入低电平，一端接入GPIO。通过检测连接按键的引脚有没有发生电平变化，就可以知道按键是否按下。

5.4 消抖措施 ​

  由于机械按键在闭合和分开时可能产生的机械振动(相当于弹簧)，导致开关状态在短时间内多次变换，这就是按键抖动现象。消抖措施主要分为软件消抖和硬件消抖：

  1. 软件消抖：主要是通过编程的方法，设定一个延迟或计时器，确保在一定的时间内只读取一次按键状态，避免抖动对程序的影响。
  2. 硬件消抖：在按键电路中加入元器件如电阻、电容组成的RC低通滤波器，对按键信号进行平滑处理，降低抖动的影响。

5.5 独立按键原理图 ​

  开发板原理图中，将按键一端通过上拉电阻R14接到的3.3V的高电平和引脚GPIO0上，另一端接到了GND（低电平）。将开发板的按键电路简化，得到下图。

  开发板一上电，GPIO0引脚就会因为R14这个上拉电阻变为高电平，所以当按键没有按下的时候，GPIO0引脚默认为高电平；当按键按下时，因为按键闭合，GPIO0通过按键接到了GND上，所以GPIO0变为了低电平；

5.6 独立按键驱动流程 ​

以下是一个简化的独立按键驱动流程：

  1. 初始化微控制器的GPIO为输入功能。
  2. 检测按键状态（定时轮询或中断触发）。
  3. 如有抖动现象，应用消抖措施。
  4. 根据按键状态执行相应的程序代码。
  5. 在操作完成后等待下一次按键触发。

❓什么是定时轮询或中断触发？

  1. 定时轮询也叫顺序检测，它是一种扫描式的按键驱动方式，在一个循环的代码中循环的检测按键状态。当检测到按键闭合时，就进行相应操作。
  2. 中断触发主要利用微控制器的中断功能，当按键状态发生变化时，微控制器会立即响应，停止当前任务并执行按键响应程序。这种方式对实时性要求较高。

❓我们知道可以通过代码读取按键引脚上的电平，判断按键是否按下。但是如何编写读取的代码呢？

digitalRead() 是 Arduino 编程中用于从数字引脚读取电平状态的函数。当引脚设置为输入模式（INPUT 或 INPUT_PULLUP）时，你可以使用这个函数来读取该引脚的当前电平状态。 digitalRead()函数只有一个参数：

  • 引脚编号（Pin number）：这是你要读取的数字引脚的编号。

    digitalRead() 函数返回的值为 HIGH（高电平）或 LOW（低电平）。

    以一个使用了 digitalRead()的示例为例：

    c
    int buttonState = digitalRead(2);

      在此例子中，我们从编号为2的引脚上（GPIO2）读取值。返回的值存储在变量buttonState中，它将会是HIGH或者LOW，分别表示在该引脚上读取的电平是高还是低。

5.7 按键点灯验证 ​

  设置LED引脚为输出模式，设置按键引脚为输入模式。当按键按下时，先进行按键消抖，再判断一次是否按下按键。确定按下按键后将执行LED状态变化的操作。

c
// 定义 LED 引脚
int led_pin = 48;
// 定义 按键 引脚
int button_pin = 0;

// 定义 LED 逻辑值
int led_logic = 0;

//定义LED状态变量，默认为假即低电平， 通过它判断 LED 的状态是否改变过
bool status = false;

//只执行一次
void setup()
{
  //设置LED引脚（48） 为输出模式
  pinMode(led_pin, OUTPUT);

  //设置按键引脚（0） 为上拉输入模式
  pinMode(button_pin, INPUT_PULLUP);
}

//循环执行
void loop()
{
  // 如果读取到的按键引脚电平为 0 （低电平）
  // 说明按键按下
  if ( digitalRead(button_pin) == 0 )
  {
    // 延时 100ms，消除按键抖动
    delay(100);
    //如果消抖后按键状态还是低电平0
    //说明不是按键抖动导致的按下
    if (digitalRead(button_pin) == 0 )
    {
      //将LED的状态变量进行取反，即在低电平和高电平之间切换
      status = !status;
      //控制LED状态变化
      digitalWrite(led_pin, status);
    }
  }
}

5.8 按键点灯效果 ​

按下按键灯亮，再按下按键灯灭，如此反复。

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