熟悉灑家寫作風(fēng)格的朋友們都知道，灑家行文一向生動活潑，甚而有時浮夸得沒個章法。但是，在這個全民戰(zhàn)疫的關(guān)鍵時刻，似乎任何的輕佻都是對前線戰(zhàn)士的不恭敬。故而，今天嚴(yán)肅緊張一把，跟大家開門見山，講一講開關(guān)檢測的問題。

有的朋友可能會覺得，開關(guān)檢測對于每一個嵌入式工程師來講都是入門級別的問題，有什么好講的呢？好吧，對于你這種想法，我只能像春晚上曉明哥哥對祖兒妹妹講的那樣：

我不要你覺得，我要我覺得！

問你三個問題吧。第一，如果因為這樣或那樣的原因，您選用的MCU的IO口不夠，無法一一對應(yīng)地處理那么多路開關(guān)信號，你該咋個辦？

第二，如何區(qū)分開關(guān)的“動作”和“狀態(tài)”？按下和彈起的動作一閃即逝，狀態(tài)卻長期保持，怎么區(qū)分并處理？

第三，是關(guān)于大家耳熟能詳?shù)臑V波問題，您可不要說只需要進行硬件濾波就夠了這種跌份的話哈。假設(shè)您的開關(guān)信號性質(zhì)有所不同，它們需要的濾波時間也不一樣，你怎么以一種統(tǒng)一的方式去處理他們呢？

今天灑家和大家分享的就是關(guān)于這三個問題的想法和解決方案。

一

要想逃避現(xiàn)實，最好的方式就是深深介入現(xiàn)實之中。

嵌入式工程師的日常工作不是在錦繡河山里做文章，而是在螺絲殼里做道場。在日復(fù)一日的工作中，工程師逐漸積累了豐富的實戰(zhàn)經(jīng)驗。比如硬件不夠可以用軟件來湊，內(nèi)存不足可以犧牲實時性，以時間換空間。

那么，IO口不夠呢？

魯迅先生曾說：“希望是本無所謂有，無所謂無的。這正如地上的路，其實地上本沒有路，走的人多了，也便成了路?！?/p>

勇敢的嵌入式工程師是遇山開路、遇水搭橋的開拓者，面對無路之境，自會以大無畏的霹靂手段趟出一條路來。IO口不夠，MCU又不能換（想一想老板那冷颼颼的目光），自然也會另辟蹊徑，柳暗花明，不至于山窮水復(fù)，找不到出路的。

聰明的小伙伴們應(yīng)該已經(jīng)躍躍欲試，準(zhǔn)備搶答了。不過，授人以魚不如授人以漁，在直接給出答案之前，大家可以先想一個問題：為什么現(xiàn)在大家用的計算機，基本上沒有并口了呢？

在計算機剛剛出現(xiàn)的那個年代里，打印和繪圖是非常重要的應(yīng)用。由于計算機速度的限制，串行傳輸速度相當(dāng)有限，無法應(yīng)對打印繪圖這種需要高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用，于是，并口大行其道數(shù)十載。說句不怕暴露年齡的話，筆者剛上班時，單位的臺式機和筆記本都是有并口的。

當(dāng)然，魚與熊掌不可兼得，并行傳輸也有其缺點，那就是需要的端口和線路遠(yuǎn)高于串行傳輸，會消耗較高的電路板資源和軟件解析能力，所以，隨著計算機和串行傳輸速度的提升，并口也開始慢慢地退出了歷史的舞臺。

觸類旁通，見微知著，大家是不是品出來什么了？

對，在嵌入式設(shè)計中，一個MCU端口處理一路開關(guān)信號是“并行處理方式”，類比于計算機并口，需要消耗較多的端口。端口不夠的解決方案自然是“并行轉(zhuǎn)串行”，以串行的方式進行開關(guān)信號的檢測。

在具體的實現(xiàn)上，需要選擇“多路開關(guān)檢測接口芯片”，這種芯片可以檢測多路開關(guān)量輸入信號，并將檢測到的開關(guān)狀態(tài)通過SPI發(fā)送給MCU。這種方式可以極大地節(jié)省MCU的IO口資源，比如說檢測16路開關(guān)，并行方式需要16個MCU IO端口，串行方式只需要一個SPI端口就可以了。

二

話不多說，再來看第二個問題：怎么區(qū)分開關(guān)的“動作”和“狀態(tài)”？

至于為什么要區(qū)分“動作”和“狀態(tài)”。是因為在嵌入式產(chǎn)品中，有一種很常見的應(yīng)用邏輯：開關(guān)A、B、C處于閉合狀態(tài)且開關(guān)D、E、F處于斷開狀態(tài)時，按下或松開開關(guān)G，執(zhí)行某個操作。

在這種邏輯里，“按下”和“松開”是兩種動作，“閉合”和“斷開”是兩種狀態(tài)。用電路的知識來類比的話，動作是沿跳變，狀態(tài)是電平。

“動作”是一閃即逝的花火，狀態(tài)是千年不變的承諾。我們做區(qū)分為的是，讓動作“閱后即焚”，不至于成為反復(fù)觸發(fā)操作的脈搏。

為了說明這一點，灑家跟大家分享一下自己設(shè)計的結(jié)構(gòu)體和代碼實現(xiàn)，這部分也可以用在對第三個問題的解答上。

typedef struct{

     unsigned switch_state:1;

     unsigned swon_event:1;

     unsigned swoff_event:1;

     unsigned cursw:1;

     unsigned detect_cnt:4;

     e_SwId   switch_id;

}s_Switch;

在這個結(jié)構(gòu)體的成員變量里面，switch_id標(biāo)識開關(guān)節(jié)點，大家可以用“解釋性”很強的枚舉來表示它。這里的switch_state表示的是開關(guān)信號的狀態(tài)，swon_event和swoff_event分別表示開關(guān)從斷開到閉合和從閉合到斷開的變化，即上述的“動作”。 cursw和detect_cnt用于開關(guān)信號采集的軟件消抖功能。

為了同時檢測開關(guān)狀態(tài)和動作，可以設(shè)置一個10ms的周期定時器，周期性地對每個SWITCH_ID對應(yīng)的開關(guān)信號進行檢測，具體實現(xiàn)為：

void SwDetect(e_SwId sw_id)  

{

    uint8_t filter_time;

    filter_time = SW_DETECT_TIMES;

    if(SWITCH_OFF == Sw[sw_id].switch_state){

        if(IOVALID == Sw[sw_id].cursw){

            if(Sw[sw_id].detect_cnt < filter_time){

                Sw[sw_id].detect_cnt++;   

            }else{                                          

                Sw[sw_id].switch_state = SWITCH_ON;       

                Sw[sw_id].detect_cnt = 0;                      

                Sw[sw_id].swon_event = 1;          

            }

        }else{

            Sw[sw_id].detect_cnt = 0;

        }

    }else{

        if(IOINVALID == Sw[sw_id].cursw){

            if(Sw[sw_id].detect_cnt < filter_time){

                Sw[sw_id].detect_cnt++;

            }else{                                                        

                Sw[sw_id].switch_state = SWITCH_OFF;

                Sw[sw_id].swoff_event = 1;

                Sw[sw_id].detect_cnt = 0;

            }

        }else{

            Sw[sw_id].detect_cnt = 0;

        }

    }

}

當(dāng)開關(guān)動作發(fā)生時，swon_event和swoff_event置一，在執(zhí)行完相關(guān)操作之后，將swon_event和swoff_event清零，就完成了讓動作“閱后即焚”。

所以，上面那種根據(jù)某些開關(guān)的狀態(tài)和動作執(zhí)行相關(guān)操作的邏輯的具體實現(xiàn)為：

If(Switch[SWITCH_ID_1].swon_event == 1)

{

If(Switch[SWITCH_ID_2].switch_state == “ON”){

    操作1；

}

Switch[SWITCH_ID_1].swon_event = 0；

}

三

下面接著講第三個問題：怎么應(yīng)對不同的濾波時間？

正如上面講過的那樣，對于一般的開關(guān)節(jié)點，設(shè)計一10ms的定時器周期性地讀取開關(guān)當(dāng)前狀態(tài)cursw，然后根據(jù)其維持當(dāng)前狀態(tài)的周期次數(shù)（根據(jù)不同應(yīng)用場景，可以設(shè)置為5次或者10次，分別對應(yīng)50ms或100ms的濾波時間）以判斷switch_state、swon_event、swoff_event。

那么，對于那些特殊的開關(guān)信號，也許需要采用較典型值長或者短的消抖時間，我們只需要針對該開關(guān)信號對應(yīng)的那個SWITCH_ID表征的結(jié)構(gòu)體變量，設(shè)置它的濾波次數(shù)filter_time（見上面那段程序）即可。

四

講到這里，有些不愛看代碼的同學(xué)可能模糊了，這里，幫人幫到底，灑家不惜筆墨，詳細(xì)開展一番。

首先，設(shè)定一個10ms的定時器，在它的中斷服務(wù)程序里，執(zhí)行開關(guān)信號檢測。

對應(yīng)在我們這里，可以認(rèn)為它的中斷服務(wù)程序（ISR）執(zhí)行的就是下面這個IoInputDetect函數(shù)。（需要說明的是，一般情況下我們不會在中斷服務(wù)程序里執(zhí)行這種耗時較長的程序，這里只是為了方便大家理解）

void IoInputDetect(void)

{

    e_SwId sw_idx;

    ReadIoSwitch();

    for(sw_idx = MIN_SWITCH;sw_idx < MAX_SWITCH;sw_idx++){

        SwDetect(sw_idx);   

    } 

}

這個函數(shù)里面，在ReadIoSwitch函數(shù)里面讀取每個開關(guān)（以SWITCH_ID標(biāo)識）的當(dāng)前狀態(tài)，賦給其cursw，需要注意的是，這里的cursw表示的是當(dāng)下這一刻的開關(guān)狀態(tài)，不是經(jīng)過濾波處理后的穩(wěn)定開關(guān)狀態(tài)。

第二步：根據(jù)每個開關(guān)的當(dāng)前狀態(tài)cursw，判斷其穩(wěn)定的開關(guān)狀態(tài)switch_state、開關(guān)動作swon_event和swoff_event。即上面在for循環(huán)中執(zhí)行的SwDetect函數(shù)。

SwDetect函數(shù)語句在第二節(jié)中，它的核心思想就是判斷開關(guān)當(dāng)前狀態(tài)cursw是否持續(xù)穩(wěn)定在SWITCH_ON或者SWITCH_OFF狀態(tài)。當(dāng)前的switch_state為ON的狀態(tài)下，如果持續(xù)filter_time個10ms，cursw一直為OFF狀態(tài)，則將switch_state賦為OFF狀態(tài)，同時，將swoff_event賦為1。反之亦然。

當(dāng)濾波時間不同時，顯然只需要將該switch_id對應(yīng)的開關(guān)結(jié)構(gòu)體的filter_time置為不同于典型值的特殊值即可。

后記

灑家在這篇文章里面分享的開關(guān)檢測方法，不止適用于數(shù)字IO形式的開關(guān)信號，還適用于其它信號。

比如通過RF方式接收的遙控信號，雖然是一種射頻性質(zhì)的信號，但是這種信號對應(yīng)的是遙控器上的物理按鍵，它在邏輯上自然也等價于本文講的開關(guān)信號，所以，可以用上述那個結(jié)構(gòu)體和那些代碼判斷遙控信號，解析出某個遙控按鍵按下、松開的動作和狀態(tài)，同時對它進行濾波處理。

再舉一反三，無論是RF信號、模擬信號、數(shù)字信號、網(wǎng)絡(luò)信號，只要該輸入信號在邏輯上可以等價于物理開關(guān)，它就可以使用本文所述的方法處理。

你覺得呢？