【HarmonyOS HiSpark Wi-Fi IoT 套件試用連載】一個ADC實現多個按鍵檢測
本文來源電子發燒友社區，作者：juby， 帖子地址：https://bbs.elecfans.com/jishu_2008496_1_1.html
獲取按鍵值的方式
圖片來源程序員小哈自制核心板原理圖
按鍵原理圖
獲取ADC值
1. 引腳初始化
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:%drn", ret);
return;
}
2. 獲取ADC值
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 Failn");
return;
}
g_adc_buf= data;
}
3. 對數組中的ADC值進行數據處理，計算方法為取這些數據的和，然后減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);
串口打印輸出
2. 當按下按鍵S2（核心板）時，ADC值的范圍在 0.214 ~ 0.218之間，串口打印輸出如下：
3. 當按下按鍵S1（OLED）時，ADC值的范圍在 0.569 ~ 0.573之間，串口打印輸出如下：
4. 當按下按鍵S2（OLED）時，ADC值的范圍在 0.970 ~ 0.974之間，串口打印輸出如下：
5. 結果匯總[td]
6. 按adc值的范圍區間，判斷按鍵值
{
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. 編譯腳本文件BUILD.gn
獲得HiBurn軟件1. 解壓DevEcoDeviceTool-1.0.0.zip
2. 將解壓后生成的.vsix文件重命名為.zip結尾的任意名稱，比如：DevEcoDeviceTool-1.0.0-temp.zip ， 然后解壓此文件。
3. 在 devicetool-device-1.0.0.0extensiondevecotools 文件夾下即有HiBurn.exe 文件。
使用HiBurn燒寫.bin文件至Hi3861
和DevEco Device Tool方式對比
獲取按鍵值的方式
按鍵作為常用的輸入系統，如何準確并高效的獲取按鍵值，是一個經常要面對的問題，常用的按鍵檢測方式有如下幾種方式：
1. 獨立按鍵
每個按鍵的檢測占用單片機的一個GPIO引腳，原理圖如下圖所示：
圖片來源程序員小哈自制核心板原理圖
我們以BTN1按鍵為例，當按鍵沒有按下的時候，網絡標號KEY1處的電壓被10K的上拉電阻拉至3.3V，PB14（KEY1）引腳設為輸入引腳后，程序中讀取該引腳的值將為1，當按鍵按下之后，網絡標號KEY1處接地，讀取該輸入引腳的值將為0，進而通過此電路實現的獨立按鍵，可以區分按鍵彈起和按下兩種不同的狀態。
獨立按鍵的實現原理詳見我們之前分享的網文：基于鴻蒙OS的按鍵驅動
2. 矩陣按鍵
矩陣按鍵又稱為矩陣鍵盤或稱行列鍵盤，其實現的原理我們之前分享過如下網文：
矩陣鍵盤的行列掃描原理詳解
這種行列式鍵盤結構能有效地提高單片機系統中I/O口的利用率。在MCU管腳有限的情況下，矩陣按鍵大大的節省了I/O資源。
3. ADC分壓鍵盤
利用電阻串聯分壓的原理實現一個ADC管腳去檢測多個按鍵。
按鍵被按下之后，與ADC引腳相連的點的電壓會隨著參與分壓的電阻變化而變化，我們只要讓每個按鍵按下之后的電壓處于不同的區間，我們理論上就能夠將各個按鍵區分開。
為了避免由于ADC精度、電阻的誤差或者溫漂等因素造成的按鍵檢測失效，提高按鍵檢測的可靠性，我們可以減少按鍵數量，適當放寬各個按鍵檢測的電壓范圍。
經過上面的分析，獨立按鍵的方式是最浪費GPIO口，矩陣按鍵的效率適中，而ADC分壓實現的鍵盤使用的GPIO引腳最少。
ADC檢測按鍵原理
如果Vcc = 3.3V ，那么沒有按鍵被按下時，ADC為3.3V，如果有按鍵被按下：
[td]
| 被按下的按鍵 | ADC值 |
| Key1 | 0 V |
| Key2 | 1.65 V |
| Key3 | 2.2 V |
| Key4 | 2.475 V |
| Key5 | 2.64 V |
| Key6 | 2.75 V |
我們由上可以看到，一串相同電阻（10K）組成的多個按鍵，相連按鍵之間的電壓差越來越小，不利于繼續進行擴展。
如果 +5V 換成 3.3V ，那么沒有按鍵被按下時，ADC為3.3V，如果有按鍵被按下：
[td]
| 被按下的按鍵 | ADC值 |
| sw1 | 0 V |
| sw2 | 0.163 V |
| sw3 | 0.503 V |
| sw4 | 0.819 V |
| sw5 | 1.157 V |
| sw6 | 1.487 V |
由上我們看出，這組電阻組成的多個按鍵檢測電路，相連按鍵之間的電壓差值基本在0.3V左右，可以在此電路基礎上繼續進行擴展，設計成更多的按鍵掃描電路。
有了上面的經驗，大家算一下下圖中，不同按鍵按下的話，ADC的值應該為多少呢？
按鍵原理圖
核心板左下角的按鍵S2的原理圖：
OLED板上的按鍵1和按鍵2的原理圖：
由上面兩個原理圖可知，三個按鍵都是與GPIO05這個引腳相連，根據上面ADC分壓的原理我們可知，當三個按鍵按下時，GPIO05處的理論電壓如下：
[td]
| 被按下的按鍵 | 理論電壓 |
| 常態（沒有按鍵按下時） | 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 |
官方手冊ADC功能描述如下：
1. 引腳初始化
由于GPIO5默認被復用為串口引腳，我們這里要想使用ADC功能，而上圖表格中沒有對應的ADC復用信號，所以我們只需要將GPIO_05設為普通GPIO輸入引腳即可。初始化代碼如下：
(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:%drn", ret);
return;
}
2. 獲取ADC值
這里使用hi_adc_read函數獲取adc的值，為了使得到的數據相對準確，我們對數據進行多次采集，然后將得到的數據緩存到數組中，然后再對數組中的數據進行集中處理。
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 Failn");
return;
}
g_adc_buf= data;
}
其中函數hi_adc_read在如下文件中實現：
vendorhisihi3861hi3861platformdriversadchi_adc.c
3. 對數組中的ADC值進行數據處理，計算方法為取這些數據的和，然后減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);
其中函數hi_adc_convert_to_voltage的實現位于：vendorhisihi3861hi3861platformdriversadchi_adc.c
串口打印輸出
為了按鍵能夠準確識別，我們首先要知道各個按鍵被按下時，ADC的值的范圍，我們在程序中獲取GPIO5 引腳處的ADC值，利用下面的函數進行打印輸出，進而觀察各種狀態下，ADC的值是多少：
printf("KEY adc value is %f rn",key_adc_value);
具體打印輸出如下：
1. 常態沒有按鍵按下時，ADC值的范圍在 3.262 ~ 3.266之間，串口打印輸出如下：2. 當按下按鍵S2（核心板）時，ADC值的范圍在 0.214 ~ 0.218之間，串口打印輸出如下：
3. 當按下按鍵S1（OLED）時，ADC值的范圍在 0.569 ~ 0.573之間，串口打印輸出如下：
4. 當按下按鍵S2（OLED）時，ADC值的范圍在 0.970 ~ 0.974之間，串口打印輸出如下：
5. 結果匯總[td]
| 被按下的按鍵 | 理論電壓 | 實際電壓 |
| 常態（沒有按鍵按下時） | 3.3 V | 3.266 V |
| S2（核心板） | 0V | 0.214 V |
| S1（OLED） | (1/(4.7+1))*3.3=0.579 V | 0.573 V |
| S2（OLED） | (2/(4.7+1+1))*3.3=0.985 V | 0.973 V |
由上可以看出，理論值跟實際值偏差不是很大，而且值相對穩定，我們只需要在實際值基礎上增加一個偏差，比如0.15 V，即可區分出板子上的三個按鍵。
[td]
| 被按下的按鍵 | 理論電壓 | 實際電壓 | 判斷區間 |
| 常態（沒有按鍵按下時） | 3.3 V | 3.266 V | vlt_val > 3 V |
| S2（核心板） | 0V | 0.214 V | vlt_val < 0.3 V |
| S1（OLED） | 0.579 V | 0.573 V | 0.4 V < vlt_val < 0.7 V |
| S2（OLED） | 0.985 V | 0.973 V | 0.8 V < vlt_val < 1.1 V |
具體判斷的實現如下：
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. 編譯腳本文件BUILD.gn
工程中兩個編譯使用的BUILD.gn腳本文件具體實現如下圖所示：
獲得HiBurn軟件1. 解壓DevEcoDeviceTool-1.0.0.zip
2. 將解壓后生成的.vsix文件重命名為.zip結尾的任意名稱，比如：DevEcoDeviceTool-1.0.0-temp.zip ， 然后解壓此文件。3. 在 devicetool-device-1.0.0.0extensiondevecotools 文件夾下即有HiBurn.exe 文件。
使用HiBurn燒寫.bin文件至Hi3861
- 選擇Hi3861核心板對應的串口，點擊“Select file”按鈕，選擇要下載的固件文件：Hi3861_wifiiot_app_allinone.bin，我們打開此文件之后，會發現下面列表中出現了三個文件，實際上這個.bin文件由列表中的三個文件組成。勾選“Auto burn”復選框，然后選擇“Connect”按鈕，進入如下待下載界面：
- 復位核心板模塊，進入下載模式，下載完成后點擊“Disconnect”按鈕斷開連接。
和DevEco Device Tool方式對比
使用HiBurn燒錄相對于VSCode中使用DevEco Device Tool燒錄而言，好處主要有以下幾點：
1. 不依賴VSCode，所以下面網文的配置過程可以省略了；
HarmonyOS智能設備開發工具—DevEco Device Tool 安裝配置
2. 下載速度更快，HiBurn.exe最大波特率可以設置到4000000，而DevEco Device Tool最大只能為921600，是它的4.34倍；
HiBurn方式燒錄的缺點主要是：
1. 燒錄完成標志不是很明顯，需要認真觀察；2. 燒錄完成之后需要手動點Disconnect，主動斷開連接，否則將一直占用此串口；如果再未斷開的情況下，再次按了一下RESET按鍵，HiBurn軟件將會再一次對固件進行燒錄。結果展示
依次按三次Hi3861開發套件上的三個按鍵S2(CORE)、S1(OLED)、S2(OLED)，串口打印輸出如下：
ADC獲取的電壓波動在我們設定的范圍內，所以我們看到能夠正確的識別對應的按鍵。
小結
參考網文
https://bbs.elecfans.com/jishu_2000829_1_1.html
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