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🔖STM32F1/F4

2024-10-04 10:18阅读: 26评论: 0推荐: 0

第11章电容触摸按键实验

第十一章电容触摸按键实验

1. 硬件设计

本实验用到的硬件资源有：

指示灯DS0和DS1
定时器TIM2
触摸按键TPAD

前面两个之前均有介绍，我们需要通过 TIM2_CH1（PA5）采集 TPAD 的信号，所以本实验需要用跳线帽短接多功能端口（P12）的 TPAD 和 ADC，以实现 TPAD 连接到 PA5。

屏幕截图 2024 09 18 083717

硬件设置（用跳线帽短接多功能端口的 ADC 和 TPAD 即可）好之后，下面我们开始软件设计。

2. 软件设计

2.1 编程大纲

TIM2_CH1输入捕获初始化
电容按键复位
取得捕获值并处理
电容按键初始化
电容按键扫描
主函数测试

2.2 代码分析

2.2.1 TIM2通道1配置输入捕获

// 定时器2通道1输入捕获配置
void TIM2_CH1_Cap_Init(u32 arr, u16 psc)
{
	/* TIM2基础配置 */
	TIM_IC_InitTypeDef TIM2_CH1Config;
	TIM2_Handler.Instance = TIM2;
	TIM2_Handler.Init.Prescaler = psc; 
	TIM2_Handler.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
	TIM2_Handler.Init.Period = arr;
	TIM2_Handler.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
	HAL_TIM_IC_Init(&TIM2_Handler);
	/* 输入捕获配置 */
	TIM2_CH1Config.ICPolarity = TIM_ICPOLARITY_RISING; // 上升沿捕获
	TIM2_CH1Config.ICSelection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
	TIM2_CH1Config.ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
	TIM2_CH1Config.ICFilter = 0;
	HAL_TIM_IC_ConfigChannel(&TIM2_Handler, &TIM2_CH1Config, TIM_CHANNEL_1); // 配置TIM2_CH1
	HAL_TIM_IC_Start(&TIM2_Handler, TIM_CHANNEL_1);
}

// TIM2底层驱动
void HAL_TIM_IC_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
	__HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();
	__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
	GPIO_Initure.Pin = GPIO_PIN_5;
	GPIO_Initure.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
	GPIO_Initure.Pull = GPIO_NOPULL;
	GPIO_Initure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
	GPIO_Initure.Alternate = GPIO_AF1_TIM2;
	HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_Initure);
}

函数TIM2_CH1_Cap_Init和上一章输入捕获实验中函数TIM5_CH1_Cap_Init的配置过程几乎是一模一样的，不同的是上一章实验开 TIM5_CH1_Cap_Init 函数最后调用的是函数HAL_TIM_IC_Start_IT，使能输入捕获通道的同事开启了输入捕获中断，而该函数最后调用的函数是 HAL_TIM_IC_Start，只是开启了输入捕获通道，并没有开启输入捕获中断。

函数 HAL_TIM_IC_MspInit 是输入捕获通用 MSP 回调函数，该函数的作用是使能定时器和 GPIO 时钟，配置 GPIO 复用映射关系。该函数功能和输入捕获实验中该函数作用基本类似。

2.2.2 复位电容按键和定时器

// 复位电容按键：释放电容点亮，清楚定时器计数值
void TPAD_Reset(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
	GPIO_Initure.Pin = GPIO_PIN_5;
	GPIO_Initure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
	GPIO_Initure.Pull = GPIO_PULLDOWN;
	GPIO_Initure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
	HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_Initure);
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET); // 释放电容
	delay_ms(5);
	__HAL_TIM_CLEAR_FLAG(&TIM2_Handler, TIM_FLAG_CC1|TIM_FLAG_UPDATE); // 清除中断标志位
	__HAL_TIM_SET_COUNTER(&TIM2_Handler, 0); // 清除计数器
	GPIO_Initure.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
	GPIO_Initure.Pull = GPIO_NOPULL;
	GPIO_Initure.Alternate = GPIO_AF1_TIM2; // PA5复用为TIM2_CH1
	HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_Initure);
}

函数 TPAD_Reset 顾名思义，是进行一次复位操作。先设置 PA5 输出低电平，电容放电，同时清除中断标志位并且计数器值清零，然后配置 PA5 为复用功能浮空输入，利用外部上拉电阻给电容 Cs(Cs+Cx)充电，同时开启 TIM2_CH1 的输入捕获。

2.2.3 取得定时器捕获值

// 取得捕获值
u16 TPAD_Get_Val(void)
{
	TPAD_Reset();
	while(__HAL_TIM_GET_FLAG(&TIM2_Handler, TIM_FLAG_CC1) == RESET) // 捕获上升沿
	{
		if(__HAL_TIM_GET_COUNTER(&TIM2_Handler) >= TPAD_ARR_MAX_VAL-500)
		{
			return __HAL_TIM_GET_COUNTER(&TIM2_Handler); // 已经超时，直接返回CNT值
		}
	};
	return HAL_TIM_ReadCapturedValue(&TIM2_Handler, TIM_CHANNEL_1); // 读取计数器值
}

// 读取n次，取最大值
u16 TPAD_Get_MaxVal(u8 n)
{ 
	u16 temp = 0; 
	u16 res = 0; 
	u8 lcntnum = n*2/3; // 至少2/3*n的有效个触摸,才算有效
	u8 okcnt = 0;
	while(n--)
	{
		temp = TPAD_Get_Val(); // 得到一次值
		if(temp > (tpad_default_val*5/4))
			okcnt++; // 至少大于默认值的5/4才算有效
		if(temp > res)
			res = temp;
	}
	if(okcnt >= lcntnum)
		return res; // 至少2/3的概率,要大于默认值的5/4才算有效
	else 
		return 0;
}

2.2.4 电容按键初始化

// 电容按键初始化
uint8_t tpad_init(u16 psc)
{
    u16 buf[10];
    u16 temp;
    uint8_t i, j;
    TIM2_CH1_Cap_Init(TPAD_ARR_MAX_VAL, psc-1); // 初始化定时器2通道1，设置自动重装载值和预分频值
	for(i = 0; i < 10; i++)
	{
		buf[i] = TPAD_Get_Val(); // 读取电容触摸按键值
	}
	for(i = 0; i < 9; i++)
	{
		for(j = i+1; j < 10; j++)
		{
			if(buf[i]>buf[j])
			{
				temp = buf[i];
				buf[i] = buf[j];
				buf[j] = temp;
			}
		}
	}
	temp = 0;
	for(i = 2; i < 8; i++)
	{
		temp += buf[i];
	}
	tpad_default_val = temp/6; // 计算默认值
	printf("tpad_default_val:%d\r\n",tpad_default_val);
	if(tpad_default_val>(vu16)TPAD_ARR_MAX_VAL/2)
	{
		return 1; // 电容按键初始化失败
	}
	return 0; // 电容按键初始化成功
}

函数 TPAD_Init 用于初始化输入捕获，并获取默认的 TPAD 值。该函数有一个参数，用来传递分频系数，其实是为了配置 TIM2_CH1_Cap_Init 的计数周期。在该函数中连续 10 次读取TPAD 值，将这些值升序排列后取中间 6 个值再做平均（这样做的目的是尽量减少误差），并赋值给 tpad_default_val，用于后续触摸判断的标准。

2.2.5 电容按键扫描

// 触摸按键扫描
u8 TPAD_Scan(u8 mode)
{
	static u8 keyen = 0; // 0,可以开始检测;>0,还不能开始检测	 
	u8 res = 0;
	u8 sample = 3; // 默认采样次数为3次	 
	u16 rval;
	if(mode)
	{
		sample = 6;	// 支持连按的时候，设置采样次数为6次
		keyen = 0;	// 支持连按	  
	}
	rval = TPAD_Get_MaxVal(sample); // 采样n次 
	if(rval>(tpad_default_val*4/3)&&rval<(10*tpad_default_val)) // 大于tpad_default_val+(1/3)*tpad_default_val,且小于10倍tpad_default_val,则有效
	{							 
		if(keyen==0)
			res = 1; // keyen==0,有效 
		//printf("r:%d\r\n",rval);		     	    					   
		keyen = 3; // 至少要再过3次之后才能按键有效   
	} 
	if(keyen)
		keyen--; // 计数器减1		   							   		     	    					   
	return res;
}

函数 TPAD_Scan 用于扫描 TPAD 是否有触摸，该函数的参数 mode，用于设置是否支持连续触发。返回值如果是 0，说明没有触摸，如果是 1，则说明有触摸。该函数同样包含了一个静态变量，用于检测控制，类似第七章的 KEY_Scan 函数。所以该函数同样是不可重入的。在函数中，我们通过连续读取 3 次(不支持连续按的时候)TPAD 的值，取最大值和 tpad_default_val*4/3比较，如果大于则说明有触摸，如果小于，则说明无触摸。其中 tpad_default_val 是我们在调用TPAD_Init 函数的时候得到的值，然后取其 4/3 为门限值。

2.2.6 主函数

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "key.h"
#include "tpad.h"

int main(void)
{
	u8 t=0; 
    HAL_Init();                   	
    Stm32_Clock_Init(336,8,2,7);  	
	delay_init(168);               	
	uart_init(115200);            
	LED_Init();						
	tpad_init(8); 
   	while(1)
	{					  						  		 
 		if(TPAD_Scan(0)) // 成功捕获到了一次上升沿(此函数执行时间至少15ms)
		{
			LED1=!LED1;	// LED1取反
		}
		t++;
		if(t == 15)		 
		{
			t = 0;
			LED0 = !LED0; // LED0取反,提示程序正在运行
		}
		delay_ms(10);
	}
}

}

该main 函数比较简单， TPAD_Init(8)函数执行之后，就开始触摸按键的扫描，当有触摸的时候，对 DS1 取反，而 DS0 则有规律的间隔取反，提示程序正在运行。

3. 小结

实际上这个实验就是运用的定时器的输入捕获功能，下面简单回顾一下：

3.1 硬件连接

LED连接：

将LED1（比如连接到GPIOA的引脚5）连接到STM32的相应引脚。

电容按键连接：

使用一个电容按键（如连接到GPIOB的引脚6），并设置为输入模式。

定时器设置：

使用TIM2设置为输入捕获模式，监测电容按键的按下事件。

3.2 软件配置步骤

1. 初始化工程

使用STM32CubeMX创建一个新的STM32F407项目。
启用GPIOA和GPIOB，配置PA5为输出（LED），PB6为输入（电容按键）。
启用TIM2，设置为输入捕获模式，选择适当的通道（例如通道1）。
生成代码并打开Keil/STM32CubeIDE进行代码编写。

2. 编写代码

在main.c文件中添加以下代码：

#include "main.h"

TIM_HandleTypeDef htim2;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

// LED状态
uint8_t ledState = 0;

// 输入捕获回调函数
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
    if (htim->Instance == TIM2) {
        // 触发LED状态取反
        ledState ^= 1; // 取反
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, ledState); // 更新LED状态
    }
}

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_TIM2_Init(void);

// 主函数
int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_TIM2_Init();

    // 启动输入捕获
    HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1);

    while (1) {
        // 主循环可以做其他事情
    }
}

static void MX_GPIO_Init(void) {
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

    // 初始化LED引脚
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    // 初始化电容按键引脚
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; // 或根据需要选择上拉或下拉
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
}

static void MX_TIM2_Init(void) {
    __HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();

    // 配置TIM2
    htim2.Instance = TIM2;
    htim2.Init.Prescaler = 8399; // 让定时器计数频率为1kHz (84MHz/8400)
    htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim2.Init.Period = 0xFFFF; // 最大计数值
    htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    HAL_TIM_Base_Init(&htim2);

    // 配置输入捕获
    TIM_IC_InitTypeDef sConfigIC;
    sConfigIC.ICPolarity = TIM_ICPOLARITY_RISING; // 上升沿触发
    sConfigIC.ICSelection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
    sConfigIC.ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
    sConfigIC.ICFilter = 0;
    HAL_TIM_IC_ConfigChannel(&htim2, &sConfigIC, TIM_CHANNEL_1);
}

void SystemClock_Config(void) {
    // 系统时钟配置
    // 这里省略具体配置，可以使用CubeMX生成的代码
}

3.3 代码说明

LED状态管理：使用ledState变量来跟踪LED的状态，并在输入捕获中触发时取反。
输入捕获回调：当TIM2接收到上升沿信号时，会调用HAL_TIM_IC_CaptureCallback函数，改变LED状态。
定时器配置：TIM2被配置为输入捕获模式，监测PB6引脚的变化。

2024.10.4 第一次修订，后期不再维护

2025.3.4 修订程序，简化内容

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本文作者：hazy1k

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第十一章电容触摸按键实验

1. 硬件设计

2. 软件设计

2.1 编程大纲

2.2 代码分析

2.2.1 TIM2通道1配置输入捕获

2.2.2 复位电容按键和定时器

2.2.3 取得定时器捕获值

2.2.4 电容按键初始化

2.2.5 电容按键扫描

2.2.6 主函数

3. 小结

3.1 硬件连接

3.2 软件配置步骤

1. 初始化工程

2. 编写代码

3.3 代码说明

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2.2.2 复位电容按键和定时器

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