【ESP32 IDF】key按键与EXTI中断

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前言

在嵌入式系统开发中，按键输入是与用户进行交互的重要方式之一。在 ESP32 开发中，我们可以利用外部中断（External Interrupt，简称 EXTI）来实现对按键的响应。外部中断使得我们可以在按键被按下时立即响应，而不需要轮询输入状态，这样可以提高系统的响应速度和效率。本文将介绍如何在 ESP32 IDF（Espressif IoT Development Framework）中实现按键输入与外部中断的结合，以实现对按键的快速响应和处理。

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一、按键的使用

1.1 按键的简介

几乎每个开发板都会板载有独立按键，因为按键用处很多。常态下，独立按键是断开的，按下的时候才闭合。每个独立按键会单独占用一个 IO 口，通过 IO 口的高低电平判断按键的状态。但是按键在闭合和断开的时候，都存在抖动现象，即按键在闭合时不会马上就稳定的连接，断开时也不会马上断开。这是机械触点，无法避免。独立按键抖动波形图如下：

图中的按下抖动和释放抖动的时间一般为 5~10ms，如果在抖动阶段采样，其不稳定状态可能出现一次按键动作被认为是多次按下的情况。为了避免抖动可能带来的误操作，我们要做的措施就是给按键消抖（即采样稳定闭合阶段）。消抖方法分为硬件消抖和软件消抖，我们常用软件的方法消抖。
软件消抖：方法很多，我们例程中使用最简单的延时消抖。检测到按键按下后，一般进行10ms 延时，用于跳过抖动的时间段，如果消抖效果不好可以调整这个 10ms 延时，因为不同类型的按键抖动时间可能有偏差。待延时过后再检测按键状态，如果没有按下，那我们就判断这是抖动或者干扰造成的；如果还是按下，那么我们就认为这是按键真的按下了。对按键释放的判断同理。
硬件消抖：利用 RC 电路的电容充放电特性来对抖动产生的电压毛刺进行平滑出来，从而
实现消抖，但是成本会更高一点，本着能省则省的原则，我们推荐使用软件消抖即可。

1.2 读取按键的高低电平

我们可以使用下面这个函数来读取按键的高低电平：

int gpio_get_level(gpio_num_t gpio_num);

参数为按键的对应引脚标号

1.3 读取按键具体代码

在使用按键的使用，需要设置上拉或者下拉电阻，需要根据实际原理图进行选择，并且如果你需要读取按键的状态，你需要设置引脚方向为输入模式：

gpio_reset_pin(22);gpio_config_t key;
key.mode = GPIO_MODE_INPUT;
key.pull_up_en = GPIO_PULLUP_ENABLE;
key.pull_down_en = GPIO_PULLDOWN_DISABLE;
key.pin_bit_mask = (1ull << 22);
key.intr_type = GPIO_INTR_DISABLE;gpio_config(&key);void key_scan()
{// gpio_pad_select_gpio(22);if(gpio_get_level(22) == 0){vTaskDelay(10);if(gpio_get_level(22) == 0)printf("Key pressed\n");}
}

二、中断

二、EXIT外部中断

2.1 EXIT外部中断简介

外部中断（External Interrupt）是指来自于处理器外部的信号或事件，可以中断处理器当前的执行流程，跳转到相应的中断服务程序中执行。在嵌入式系统中，外部中断通常用于处理与外部设备或外部事件相关的响应操作，比如传感器的触发、按键的按下等。

当外部中断信号触发时，处理器会立即停止当前的任务，保存当前的执行环境（比如程序计数器、寄存器状态等），然后跳转到预先定义好的中断服务程序中执行相应的处理逻辑。一旦中断服务程序执行完成，处理器会恢复之前的执行状态，继续执行被中断的任务。

EXIT可能是指中断退出的意思，即当中断服务程序执行完成后，处理器退出中断状态，恢复到之前的执行流程中。

2.2 外部中断基础知识

在数字电路和信号处理中，上升沿和下降沿触发是指在信号的电压或电平变化时发生的事件。这些术语通常与时钟信号和触发器（比如触发器、寄存器等）的工作方式相关联。

上升沿触发：当信号的电压或电平从低电平（低电压）变为高电平（高电压）时，触发器或电路开始执行操作。简单来说，上升沿触发意味着在信号的上升沿（从低到高的过渡时刻）上触发动作。

下降沿触发：与上升沿相反，当信号的电压或电平从高电平（高电压）变为低电平（低电压）时，触发器或电路开始执行操作。换句话说，下降沿触发意味着在信号的下降沿（从高到低的过渡时刻）上触发动作。

这些概念在数字电路中非常重要，特别是在时序电路设计中。例如，在时钟边沿触发的触发器中，上升沿触发和下降沿触发可以决定何时执行数据的采样和传输

2.3 设置外部中断

注册外部中断服务函数

在 ESP32 IDF 中，gpio_install_isr_service 函数用于安装 GPIO 中断服务。通过安装 GPIO 中断服务，你可以注册 GPIO 中断处理程序，以便在 GPIO 引脚状态发生变化时得到通知并执行相应的操作。

以下是 gpio_install_isr_service 函数的使用方法：

#include "driver/gpio.h"void app_main() {// 初始化 GPIO 中断服务gpio_install_isr_service(0); // 参数 0 表示默认的 ESP_INTR_FLAG_DEFAULT// 在这里注册 GPIO 中断处理程序并进行其他操作
}

在使用 gpio_install_isr_service 函数时，你需要注意以下几点：

在调用 gpio_install_isr_service 函数之前，确保已经初始化了 GPIO 相关的硬件和驱动。

gpio_install_isr_service 函数接受一个参数，用于指定中断服务的配置选项。一般情况下，你可以传递 0 或者默认的 ESP_INTR_FLAG_DEFAULT 作为参数。

通常情况下，gpio_install_isr_service 函数只需要在应用程序的启动时调用一次，用于初始化 GPIO 中断服务。在后续的代码中，你可以注册具体的 GPIO 中断处理程序，并通过 gpio_isr_handler_add 函数将其与 GPIO 引脚关联起来。

通过使用 gpio_install_isr_service 函数，你可以在 ESP32 应用程序中方便地管理和处理 GPIO 中断，实现按键、传感器等外部事件的实时响应。

设置触发方式

在gpio_config_t结构体中，有一个intr_type成员，他用来设置gpio的中断触发方法的，他是一个枚举，他的定义如下：

typedef enum {GPIO_INTR_DISABLE = 0,     /*!< Disable GPIO interrupt                             */GPIO_INTR_POSEDGE = 1,     /*!< GPIO interrupt type : rising edge                  */GPIO_INTR_NEGEDGE = 2,     /*!< GPIO interrupt type : falling edge                 */GPIO_INTR_ANYEDGE = 3,     /*!< GPIO interrupt type : both rising and falling edge */GPIO_INTR_LOW_LEVEL = 4,   /*!< GPIO interrupt type : input low level trigger      */GPIO_INTR_HIGH_LEVEL = 5,  /*!< GPIO interrupt type : input high level trigger     */GPIO_INTR_MAX,
} gpio_int_type_t;

添加中断函数

我们可以使用下面这个函数来为某一个引脚添加中断回调函数：

esp_err_t gpio_isr_handler_add(gpio_num_t gpio_num, gpio_isr_t isr_handler, void *args);

参数1为对应的引脚标号
参数2为回调函数，他的定义如下：

typedef void (*gpio_isr_t)(void *);

参数3为调用回调函数时，传入的参数是什么，如果没有，填NULL即可

2.4 示例代码

void LED()
{gpio_reset_pin(1);gpio_pad_select_gpio(1);gpio_set_direction(1,GPIO_MODE_OUTPUT);
}void IRAM_ATTR Key_ISR(void *p)
{static bool count = 0;count = !count;gpio_set_level(1,count);
}gpio_reset_pin(22);gpio_config_t key;
key.mode = GPIO_MODE_INPUT;
key.pull_up_en = GPIO_PULLUP_ENABLE;
key.pull_down_en = GPIO_PULLDOWN_DISABLE;
key.pin_bit_mask = (1ull << 22);
key.intr_type = GPIO_INTR_POSEDGE;gpio_config(&key);gpio_install_isr_service(0);LED();gpio_isr_handler_add(22,Key_ISR,NULL);

IRAM_ATTR: 这里的 IRAM_ATTR 属性用于将中断处理函数存储在内部 RAM 中，目的在于减少延迟

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总结

通过本文的介绍，我们了解了在 ESP32 IDF 中如何利用外部中断（EXTI）来实现对按键输入的快速响应。首先，我们学习了如何配置 GPIO 并注册中断服务程序。然后，我们通过编写中断服务程序来处理按键的触发事件，并在其中进行相应的处理。通过这种方式，我们可以实现对按键的即时响应，提高系统的交互性和用户体验。在实际应用中，我们可以根据需求对按键的功能进行扩展和定制，从而实现更丰富和灵活的用户交互界面。