我在高職教STM32——GPIO入門之按鍵輸入（1）

????????大家好，我是老耿，高職青椒一枚，一直從事單片機、嵌入式、物聯網等課程的教學。對于高職的學生層次，同行應該都懂的，老師在課堂上教學幾乎是沒什么成就感的。正因如此，才有了借助 CSDN 平臺尋求認同感和成就感的想法。在這里，我準備陸續把自己花了很多心思的教學設計分享出來，主要面向廣大師生朋友，單片機老鳥就略過吧。歡迎點贊+關注，各位的支持是本人持續輸出的動力，多謝多謝！

????????前面，我們介紹了STM32的IO口作為輸出的使用，這一章，我們將向大家介紹如何使用IO口作為輸入。在本章中，我們將利用開發板上的按鍵來控制LED的亮滅。通過本章的學習，我們將明白按鍵的電路原理，了解按鍵消抖是怎么回事，鞏固GPIO的初始化配置，學習GPIO端口輸入函數等知識。

【學習目標】

了解按鍵防抖、鎖存的方法
鞏固GPIO初始化的過程，獨立完成代碼編寫
理解按鍵單擊、雙擊、長按的程序算法

????????按鍵是初學嵌入式的第一類輸入器件，入門不難，但是一旦按法多樣化（單擊/雙擊/長按），或是結合其他被控器件，就需要用上中斷、定時器、狀態機等知識，難度也就上來了。本章還是基于GPIO輸入電平的傳統方法來按鍵，計劃分兩個部分，本文是第一部分。

一、認識按鍵開關

1.1 按鍵開關的形態和結構

????????按鍵開關主要是指輕觸式按鍵開關，廣泛用于各種電器和電子消費品中，有各種各樣不同的形態，如圖1所示，用圈標注的是我們開發板使用的類型。不管何種形態，它都是一種電子開關，使用時以滿足操作力的條件向開關操作方向施壓，開關可以閉合接通，當撤銷壓力時開關即斷開，其內部結構是靠金屬彈片受力變化來實現通斷的。

????????如圖2所示，我們的開發板上一共有4個按鍵開關，用KEYx來表示。這種開關雖然有四個引腳，但我們來看圖3，內部①腳和②腳是常閉的，③腳和④腳也是常閉的，這樣其實相當于只有兩個引腳了。

1.2 按鍵的抖動和消抖

????????按鍵機械觸點斷開或閉合時，由于觸點的彈性作用，按鍵開關不會馬上穩定接通或一下子斷開，使用按鍵時會產生帶波紋信號，如圖4所示，所以需要對波紋信號進行消抖處理，否則可能會引起誤判。

????????顯然上圖中的紋波是我們不希望的，因此就需要想辦法消抖。消抖的辦法有兩種：硬件消抖和軟件消抖，硬件消抖是在按鍵兩端并聯一個0.1uF的電容，利用電容充放電的延時，消除波紋。硬件消抖很少采用，更普遍的做法是通過軟件消抖，通過延時10~20ms的方式避開抖動，也可以采用連續多次檢測電平的方式避開抖動。

二、按鍵控制LED編程實踐

2.1 任務描述

????????本實驗的任務是用一個按鍵實現對一個LED的控制，每按一次，LED的狀態就改變一次。在控制方式上，使用了無鎖存和有鎖存兩種方法，分別實現了按下有效和松開有效。

2.2 硬件電路

????????圖5是開發板上四個按鍵與STM32連接的電路原理圖，連接方式都是一樣的，這里就以SW1（KEY1）為例進行介紹。當SW1按下時，KEY1端（PC13）與GND接通，為低電平；當SW1松開時，KEY1端電平被上拉電阻R48拉高。這樣，我們通過檢測PC13的輸入電平就知道KEY1是按下還是松開了。同理，KEY2、KEY3、KEY4的狀態需要分別檢測PC11、PC12、PD2的輸入電平。

2.3 工程文件清單

????????本實驗的工程文件清單如圖6所示，在HARDWARE目錄中添加了一對按鍵的驅動文件 key.c 和 key.h。由于用到了LED，因此之前的 led.c 和 led.h 需要保留。

2.4 工程代碼剖析

1. key.h文件源碼

????????頭文件里依然是與IO有關的宏和函數聲明，如代碼清單1所示。

//-------------------------------------------------------
// 代碼清單1：key.h
//-------------------------------------------------------#ifndef  _KEY_H_
#define  _KEY_H_#include "stm32f10x.h"//-------------------------------------------------------
// 必要的宏定義
//-------------------------------------------------------
#define  KEY1_PIN     GPIO_Pin_13
#define  KEY2_PIN     GPIO_Pin_11
#define  KEY3_PIN     GPIO_Pin_12
#define  KEY4_PIN     GPIO_Pin_2//-------------------------------------------------------
// 庫函數操作宏定義
//-------------------------------------------------------
#define  READ_KEY1	GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, KEY1_PIN)
#define  READ_KEY2	GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, KEY2_PIN)
#define  READ_KEY3	GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, KEY3_PIN)
#define  READ_KEY4	GPIO_ReadInputDataBit(GPIOD, KEY4_PIN)//--------------------------------------------------------
// 函數聲明
//--------------------------------------------------------
void Key_Init(void);	//按鍵初始化函數#endif

????????這里，我們用 GPIO_ReadInputDataBit() 這個庫函數來讀取一個IO口的電平，函數名雖然長了點，但確實見名就能知意。它有兩個參數：GPIOx和GPIO_Pin_x，返回值就是讀到的電平（1或0），確實也很直觀。

2. key.c文件源碼

????????該文件里就一個函數 Key_Init()，用來初始化按鍵的IO口，如代碼清單2所示。

/************************************************************************** 代碼清單2：key.c* 描    述：按鍵的初始化、驅動* 平    臺：麒麟座V3.2* 作    者：老耿* 日    期：yyyy-mm-dd* 固 件 庫：ST3.5.0* 版    本：V1.0* 修改記錄：無************************************************************************
*///必要的頭文件
#include "key.h"
#include "delay.h"/*************************************************************************** 函 數 名：Key_Init* 功    能：按鍵端口初始化* 入口參數：無* 出口參數：無* 說    明：將按鍵端口設置成輸入模式************************************************************************
**/
void Key_Init(void)
{//定義一個GPIO初始化對象（結構體）GPIO_InitTypeDef  gpio_initstruct;//打開必要的外設時鐘RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE);//填充初始化結構體，上拉輸入模式，并執行生效gpio_initstruct.GPIO_Pin = KEY1_PIN | KEY2_PIN | KEY3_PIN;gpio_initstruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;//輸入模式不用配置Speed參數//gpio_initstruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOC, &gpio_initstruct);//KEY4與KEY1/2/3不是一組端口，單獨再初始化gpio_initstruct.GPIO_Pin = KEY4_PIN;GPIO_Init(GPIOD, &gpio_initstruct);
}

????????雖然本實驗只使用到了KEY1，但在代碼中，我們將KEY2、KEY3、KEY4的IO口也一并進行了初始化。需要注意的是，GPIO要配置為輸入模式。由于按鍵松開時對應的引腳為高電平，所以我們將其配置為上拉輸入模式。

????????那為什么沒有配置為下拉輸入模式呢？那是因為下拉模式，引腳默認為低電平，這相當于按鍵被按下的狀態。這樣的話，程序將無法檢測按鍵是否被按下，因為無論按鍵是否被按下，引腳電平都為低電平了。當然，配置成浮空輸入模式當然也是可以的。

????????還有一點大家是否發現，上面代碼中，沒有配置引腳的速度，那是因為引腳處于輸入模式時，并不需要配置引腳速度。引腳速度僅是指單片機向引腳刷新電平的頻率，所以只有在引腳處于輸出模式時才有效。

3. main.c文件源碼

????????主程序里編寫了無鎖存和有鎖存兩種按鍵控燈的方法，如代碼清單3所示，大家測試的時候請保留一種方式的代碼，注釋掉另一種，來體會這兩種方式的差異。

/********************************************************* 代碼清單3：main.c* 項    目：按鍵控制LED* 任務描述：按一次KEY1，變一次LED* 實驗平臺：OneNET STM32開發板V3.2* 作    者：老耿* 日    期：yyyy/mm/dd******************************************************
**///-----------------------------------------------------
// 必要的頭文件
//-----------------------------------------------------
#include "delay.h"
#include "led.h"
#include "key.h"//-----------------------------------------------------
// 主函數
//-----------------------------------------------------
int main()
{delay_init();	//延時初始化Led_Init();		//LED初始化Key_Init();		//按鍵初始化while(1)    //以下兩種方式保留一種，注釋掉另一種{/*-------------- 無鎖存方式 -------------*/
//      if(!READ_KEY1)  //按住紅燈亮
//          RED_ON;
//      else
//          RED_OFF;    //松開紅燈滅/*-------------- 有鎖存方式 -------------*/if(!READ_KEY1)      //按下KEY1{delay_ms(10);   //延時消抖if(!READ_KEY1)  //確認按下{while(!READ_KEY1);  //等待松開RED_TOG;    //紅燈變化}}}
}

2.5 驗證與測試

????????我們對兩種方式分別下載和測試后，大家應該可以發現，無鎖存方式下需要按住不放，LED才亮著，一旦松開，LED就滅了。而有鎖存的方式下，需要完成按下和松開這一組動作（即單擊）才能改變LED的狀態，實現這個效果的就是代碼清單3中的第36行，當按鍵被按下時，while的條件將永遠成立，這樣將導致程序一直停留在此處，只有按鍵松開時，后續代碼才可以得到執行，也就達到了通過按鍵鎖存程序狀態的目的。

????????此外，在有鎖存方式中，當按鍵被按下后，并不是馬上進行后續動作，而是延時了10ms，再次判斷按鍵是否被按下，這樣就避免了按鍵因電平抖動造成被誤判的可能。大家也可以嘗試去掉消抖這條語句，看每次按鍵按下的操作是否都能有效。

（第一部分完，共兩部分）