普中STM32F103ZET6開發攻略（二）

接上文：普中STM32F103ZET6開發攻略（一）-CSDN博客

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接上文：普中STM32F103ZET6開發攻略（一）-CSDN博客

2.GPIO端口實驗_按鍵控制：

2.1 實驗目的：

2.2 實驗環境：

2.3 實驗原理

2.4 實驗思路

2.4.1 硬件電路

2.5 實驗代碼

2.5.1 LED頭、源

2.5.2 key頭、源

2.5.3 beep頭、源

2.6 實驗思考和拓展

2.6.1 如何改進按鍵消抖方法，使其更加可靠？

2.6.2 如何修改程序，實現不同按鍵組合的功能（如同時按下兩個按鍵）？

2.6.3 如何實現按鍵長按與短按的區分，并執行不同功能？

2.6.4 按鍵掃描可以用中斷方式替代輪詢方式嗎？兩種方式各有什么優缺點？

2.7 注意事項

2.GPIO端口實驗_按鍵控制：

2.1 實驗目的：

  1. 熟悉STM32F10x微控制器的GPIO口結構和基本操作

  2. 掌握STM32標準庫函數對GPIO輸入和輸出的配置方法

  3. 學會使用按鍵輸入控制LED和蜂鳴器的工作狀態

  4. 理解按鍵消抖原理并實現穩定的按鍵檢測

2.2 實驗環境：

  • 開發板：STM32F103ZET6

  • IDE：Keil MDK 5 /Visual Studio

  • 調試工具：CMSIS-DAP

  • 電路連接：

    • LED0 接 PB5 引腳

    • LED1 接 PE5 引腳

    • KEY0 接 PE4 引腳

    • KEY1 接 PE3 引腳

    • KEY2 接 PE2 引腳

    • WK_UP 接 PA0 引腳

2.3 實驗原理

1. 按鍵輸入原理

STM32的GPIO可配置為輸入模式，用于檢測外部按鍵狀態。按鍵輸入模式包括： (1) 上拉輸入：默認高電平，按下按鍵后為低電平 (2) 下拉輸入：默認低電平，按下按鍵后為高電平 本實驗中KEY0、KEY1、KEY2采用上拉輸入方式，KEY_UP采用下拉輸入方式。

模式分類具體模式核心特點典型應用
輸入模式浮空輸入（GPIO_Mode_IN_FLOATING）無內部上下拉，電平由外部決定外部信號采集（需外部上下拉）
上拉輸入（GPIO_Mode_IPU）內部上拉，默認高電平按鍵輸入（低電平有效）
下拉輸入（GPIO_Mode_IPD）內部下拉，默認低電平按鍵輸入（高電平有效）
模擬輸入（GPIO_Mode_AIN）連接 ADC，禁用數字輸入功能ADC 模數轉換
輸出模式開漏輸出（GPIO_Mode_Out_OD）需外部上拉，支持線與邏輯I2C 總線、電平轉換
推挽輸出（GPIO_Mode_Out_PP）直接輸出高低電平，驅動能力強LED 控制、普通數字信號
開漏復用功能（）（GPIO_Mode_AF_OD）外設驅動，需外部上拉SPI/I2C 外設輸出
推挽復用功能（GPIO_Mode_AF_PP）外設驅動，直接輸出高低電平USART/CAN 外設輸出

2. 按鍵消抖技術 機械按鍵在按下或釋放時會產生抖動，導致一次按鍵操作被多次檢測。消抖的常用方法有： (1) 延時消抖：檢測到按鍵狀態變化后，延時一段時間再次檢測確認 (2) 連續采樣消抖：連續多次采樣按鍵狀態，確認狀態穩定才視為有效

3. LED和蜂鳴器控制原理

本實驗板上的LED采用共陽極連接方式，GPIO輸出低電平時LED點亮；蜂鳴器則是GPIO輸出高電平時發聲。

2.4 實驗思路

2.4.1 硬件電路

本實驗使用STM32F10x開發板上的按鍵、LED燈和蜂鳴器進行測試。LED1連接到PB5，LED2連接到PE5，KEY_UP連接到PA0（下拉輸入），KEY0連接到PE4，KEY1連接到PE3，KEY2連接到PE2（上拉輸入），蜂鳴器連接到PB8，接線圖如下：

由上圖可知：KEY0、KEY1、KEY2采用上拉輸入方式，KEY_UP采用下拉輸入方式。

為了完成實驗目的：

我們需要在項目工程中，在實驗一的基礎上新建兩個“庫函數”：key.c+beep.c

由于實驗二的實驗目的與實驗一的不一樣所以Led頭、源文件需要重新寫。

2.5 實驗代碼

2.5.1 LED頭、源

led.h

#ifndef __LED_H
#define __LED_H
?
#include "stm32f10x.h"
?
#define LED0_GPIO_PORT GPIOB
#define LED0_GPIO_PIN  GPIO_Pin_5 //LED0
?
#define LED1_GPIO_PORT GPIOE
#define LED1_GPIO_PIN  GPIO_Pin_5 //LED1
?
void LED_Init(void);
void LED0_TOGGLE(void);
void LED1_ON(void);
void LED1_OFF(void);
?
#endif
?

led.c

#include "led.h"
?
void LED_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;// 開啟 GPIOB 和 GPIOE 的時鐘RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);
?//配置PB5（LED0）GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED0_GPIO_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(LED0_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
?//配置PE5（LED1）GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED1_GPIO_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(LED1_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
?//低電平輸出GPIO_ResetBits(LED0_GPIO_PORT, LED0_GPIO_PIN);GPIO_ResetBits(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN);
}
?
void LED0_TOGGLE(void)
{LED0_GPIO_PORT->ODR ^= LED0_GPIO_PIN;
}
?
void LED1_ON(void)
{GPIO_ResetBits(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN);
}
?
void LED1_OFF(void)
{GPIO_SetBits(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN);
}
?

2.5.2 key頭、源

key.h

#ifndef __KEY_H
#define __KEY_H
?
#include "stm32f10x.h"
?
// GPIO 輸入宏
#define PAin(n)  (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, (1 << (n))))
#define PEin(n)  (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE, (1 << (n))))
?
// 按鍵 GPIO 宏定義
#define KEY0_PIN ? ?  GPIO_Pin_4
#define KEY1_PIN ? ?  GPIO_Pin_3
#define KEY2_PIN ? ?  GPIO_Pin_2
#define KEY_UP_PIN ?  GPIO_Pin_0
?
#define KEY_PORT ? ?  GPIOE
#define KEY_UP_PORT ? GPIOA
?
#define KEY_UP ? ? ?  PAin(0)
#define KEY0 ? ? ? ?  PEin(4)
#define KEY1 ? ? ? ?  PEin(3)
#define KEY2 ? ? ? ?  PEin(2)
?
// 返回值宏定義
#define KEY_UP_PRESS  1
#define KEY0_PRESS ?  2
#define KEY1_PRESS ?  3
#define KEY2_PRESS ?  4
?
void KEY_Init(void);
u8 KEY_Scan(u8 mode);
?
#endif
?

key.c

#include "key.h"
#include "delay.h"
?
void KEY_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);
?// KEY_UP: 下拉輸入GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = KEY_UP_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;GPIO_Init(KEY_UP_PORT, &GPIO_InitStructure);
?// KEY0, KEY1, KEY2: 上拉輸入GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = KEY0_PIN | KEY1_PIN | KEY2_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;GPIO_Init(KEY_PORT, &GPIO_InitStructure);
}
?
u8 KEY_Scan(u8 mode)
{static u8 key_up = 1;
?if (mode) key_up = 1;
?if (key_up && (KEY_UP || !KEY0 || !KEY1 || !KEY2)){Delay_ms(10);  // 消抖key_up = 0;if (KEY_UP) ? return KEY_UP_PRESS;if (!KEY0) ?  return KEY0_PRESS;if (!KEY1) ?  return KEY1_PRESS;if (!KEY2) ?  return KEY2_PRESS;}else if (!KEY_UP && KEY0 && KEY1 && KEY2){key_up = 1;}
?return 0;
}
?

2.5.3 beep頭、源

bepp.h

#ifndef __BEEP_H
#define __BEEP_H
?
#include "stm32f10x.h"
?
#define BEEP_GPIO_PORT GPIOB
#define BEEP_GPIO_PIN  GPIO_Pin_8
?
void BEEP_Init(void);
void BEEP_ON(void);
void BEEP_OFF(void);
?
#endif
?

beep.c

#include "beep.h"
?
void BEEP_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
//初始化各項參數：GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = BEEP_GPIO_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(BEEP_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
?GPIO_ResetBits(BEEP_GPIO_PORT, BEEP_GPIO_PIN);  // 默認關閉蜂鳴器
}
?
void BEEP_OFF(void)
{GPIO_ResetBits(BEEP_GPIO_PORT, BEEP_GPIO_PIN);
}
?
void BEEP_ON(void)
{GPIO_SetBits(BEEP_GPIO_PORT, BEEP_GPIO_PIN);
}
?

實驗現象：

DS0指示燈會不斷閃爍（200ms翻轉一次）

按下KEY_UP鍵，DS1指示燈點亮

按下KEY2鍵，DS1指示燈熄滅

按下KEY1鍵，蜂鳴器發聲

按下KEY0鍵，蜂鳴器停止發聲

2.6 實驗思考和拓展

2.6.1 如何改進按鍵消抖方法，使其更加可靠？

傳統的延時消抖存在阻塞問題，可通過以下方式優化：

改進方案：

  1. 雙閾值檢測：同時設置按下閾值和釋放閾值（如按下 > 20ms，釋放 > 15ms）

  2. 狀態機設計：將按鍵狀態分為 "未按下 - 抖動 - 已按下 - 釋放抖動" 等狀態

  3. 定時器掃描：使用硬件定時器進行定時檢測，避免阻塞主程序

  4. 濾波算法：采用一階 RC 濾波或滑動平均濾波處理按鍵信號

2.6.2 如何修改程序，實現不同按鍵組合的功能（如同時按下兩個按鍵）？

實現思路：

  1. 定義組合鍵映射表：將按鍵組合與功能函數關聯

  2. 掃描所有按鍵狀態：記錄每個按鍵的獨立狀態

  3. 狀態比對：檢測是否符合預定義的組合模式

例如：
// 定義按鍵掩碼
#define KEY1_MASK (1 << 0)
#define KEY2_MASK (1 << 1)
#define KEY3_MASK (1 << 2)
?
// 組合鍵處理函數
void HandleKeyCombination(uint8_t key_mask) {switch(key_mask) {case KEY1_MASK: ? ? ? ? ?// 單按KEY1Function1(); break;case KEY2_MASK: ? ? ? ? ?// 單按KEY2Function2(); break;case KEY1_MASK|KEY2_MASK: // 同時按KEY1+KEY2Function3(); break;case KEY1_MASK|KEY3_MASK: // 同時按KEY1+KEY3Function4(); break;// 其他組合...}
}
?
// 主循環中調用
void MainLoop(void) {uint8_t key_mask = 0;if(IS_KEY1_PRESSED) key_mask |= KEY1_MASK;if(IS_KEY2_PRESSED) key_mask |= KEY2_MASK;if(IS_KEY3_PRESSED) key_mask |= KEY3_MASK;HandleKeyCombination(key_mask);
}
2.6.3 如何實現按鍵長按與短按的區分，并執行不同功能？

實現方案：

  1. 定時器計時：按下按鍵時啟動定時器，釋放時停止

  2. 時間閾值判斷：超過長按閾值（如 1 秒）為長按，否則為短按

  3. 狀態標志：使用標志位區分長按 / 短按回調

2.6.4 按鍵掃描可以用中斷方式替代輪詢方式嗎？兩種方式各有什么優缺點？

中斷方式：

  • 優點：實時響應、不占用 CPU 資源、適合低功耗設計

  • 缺點：需處理中斷優先級、可能受噪聲干擾、抖動處理復雜

  • 適用場景：需要立即響應的場合（如緊急停止按鍵）

輪詢方式：

  • 優點：實現簡單、可靠性高、可批量處理多個按鍵

  • 缺點：占用 CPU 資源、響應不及時（取決于掃描周期）

  • 適用場景：按鍵數量較多、對響應時間要求不高的場合

推薦方案：

  • 使用中斷檢測按鍵動作，進入中斷后啟動定時器消抖

  • 消抖完成后在定時器回調函數中處理按鍵事件

  • 既保證實時性，又避免抖動干擾

2.7 注意事項

(1) 按鍵檢測時需要注意輸入模式的選擇（上拉或下拉）和實際電平變化方向

(2) 按鍵消抖是保證按鍵檢測可靠性的關鍵

(3) 使用標準庫函數時，需要注意頭文件的包含和依賴關系

(4) GPIO操作前必須先使能對應的外設時鐘

(5) 避免在主循環中設置過長的延時，以免影響按鍵響應速度

文章有寫的不當的地方，歡迎在評論區中指正修改。如果感覺文章實用對你有幫助，歡迎點贊收藏和關注，你的點贊關注就是我動力，大家一起學習進步。

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