2019年06月28日 | 再造STM32---第十部分：GPIO输入—按键检测

       本章参考资料：《STM32F4xx 参考手册》、库帮助文档《stm32f4xx_dsp_stdperiph_lib_um.chm》。

       按键检测使用到 GPIO 外设的基本输入功能，本章中不再赘述 GPIO 外设的概念，如您忘记了，可重读前面“GPIO 框图剖析”小节， STM32 标准库中 GPIO 初始化结构体GPIO_TypeDef 的定义与“定义引脚模式的枚举类型”小节中讲解的相同。

10.1 硬件设计：

       按键机械触点断开、闭合时，由于触点的弹性作用，按键开关不会马上稳定接通或一下子断开，使用按键时会产生图 10-1 中的带波纹信号，需要用软件消抖处理滤波，不方便输入检测。本实验板连接的按键带硬件消抖功能，见图 10-2，它利用电容充放电的延时，消除了波纹，从而简化软件的处理，软件只需要直接检测引脚的电平即可。

       从按键的原理图可知，这些按键在没有被按下的时候， GPIO 引脚的输入状态为低电平(按键所在的电路不通，引脚接地)，当按键按下时， GPIO 引脚的输入状态为高电平(按键所在的电路导通，引脚接到电源)。只要我们检测引脚的输入电平，即可判断按键是否被按下。

       若您使用的实验板按键的连接方式或引脚不一样，只需根据我们的工程修改引脚即可，程序的控制原理相同。

10.2 软件设计：

       同 LED 的工程，为了使工程更加有条理，我们把按键相关的代码独立分开存储，方便以后移植。在“工程模板”之上新建“bsp_key.c”及“bsp_key.h”文件，这些文件也可根据您的喜好命名，这些文件不属于 STM32 标准库的内容，是由我们自己根据应用需要编写的。

10.2.1 编程要点：

1. 使能 GPIO 端口时钟；

2. 初始化 GPIO 目标引脚为输入模式(引脚默认电平受按键电路影响，浮空/上拉/下拉均没有区别)；

3. 编写简单测试程序，检测按键的状态，实现按键控制 LED 灯。

10.2.2 代码分析：

1. 按键引脚宏定义：

       同样，在编写按键驱动时，也要考虑更改硬件环境的情况。我们把按键检测引脚相关的宏定义到 “bsp_key.h”文件中，见代码清单 10-1。

代码清单 10-1 按键检测引脚相关的宏

//引脚定义

/*******************************************************/

#define KEY1_PIN GPIO_Pin_0

#define KEY1_GPIO_PORT GPIOA

#define KEY1_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOA

#define KEY2_PIN GPIO_Pin_13

#define KEY2_GPIO_PORT GPIOC

#define KEY2_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOC

/*******************************************************/

       以上代码根据按键的硬件连接， 把检测按键输入的 GPIO 端口、 GPIO 引脚号以及

GPIO 端口时钟封装起来了。

2. 按键 GPIO 初始化函数：

       利用上面的宏，编写按键的初始化函数，见代码清单 10-2。

代码清单 10-2 按键 GPIO 初始化函数

/**

* @brief 配置按键用到的 I/O 口

* @param 无

* @retval 无

*/

void Key_GPIO_Config(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

/*开启按键 GPIO 口的时钟*/

RCC_AHB1PeriphClockCmd(KEY1_GPIO_CLK|KEY2_GPIO_CLK,ENABLE);

/*选择按键的引脚*/

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = KEY1_PIN;

/*设置引脚为输入模式*/

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;

/*设置引脚不上拉也不下拉*/

GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;

/*使用上面的结构体初始化按键*/

GPIO_Init(KEY2_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

/*选择按键的引脚*/

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = KEY2_PIN;

/*使用上面的结构体初始化按键*/

GPIO_Init(KEY2_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

}

同为 GPIO 的初始化函数，初始化的流程与“LED GPIO 初始化函数”章节中的类似，主要区别是引脚的模式。函数执行流程如下：

       (1) 使用 GPIO_InitTypeDef 定义 GPIO 初始化结构体变量，以便下面用于存储 GPIO 配置。

       (2) 调用库函数 RCC_AHB1PeriphClockCmd 来使能按键的 GPIO 端口时钟，调用时我们使用“|”操作同时配置两个按键的时钟。

       (3) 向 GPIO 初始化结构体赋值，把引脚初始化成浮空输入模式，其中的 GPIO_Pin 使用宏“KEYx_PIN”来赋值，使函数的实现方便移植。 由于引脚的默认电平受按键电路影响，所以设置成“浮空/上拉/下拉”模式均没有区别。

       (4) 使用以上初始化结构体的配置，调用 GPIO_Init 函数向寄存器写入参数，完成 GPIO 的初始化，这里的 GPIO 端口使用“KEYx_GPIO_PORT”宏来赋值，也是为了程序移植方便。

       (5) 使用同样的初始化结构体，只修改控制的引脚和端口，初始化其它按键检测时使用的GPIO 引脚。

3. 检测按键的状态：

       初始化按键后，就可以通过检测对应引脚的电平来判断按键状态了，见代码清单 10-3。

代码清单 10-3 检测按键的状态

/** 按键按下标置宏

* 按键按下为高电平，设置 KEY_ON=1， KEY_OFF=0

* 若按键按下为低电平，把宏设置成 KEY_ON=0 ， KEY_OFF=1 即可

*/

#define KEY_ON 1

#define KEY_OFF 0

/**

* @brief 检测是否有按键按下

* @param GPIOx:具体的端口, x 可以是（A...K）

* @param GPIO_PIN:具体的端口位， 可以是 GPIO_PIN_x（x 可以是 0...15）

* @retval 按键的状态

* @arg KEY_ON:按键按下

* @arg KEY_OFF:按键没按下

*/

uint8_t Key_Scan(GPIO_TypeDef* GPIOx,uint16_t GPIO_Pin)

{

/*检测是否有按键按下 */

if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOx,GPIO_Pin) == KEY_ON ) {

/*等待按键释放 */

while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOx,GPIO_Pin) == KEY_ON);

return KEY_ON;

} else

return KEY_OFF;

}

       在这里我们定义了一个 Key_Scan 函数用于扫描按键状态。 GPIO 引脚的输入电平可通过读取 IDR 寄存器对应的数据位来感知，而 STM32 标准库提供了库函数GPIO_ReadInputDataBit 来获取位状态，该函数输入 GPIO 端口及引脚号，函数返回该引脚的电平状态，高电平返回 1，低电平返回 0。 Key_Scan 函数中以 GPIO_ReadInputDataBit 的返回值与自定义的宏“KEY_ON”对比，若检测到按键按下，则使用 while 循环持续检测按键状态，直到按键释放，按键释放后 Key_Scan 函数返回一个“KEY_ON”值；若没有检测到按键按下，则函数直接返回“KEY_OFF”。若按键的硬件没有做消抖处理，需要在这个 Key_Scan 函数中做软件滤波，防止波纹抖动引起误触发。

4. 主函数：

       接下来我们使用主函数编写按键检测流程，见代码清单 10-4。

代码清单 10-4 按键检测主函数

/**

* @brief 主函数

* @param 无

* @retval 无

*/

int main(void)

{

/* LED 端口初始化 */

LED_GPIO_Config();

/*初始化按键*/

Key_GPIO_Config();

/* 轮询按键状态，若按键按下则反转 LED */

while (1) {

if ( Key_Scan(KEY1_GPIO_PORT,KEY1_PIN) == KEY_ON ) {

/*LED1 反转*/

LED1_TOGGLE;

}

if ( Key_Scan(KEY2_GPIO_PORT,KEY2_PIN) == KEY_ON ) {

/*LED2 反转*/

LED2_TOGGLE;

}

}

}

       代码中初始化 LED 灯及按键后，在 while 函数里不断调用 Key_Scan 函数，并判断其返回值，若返回值表示按键按下，则反转 LED 灯的状态。

10.2.3 下载验证：

       把编译好的程序下载到开发板并复位，按下按键可以控制 LED 灯亮、灭状态。