定时器搭配GPIO做定时扫描按键 -- STM32

STM32学习

- 定时器（TIM）
- - 定时器工作原理
  - 定时器相关参数
  - 相关函数和配置参数
- 通用输入/输出（GPIO）
- - GPIO原理
  - GPIO相关函数
- 实现定时扫描按键
- 总结

在STM32F103系列的单片机应用中，定时器（TIM）和通用输入/输出（GPIO）是常用的模块之一。这两个模块结合起来，可以实现非常多的实际应用，其中，定时器可以用来实现定时扫描按键，而GPIO可以用来控制LED等设备。

本文将介绍，在STM32F103系列的单片机中如何通过定时器和GPIO模块，实现定时扫描按键功能。
本文将从定时器、GPIO原理入手，讲解使用到的函数以及配置参数，最后做总结。

定时器（TIM）

使用定时器，需要先了解定时器的原理及其相关参数。

定时器工作原理

定时器是一种计算时间的模块，可以用来触发一些事件、完成一些操作或者调度系统任务。定时器的核心部分为计数器和控制寄存器。

定时器开始计数后，计数值会每次增加1，当计数值达到设定的上限值时，会触发一个中断或者其他的事件。同时，可以通过调整定时器的各个参数来控制计数器的计数速率、计数上限以及触发中断的条件。
在这里插入图片描述

定时器相关参数

在使用定时器前，需要对其相关参数进行配置，常用的定时器参数包括：

周期（ARR）：定时器计数器的上限值，当计数器增加到该值时，会触发定时器的中断或其他操作。
预分频器（PSC）：用于降低计数器输入时钟的频率，从而达到降低定时器计数速率的目的。
计数模式（Counter Mode）：定时器可以分为向上计数模式和向下计数模式，可以根据具体需求进行配置。
输出比较通道（Output Compare Channel）：可以通过定时器的输出比较通道来产生PWM波形等复杂的定时信号。

相关函数和配置参数

常用的配置定时器的函数包括：

void TIM_DeInit(TIM_TypeDef* TIMx);         //TIMx 定时器的初始化

void TIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct);      //定时器基本配置

void TIM_Cmd(TIM_TypeDef* TIMx, FunctionalState NewState);       //开启或关闭定时器

void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t Compare1);      //设置定时器输出比较通道 1 的占空比

void TIM_ITConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_IT, FunctionalState NewState);      //允许或禁止定时器中断

void TIM_ClearFlag(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_FLAG);        //清除定时器的中断标志位

其中，TIM_TimeBaseInitTypeDef 结构体用于初始化定时器的基本配置参数，常用的配置参数包括：

//定时器基本配置结构体
typedef struct
{
  uint16_t TIM_Prescaler;           //定时器计数器的预分频值
  uint16_t TIM_CounterMode;         //定时器的计数模式（向上或向下）
  uint32_t TIM_Period;              //定时器计数器的上限值
  uint16_t TIM_ClockDivision;       //采样分频
  uint8_t TIM_RepetitionCounter;    //自动重载计数器值
} TIM_TimeBaseInitTypeDef;

在使用定时器时，需要对其进行初始化并配置相关参数。以下代码段为一个示例初始化函数：

void Timer_Init(void)
{
  TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
  TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = 7200;
  TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
  TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = 1000-1;
  TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
  TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStruct);
  TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

该函数使用的是 TIM3 定时器，采用向上计数模式。定时器预分频器值为7200，计数到1000后（即从0计数到999），会触发定时器中断。TIM_Cmd() 函数用于启用定时器。

推荐查看之前文章：https://blog.csdn.net/hongyun1221/article/details/130973099

通用输入/输出（GPIO）

通用输入/输出（GPIO）是单片机上最为基础，也是最常用的模块之一。GPIO模块包含多个引脚，每个引脚具有输入和输出两种模式，可以用来控制各种外设，例如LED、按键等。

GPIO原理

GPIO模块的输入输出控制是通过寄存器进行的，每个IO口都与一个寄存器相关联，我们可以通过修改该寄存器的值来控制IO口的状态，从而实现相应的输入/输出功能。常见的GPIO寄存器包括：GPIOx_CRL、GPIOx_CRH、GPIOx_ODR、GPIOx_IDR、GPIOx_BSRR、GPIOx_BRR、GPIOx_LCKR等。

GPIO相关函数

在STM32F103系列单片机中，使用GPIO模块时，常用的函数包括：

void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);           //初始化GPIO引脚

void GPIO_PinLockConfig(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);                   //GPIO引脚锁定

void GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal);      //设置或清除GPIO引脚的输出状态

uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);             //读取GPIO引脚的输入状态

其中，GPIO_InitTypeDef 结构体用于配置GPIO引脚的具体参数，常用的配置参数包括：

//GPIO 配置结构体
typedef struct
{
  uint16_t GPIO_Pin;            //需要初始化的GPIO引脚
  GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;   //GPIO引脚工作模式
  GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed; //GPIO引脚速度
  GPIOOType_TypeDef GPIO_OType; //GPIO引脚输出类型
  GPIOPuPd_TypeDef GPIO_PuPd;   //GPIO引脚上下拉模式
} GPIO_InitTypeDef;

使用GPIO模块，需要对相关引脚进行初始化并配置其相应的工作模式、输出类型、上下拉模式等参数。以下为一个示例初始化函数：

void GPIO_InitExample(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);    //使能GPIOB的时钟
  GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;                   //初始化GPIOB的0号引脚
  GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;               //输入上拉模式
  GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;           //50MHz速度
  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);                      //初始化GPIOB
}

该函数使用的是GPIOB模块的0号引脚，初始化为输入上拉模式。

实现定时扫描按键

下面我们结合以上的知识，来实现简单的定时扫描按键功能。该功能的基本实现思路为：

初始化GPIO引脚，设置为输入上拉模式
初始化TIM定时器，启用定时中断
在定时器中断处理函数中检测按键状态

为了便于演示，我们使用开发板上的资源做一个示例：定时器每20ms扫描一次按键，按键配置LED亮灭。

主程序代码

int main(void){
    LED_GPIO_Init();
    KEY_GPIO_Init();
    TIM_EXIT_Init(20000-1, 72-1);
    while(1){
        
    }
}

定时器头文件

#ifndef __TIMER_H
#define __TIMER_H
#include "stm32f10x.h"


#define TIM             TIM3
#define TIM_CLK         RCC_APB1Periph_TIM3
#define TIM_IRQ         TIM3_IRQn
#define TIM_IRQHandler  TIM3_IRQHandler


void TIM_EXIT_Init(uint16_t arr, uint16_t psc);


#endif /* __TIMER_H */

定时器源代码

#include "bsp_timer.h"

void TIM_NVIC_Init(void){
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = TIM_IRQ;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);


}


void TIM_EXIT_Init(uint16_t arr, uint16_t psc){
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
    TIM_NVIC_Init();
    RCC_APB1PeriphClockCmd(TIM_CLK, ENABLE);
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = psc;
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = arr;
    TIM_TimeBaseInit(TIM, &TIM_TimeBaseInitStruct);
    TIM_ITConfig(TIM, TIM_IT_Update, ENABLE);
    TIM_Cmd(TIM, ENABLE);
}

按键源文件

#ifndef __KEY_H
#define __KEY_H


#include "stm32f10x.h"
typedef enum {
    key_button = 0,
    key_release = 1
} KeyStatus;


#define KEY_GPIO_PORT   GPIOB
#define KEY_GPIO_CLK    RCC_APB2Periph_GPIOB
#define KEY_GPIO_PIN    GPIO_Pin_1


void KEY_GPIO_Init(void);
void KEY_GPIO_Scan(void);


#endif /* __KEY_H */