STM32F4 | 按键输入实验

news2024/12/27 2:31:20

文章目录

    • 一、STM32F4 IO 口简介
    • 二、硬件设计
    • 三、软件设计
    • 四、实验现象
    • 五、STM32CubeMX 配置 IO 口输出

  这一章，我们将通过 ALIENTEK阿波罗 STM32 开发板上载有的 4 个按钮（ KEY_UP、 KEY0、 KEY1 和 KEY2），来控制板上的 2 个 LED（ DS0 和 DS1），其中 KEY_UP 控制 DS0， DS1 互斥点亮； KEY2 控制 DS0，按一次亮，再按一次灭； KEY1 控制 DS1，效果同 KEY2； KEY0 则同时控制 DS0 和 DS1，按一次，他们的状态就翻转一次。

一、STM32F4 IO 口简介

  这部分内容可参考STM32F4 | GPIO工作原理和配置。STM32F4 的 IO 口做输入使用的时候，是通过调用函数 HAL_GPIO_ReadPin ()来读取 IO 口的状态的。

二、硬件设计

  本实验用到的硬件资源有：

  • 指示灯 DS0、DS1。
  • 4 个按键：KEY0、KEY1、KEY2、和 KEY_UP。

在阿波罗 STM32 开发板上的按键 KEY0 连接在 PH3 上、KEY1 连接在 PH2 上、KEY2 连接在 PC13 上、KEY_UP 连接在 PA0上。如图所示：
在这里插入图片描述
这里需要注意的是：KEY0、KEY1 和 KEY2 是低电平有效的（按下是低电平），而 KEY_UP 是高电平有效的（按下是高电平），并且外部都没有上下拉电阻，所以，需要在 STM32F429 内部设置上下拉。输入模式配置如下：

  • PH3：上拉输入
  • PH2：上拉输入
  • PC13：上拉输入
  • PA0：下拉输入

三、软件设计

  我们直接复制上一个实验的工程模板，将复制过来的模板文件夹重新命名为“2-按键实验”。在HARDWARE->LED 文件夹下面新建key.c 文件以及头文件 key.h。
  打开key.c文件，代码如下：

#include "key.h"
#include "delay.h"

/*
函数名称：KEY_Init
函数功能：初始化按键输入实验所用到的IO口
输	  入：无
输     出：无
*/
void KEY_Init(void)
{
	//定义结构体变量
	GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
	
	//使能按键对应IO口的时钟
	__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
	__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
	__HAL_RCC_GPIOH_CLK_ENABLE();
	
	//初始化IO口;H2和H3是上拉输入，C13是上拉输入；A0是下拉输入
	//初始化GPIOA
	GPIO_Initure.Pin = GPIO_PIN_0;	//PA0
	GPIO_Initure.Mode = GPIO_MODE_INPUT; //输入
	GPIO_Initure.Pull = GPIO_PULLDOWN;	//下拉
	GPIO_Initure.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;	//高速
	HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure);
	
	//初始化GPIOC
	GPIO_Initure.Pin = GPIO_PIN_13;	//PC13
	GPIO_Initure.Mode = GPIO_MODE_INPUT; //输入
	GPIO_Initure.Pull = GPIO_PULLUP;	//上拉
	GPIO_Initure.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;	//高速
	HAL_GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_Initure);
	
	//初始化GPIOH
	//由于GPIOH与GPIOC的Mode、Pull、Speed配置一样，因此可以省略
	GPIO_Initure.Pin = GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3;	//PH2,PH3
	HAL_GPIO_Init(GPIOH,&GPIO_Initure);
	
}

/*
函数名称：KEY_Scan
函数功能：按键处理函数
输   入：mode：0，表示不支持连续按；mode：1，表示支持连续按
输   出：0，表示没有任何按键按下；...
注意：此函数有响应优先级，KEY0>KEY1>KEY2>KEY_UP
*/
u8 KEY_Scan(u8 mode)
{
	static u8 key_up = 1;	//按键松开标志
	if (mode==1)	key_up=1;	//支持连按
	
	if (key_up && (KEY0==0 || KEY1==0 || KEY2==0 || KEY_UP==1))
	{
		delay_ms(10); //延时
		key_up=0; //标记这次key已经按下
		
		if (KEY0==0)		return KEY0_PRES;
		else if (KEY1==0)	return KEY1_PRES;
		else if (KEY2==0)	return KEY2_PRES;
		else if (KEY_UP==1) return KEYUP_PRES;
	}
	//KEY键没有按下
	else if (KEY0==1 || KEY1==1 || KEY2==1 || KEY_UP==0)
	{
		key_up=1;
	}
	return 0;	//无按键按下
}

  KEY_Scan 函数，则是用来扫描这 4 个 IO 口是否有按键按下。KEY_Scan 函数，支持两种扫描方式，通过 mode 参数来设置。

  • 当 mode 为 0 的时候，KEY_Scan 函数将不支持连续按，扫描某个按键，该按键按下之后必须要松开，才能第二次触发，否则不会再响应这个按键，这样的好处就是可以防止按一次多次触发，而坏处就是在需要长按的时候比较不合适。
  • 当 mode 为 1 的时候，KEY_Scan 函数将支持连续按，如果某个按键一直按下，则会一直返回这个按键的键值，这样可以方便的实现长按检测。

  其头文件key.h为：

#ifndef _KEY_H
#define _KEY_H

#include "sys.h"

//STM32F4的IO口做输入使用的时候，是通过调用函数HAL_GPIO_ReadPin ()来读取 IO口的状态的
#define KEY0 HAL_GPIO_ReadPin(GPIOH,GPIO_PIN_3) //KEY0 按键 PH3
#define KEY1 HAL_GPIO_ReadPin(GPIOH,GPIO_PIN_2) //KEY1 按键 PH2
#define KEY2 HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC,GPIO_PIN_13) //KEY2 按键 PC13
#define KEY_UP HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0) //WKUP 按键 PA0

//宏定义独立按键按下的值
#define KEY0_PRES 1
#define KEY1_PRES 2
#define KEY2_PRES 3
#define KEYUP_PRES 4

//声明函数
void KEY_Init(void);
u8 KEY_Scan(u8 mode);

#endif

  打开主函数main.c，代码如下：

/*
实验2：按键输入实验
实验现象：`KEY_UP` 控制 `DS0`，`DS1` 互斥点亮；`KEY2` 控制 `DS0`，按一次亮，再按一次灭；`KEY1` 控制 `DS1`，效果同 `KEY2`；`KEY0` 则同时控制 `DS0` 和 `DS1`，按一次，他们的状态就翻转一次。
*/
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "key.h"


int main(void)
{
	u8 key;
	HAL_Init(); //初始化HAL库
	Stm32_Clock_Init(360,25,2,8); //设置时钟180MHz
	delay_init(180);	//初始化延时函数
	uart_init(115200);	//初始化USART
	LED_Init();		//初始化LED
	KEY_Init();		//初始化按键
	
	while (1)
	{
		key = KEY_Scan(0);	//单次按键扫描
		
		switch (key)
		{
			case KEYUP_PRES: //控制 LED0,LED1 互斥点亮
				LED1=!LED1;
				LED0=!LED0;
				break;
			case KEY2_PRES:	//控制 LED0 翻转
				LED0=!LED0;
				break;
			case KEY1_PRES:	//控制 LED1 翻转
				LED1=!LED1;
				break;
			case KEY0_PRES:	//同时控制 LED0,LED1 翻转
				LED1=!LED1;
				LED0=!LED0;
				break;
		}
		delay_ms(10);
	}

}

四、实验现象

  使用 USB 线将开发板和电脑连接成功后（电脑能识别开发板上 CH340 串口），把编译后产生的.hex 文件烧入到芯片内。
在这里插入图片描述

实验现象：KEY_UP 控制 DS0，DS1 互斥点亮；KEY2 控制 DS0，按一次亮，再按一次灭；KEY1 控制 DS1，效果同 KEY2；KEY0 则同时控制 DS0 和 DS1，按一次，他们的状态就翻转一次。

  • 按下KEY1
    在这里插入图片描述

  • 按下KEY2
    在这里插入图片描述

  • 按下KEY0
    在这里插入图片描述

  • 按下KEY_UP
    在这里插入图片描述

五、STM32CubeMX 配置 IO 口输出

  阿波罗开发板上有 4 个按键，分别连接四个 IO 口 PA0，PC13，PH2和 PH3。其中 WK_UP 按键按下后对应的 PA0 输入为高电平，所以默认情况下，该 IO 口（PA0）要初始化为下拉输入，其他 IO 口初始化为上拉输入即可。
  使用 STM32CubeMX 打开光盘工程模板（双击工程目录的 Template.ioc），我们首先在 IO 口引脚图上，依次设置四个 IO 口为输入模式 GPIO_Input。这里我们以 PA0 为例，操作方法如下图所示：
在这里插入图片描述
同样的方法，我们依次配置 PC13 ， PH2 和 PH3 为输入模式。然后我们进入Configuration->GPIO 配置界面，配置四个 IO 口详细参数。在配置界面点击 PA0 可以发现，当我们在前面设置 IO 口为输入 GPIO_Input 之后，其配置参数只剩下模式 GPIO Mode 和上下拉GPIO Pull-up/Pull-down，并且模式值中只有输入模式 Input Mode 可选。这里，我们配置 PA0 为下拉输入，其他三个 IO 口配置为上拉输入即可。配置方法如下图所示：
在这里插入图片描述
配置完成 IO 口参数之后，接下来我们同样生成工程。打开生成的工程会发现，main.c 文件中添加了函数 MX_GPIO_Init 函数，内容如下：

/** Configure pins as 
        * Analog 
        * Input 
        * Output
        * EVENT_OUT
        * EXTI
*/
void MX_GPIO_Init(void)
{

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

  /* GPIO Ports Clock Enable */
  __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOH_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

  /*Configure GPIO pin : PC13 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
  HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

  /*Configure GPIO pin : PA0 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

  /*Configure GPIO pins : PH2 PH3 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
  HAL_GPIO_Init(GPIOH, &GPIO_InitStruct);

}

该函数实现的功能和按键输入实验中 KEY_Init 函数实现的功能一模一样。将该函数内容替换按键输入实验中的 KEY_Init 函数内容，替换后会发现实现现象完全一致

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