大家好，我是老耿，高职青椒一枚，一直从事单片机、嵌入式、物联网等课程的教学。对于高职的学生层次，同行应该都懂的，老师在课堂上教学几乎是没什么成就感的。正因如此，才有了借助 CSDN 平台寻求认同感和成就感的想法。在这里，我准备陆续把自己花了很多心思的教学设计分享出来，主要面向广大师生朋友，单片机老鸟就略过吧。欢迎点赞+关注，各位的支持是本人持续输出的动力，多谢多谢！
前面，我们介绍了STM32的IO口作为输出的使用，这一章，我们将向大家介绍如何使用IO口作为输入。在本章中，我们将利用开发板上的按键来控制LED的亮灭。通过本章的学习，我们将明白按键的电路原理，了解按键消抖是怎么回事，巩固GPIO的初始化配置，学习GPIO端口输入函数等知识。
【学习目标】
- 了解按键防抖、锁存的方法
- 巩固GPIO初始化的过程，独立完成代码编写
- 理解按键单击、双击、长按的程序算法
按键是初学嵌入式的第一类输入器件，入门不难，但是一旦按法多样化（单击/双击/长按），或是结合其他被控器件，就需要用上中断、定时器、状态机等知识，难度也就上来了。本章还是基于GPIO输入电平的传统方法来按键，计划分两个部分，本文是第一部分。
一、认识按键开关
1.1 按键开关的形态和结构
按键开关主要是指轻触式按键开关，广泛用于各种电器和电子消费品中，有各种各样不同的形态，如图1所示，用圈标注的是我们开发板使用的类型。不管何种形态，它都是一种电子开关，使用时以满足操作力的条件向开关操作方向施压，开关可以闭合接通，当撤销压力时开关即断开，其内部结构是靠金属弹片受力变化来实现通断的。
如图2所示，我们的开发板上一共有4个按键开关，用KEYx来表示。这种开关虽然有四个引脚，但我们来看图3，内部①脚和②脚是常闭的，③脚和④脚也是常闭的，这样其实相当于只有两个引脚了。
1.2 按键的抖动和消抖
按键机械触点断开或闭合时，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，使用按键时会产生带波纹信号，如图4所示，所以需要对波纹信号进行消抖处理，否则可能会引起误判。
显然上图中的纹波是我们不希望的，因此就需要想办法消抖。消抖的办法有两种：硬件消抖和软件消抖，硬件消抖是在按键两端并联一个0.1uF的电容，利用电容充放电的延时，消除波纹。硬件消抖很少采用，更普遍的做法是通过软件消抖，通过延时10~20ms的方式避开抖动，也可以采用连续多次检测电平的方式避开抖动。
二、按键控制LED编程实践
2.1 任务描述
本实验的任务是用一个按键实现对一个LED的控制，每按一次，LED的状态就改变一次。在控制方式上，使用了无锁存和有锁存两种方法，分别实现了按下有效和松开有效。
2.2 硬件电路
图5是开发板上四个按键与STM32连接的电路原理图，连接方式都是一样的，这里就以SW1（KEY1）为例进行介绍。当SW1按下时，KEY1端（PC13）与GND接通，为低电平；当SW1松开时，KEY1端电平被上拉电阻R48拉高。这样，我们通过检测PC13的输入电平就知道KEY1是按下还是松开了。同理，KEY2、KEY3、KEY4的状态需要分别检测PC11、PC12、PD2的输入电平。
2.3 工程文件清单
本实验的工程文件清单如图6所示，在HARDWARE目录中添加了一对按键的驱动文件 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 工程代码剖析
1. key.h文件源码
头文件里依然是与IO有关的宏和函数声明，如代码清单1所示。
//-------------------------------------------------------
// 代码清单1：key.h
//-------------------------------------------------------#ifndef _KEY_H_
#define _KEY_H_#include "stm32f10x.h"//-------------------------------------------------------
// 必要的宏定义
//-------------------------------------------------------
#define KEY1_PIN GPIO_Pin_13
#define KEY2_PIN GPIO_Pin_11
#define KEY3_PIN GPIO_Pin_12
#define KEY4_PIN GPIO_Pin_2//-------------------------------------------------------
// 库函数操作宏定义
//-------------------------------------------------------
#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)//--------------------------------------------------------
// 函数声明
//--------------------------------------------------------
void Key_Init(void); //按键初始化函数#endif这里，我们用 GPIO_ReadInputDataBit() 这个库函数来读取一个IO口的电平，函数名虽然长了点，但确实见名就能知意。它有两个参数：GPIOx和GPIO_Pin_x，返回值就是读到的电平（1或0），确实也很直观。
2. key.c文件源码
该文件里就一个函数 Key_Init()，用来初始化按键的IO口，如代码清单2所示。
/************************************************************************** 代码清单2：key.c* 描 述：按键的初始化、驱动* 平 台：麒麟座V3.2* 作 者：老耿* 日 期：yyyy-mm-dd* 固 件 库：ST3.5.0* 版 本：V1.0* 修改记录：无************************************************************************
*///必要的头文件
#include "key.h"
#include "delay.h"/*************************************************************************** 函 数 名：Key_Init* 功 能：按键端口初始化* 入口参数：无* 出口参数：无* 说 明：将按键端口设置成输入模式************************************************************************
**/
void Key_Init(void)
{//定义一个GPIO初始化对象（结构体）GPIO_InitTypeDef gpio_initstruct;//打开必要的外设时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE);//填充初始化结构体，上拉输入模式，并执行生效gpio_initstruct.GPIO_Pin = KEY1_PIN | KEY2_PIN | KEY3_PIN;gpio_initstruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;//输入模式不用配置Speed参数//gpio_initstruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOC, &gpio_initstruct);//KEY4与KEY1/2/3不是一组端口，单独再初始化gpio_initstruct.GPIO_Pin = KEY4_PIN;GPIO_Init(GPIOD, &gpio_initstruct);
}
虽然本实验只使用到了KEY1，但在代码中，我们将KEY2、KEY3、KEY4的IO口也一并进行了初始化。需要注意的是，GPIO要配置为输入模式。由于按键松开时对应的引脚为高电平，所以我们将其配置为上拉输入模式。
那为什么没有配置为下拉输入模式呢？那是因为下拉模式，引脚默认为低电平，这相当于按键被按下的状态。这样的话，程序将无法检测按键是否被按下，因为无论按键是否被按下，引脚电平都为低电平了。当然，配置成浮空输入模式当然也是可以的。
还有一点大家是否发现，上面代码中，没有配置引脚的速度，那是因为引脚处于输入模式时，并不需要配置引脚速度。引脚速度仅是指单片机向引脚刷新电平的频率，所以只有在引脚处于输出模式时才有效。
3. main.c文件源码
主程序里编写了无锁存和有锁存两种按键控灯的方法，如代码清单3所示，大家测试的时候请保留一种方式的代码，注释掉另一种，来体会这两种方式的差异。
/********************************************************* 代码清单3：main.c* 项 目：按键控制LED* 任务描述：按一次KEY1，变一次LED* 实验平台：OneNET STM32开发板V3.2* 作 者：老耿* 日 期：yyyy/mm/dd******************************************************
**///-----------------------------------------------------
// 必要的头文件
//-----------------------------------------------------
#include "delay.h"
#include "led.h"
#include "key.h"//-----------------------------------------------------
// 主函数
//-----------------------------------------------------
int main()
{delay_init(); //延时初始化Led_Init(); //LED初始化Key_Init(); //按键初始化while(1) //以下两种方式保留一种，注释掉另一种{/*-------------- 无锁存方式 -------------*/
// if(!READ_KEY1) //按住红灯亮
// RED_ON;
// else
// RED_OFF; //松开红灯灭/*-------------- 有锁存方式 -------------*/if(!READ_KEY1) //按下KEY1{delay_ms(10); //延时消抖if(!READ_KEY1) //确认按下{while(!READ_KEY1); //等待松开RED_TOG; //红灯变化}}}
}
2.5 验证与测试
我们对两种方式分别下载和测试后，大家应该可以发现，无锁存方式下需要按住不放，LED才亮着，一旦松开，LED就灭了。而有锁存的方式下，需要完成按下和松开这一组动作（即单击）才能改变LED的状态，实现这个效果的就是代码清单3中的第36行，当按键被按下时，while的条件将永远成立，这样将导致程序一直停留在此处，只有按键松开时，后续代码才可以得到执行，也就达到了通过按键锁存程序状态的目的。
此外，在有锁存方式中，当按键被按下后，并不是马上进行后续动作，而是延时了10ms，再次判断按键是否被按下，这样就避免了按键因电平抖动造成被误判的可能。大家也可以尝试去掉消抖这条语句，看每次按键按下的操作是否都能有效。
（第一部分完，共两部分）
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