我在高职教STM32——GPIO入门之按键输入(2)

        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】

  1. 了解按键防抖、锁存的方法
  2. 巩固GPIO初始化的过程,独立完成代码编写
  3. 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,本文是第二部分。

三、按键的单击/双击/长按

        电子产品上的轻触按键,除了单击,双击和长按也是比较普遍的输入方式,这样可以在同一个按键上实现更多的控制效果,鼠标就是典型的例子。上一节的程序仅能检测单击这个动作,这一节,我们就来学习一下如何通过一定算法,把这三种动作都能检测出来。

3.1 编程要点

        我们来分析三种动作的按键IO口电平变化,如图7所示,看看各自有何特征。首先,无论何种动作,都是从按下这个动作开始的。接下来,就是要看按下的时长了,如果超过了长按标准(图中的S3,如2s),那么毫无疑问肯定是长按了,也就排除了单击和双击。因此,从逻辑上来看,判断出长按所需的条件是最少的。

        其次,如果按下的时长小于S3,也就是说没到长按标准就松开了,那么就只能是单击或双击其中一种可能。这时,看的就是松开的时长了,如果超过了两次单击间隔标准(图中的D1,如250ms),那么就不是双击了,只能是单击。反之,就是双击。所以,单击或双击的判断依据就变成了“按下时长小于S3 且 松开时长是否小于D1”这样的双重条件了。

        最后,还有一种可能,那就是无动作。当然,发生这种情况的条件是没有按下这个动作发生。这种情况其实是程序的初态,或者说是完成一次按键动作后应该回归的状态。至此,本程序的目的就是要通过一系列条件判断得到“单击/双击/长按/无动作”其中一种结果。

图7 单击/双击/长按对应的IO口电平变化

3.2 代码剖析

        本实验的硬件电路和工程文件清单跟上一个实验一样,但文件中的代码发生了较大变化,因此我们将上一个实验的工程文件另存一份再进行编写,这样不会混淆。需要说明的是,这里为了节省篇幅和排版需要,一些与之前重复的代码做了省略,阅读时请注意,完整的源码请阅读本实验配套的工程。

1. key.h文件源码

        如代码清单4所示,这个头文件了增加了很多跟按键动作有关的宏,其实就是把每个按键的每一种可能都起好名字,编好数字。当然,还有一个用来扫描按键动作的函数声明 Key_Scan(),其代码也是本实验的重点。

//-------------------------------------------------------
// 代码清单4:补充与完善后的key.h
//-------------------------------------------------------#ifndef  _KEY_H_
#define  _KEY_H_#include "stm32f10x.h"//-------------------------------------------------------
// 与按键状态和动作有关的宏定义
//-------------------------------------------------------
#define  KEY_DOWN		0
#define  KEY_UP			1#define  KEY1_DOWN		10
#define  KEY1_UP		11
#define  KEY1_DOUBLE	12
#define  KEY1_DOWNLONG	13#define  KEY2_DOWN		20
#define  KEY2_UP		21
#define  KEY2_DOUBLE	22
#define  KEY2_DOWNLONG	23#define  KEY3_DOWN		30
#define  KEY3_UP		31
#define  KEY3_DOUBLE	32
#define  KEY3_DOWNLONG	33#define  KEY4_DOWN		40
#define  KEY4_UP		41
#define  KEY4_DOUBLE	42
#define  KEY4_DOWNLONG	43#define  KEY_NONE		255#define  KEYDOWN_LONG_TIME	200		//长按标准,单位为10ms//-------------------------------------------------------
// 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
u8 Key_Scan(void);	    //按键扫描函数	#endif

2. key.c文件源码

        我们主要对该文件中的 Key_Scan() 函数源码进行剖析,如代码清单5所示,请大家结合上面的编程要点来阅读源码。

/**
************************************************************
* 代码清单5:在key.c中补充的按键扫描函数
* 函数名称:Key_Scan
* 函数功能:按键IO口扫描
* 入口参数:无
* 返回参数:单击/双击/长按/无动作对应编号
* 说    明:
************************************************************
*/
u8 Key_Scan(void)
{u8 downCount = 0, upCount = 0;	//按下和松开的计时变量,单位10msu8 clickDoubleFlag = 0;			//单/双击标志,0为单击,1为双击/*------------------- 以下是检测过程 ----------------------*/if(READ_KEY1 == KEY_DOWN){delay_ms(10);			    //10ms消抖if(READ_KEY1 == KEY_DOWN)	//确认按下,开始检测{while(READ_KEY1==KEY_DOWN && downCount<KEYDOWN_LONG_TIME){	//提前松开按键或按下超过规定时长都会退出循环downCount++;	//按下期间计数值累加delay_ms(10);	//累加1次的时长}if(downCount>=KEYDOWN_LONG_TIME)	//说明前面是长按导致的退出{while(READ_KEY1 == KEY_DOWN);	//等待按键松开return KEY1_DOWNLONG;		    //返回长按结果}else	//说明前面是短按导致的退出,则进行单/双击检测{for(upCount=0; upCount<25; upCount++){	//在松开期间检测是否有二次按下delay_ms(10);if(READ_KEY1 == KEY_DOWN)	//有二次按下{clickDoubleFlag = 1;		    //置双击标志while(READ_KEY1 == KEY_DOWN);	//等待按键松开return KEY1_DOUBLE;			    //返回双击结果}}if(clickDoubleFlag == 0)	//退出循环发现仍为单击标志return KEY1_DOWN;		//返回单击结果}}}/*---------------------- 扫描按键2/3/4的过程同上 ----------------------*/return KEY_NONE;	//无按下动作或扫描完成,返回无动作结果
}

        以上代码给出了扫描KEY1按键的过程,由于判断的条件较多且相互嵌套,理解起来是有一点难度的,大家阅读时可以借助Keil的代码收缩和展开的功能(如图8所示),先理清总体上的逻辑关系,再逐层展开仔细阅读,体会编程思路在代码层面上的实现。

图8 Keil中的代码收缩和展开

3. main.c文件源码

        主程序比较简单,如代码清单6所示,主循环中不断根据按键扫描函数的返回值来控制LED的亮灭。单击KEY1,改变红灯状态;双击KEY1,改变绿灯状态;长按KEY1,改变黄灯状态。

/********************************************************************************* 代码清单7:main.c* 应用:按键单击/双击/长按控制LED* 平台:麒麟座开发板V3.2* 作者:老耿* 日期:yyyy-mm-dd* 修改:无*******************************************************************************/  //必要的头文件
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "led.h"int main()
{delay_init();LED_Init();Key_Init();while(1){switch(Key_Scan()){case KEY1_DOWN:     RED_TOG();    break;case KEY1_DOUBLE:   GREEN_TOG();  break;case KEY1_DOWNLONG: YELLOW_TOG(); break;default: break;}}
}

四、再谈延时和消抖方法

        上面的两个实验我们都是用简单的延时实现了按键的消抖。对于这种很简单的演示程序,这样写没问题,但是在实际做项目开发时,程序量往往很大,各种状态值也很多,while(1)主循环要不停的扫描各种状态值是否发生变化,及时的进行任务调度。如果程序中加了这种delay延时操作,则很可能有一件事发生了,但程序还在进行delay延时操作中,而delay结束再去检查那件事的时候,已经晚了。

        为了避免这种情况的发生,要尽量缩短while(1)循环一次所用的时间,而需要进行长时间延时的操作,必须用其他办法来处理,比如通过IO口的外部中断机制或交给专门的定时器去扫描,这些内容我们将在后续的章节讲到。这里只是先给大家强调一种编程的意识,不光是用来消抖的延时,其它任务的延时亦是如此。

(第二部分完,本文结束)

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