13. GPIO输入

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13. GPIO输入

2024-07-08 01:09| 来源: 网络整理| 查看: 265

13. GPIO输入—按键检测¶

本章参考资料:《STM32F10X-中文参考手册》、库帮助文档《stm32f10x_stdperiph_lib_um》。

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“使用寄存器点亮LED灯—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“自己写库—构建库函数雏形的定义引脚模式的枚举类型”小节中讲解的相同。

13.1. 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 按键抖动说明图 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 按键原理图_ ,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。

V1

V2

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。

13.2. 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。

13.2.1. 编程要点¶

使能GPIO端口时钟;

初始化GPIO目标引脚为输入模式(浮空输入);

编写简单测试程序,检测按键的状态,实现按键控制LED灯。

13.2.2. 代码分析¶ 13.2.2.1. 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:GPIO输入-1。

代码清单:GPIO输入-1 按键检测引脚相关的宏¶ 1 2 3 4 5 6 7 8// 引脚定义 #define KEY1_GPIO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOA #define KEY1_GPIO_PORT GPIOA #define KEY1_GPIO_PIN GPIO_Pin_0 #define KEY2_GPIO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOC #define KEY2_GPIO_PORT GPIOC #define KEY2_GPIO_PIN GPIO_Pin_13

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。

13.2.2.2. 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:GPIO输入-2。

代码清单:GPIO输入-2 按键GPIO初始化函数¶ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21void Key_GPIO_Config(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; /*开启按键端口的时钟*/ RCC_APB2PeriphClockCmd(KEY1_GPIO_CLK|KEY2_GPIO_CLK,ENABLE); //选择按键的引脚 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = KEY1_GPIO_PIN; // 设置按键的引脚为浮空输入 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //使用结构体初始化按键 GPIO_Init(KEY1_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure); //选择按键的引脚 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = KEY2_GPIO_PIN; //设置按键的引脚为浮空输入 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //使用结构体初始化按键 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:

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。

调用库函数RCC_APB2PeriphClockCmd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。

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_GPIO_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,所以设置成浮空输入。

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。

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。

13.2.2.3. 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:GPIO输入-3。

代码清单:GPIO输入-3 检测按键的状态¶ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25/** 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...G) * @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。

13.2.2.4. 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:GPIO输入-4。

代码清单:GPIO输入-4 按键检测主函数¶ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26/** * @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。

13.2.3. 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。



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