本章参考资料:《STM32F4xx 参考手册》、库帮助文档《stm32f4xx_dsp_stdperiph_lib_um.chm》。
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“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“定义引脚模式的枚举类型”小节中讲解的相同。
10.1 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 10-1 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 10-2,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。
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。
10.2 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。
10.2.1 编程要点:
1. 使能 GPIO 端口时钟;
2. 初始化 GPIO 目标引脚为输入模式(引脚默认电平受按键电路影响,浮空/上拉/下拉均没有区别);
3.
10.2.2 代码分析:
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 10-1。
代码清单 10-1 按键检测引脚相关的宏
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。
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 10-2。
代码清单 10-2 按键 GPIO 初始化函数
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:
(1) 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。
(2) 调用库函数 RCC_AHB1PeriphClockCmd 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。
(3) 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_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/上拉/下拉”模式均没有区别。
(4) 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。
(5) 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。
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 10-3。
代码清单 10-3 检测按键的状态
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。
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 10-4。
代码清单 10-4 按键检测主函数
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。
10.2.3 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。