「正点原子NANO STM32F103开发板资料连载」第八章 按键输入实验

1）实验平台：【正点原子】 NANO STM32F103 开发板
2）摘自《正点原子STM32 F1 开发指南(NANO 板-HAL 库版)》关注官方微信号公众号，获取更多资料：正点原子


第八章 按键输入实验
上两章，我们介绍了 STM32F1 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 STM32F1 的 IO 口作为输入用。在本章中，我们将利用板载的 4 个按键，来控制板载的两个 LED 的亮灭和蜂鸣器的开关。通过本章的学习，你将了解到 STM32F1 的 IO 口作为输入口的使用方法。本章分为如下几个小节：
8.1 STM32 IO 口简介
8.2 硬件设计
8.3 软件设计
8.4 仿真与下载
8.5 STM32CubeMX 配置 IO 口
8.1 STM32 IO 口简介
STM32F1 的 IO 口在上一章已经有了比较详细的介绍，这里我们不再多说。STM32F1 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。了解了这点，就可以开始我们的代码编写了。
这一章，我们将通过 ALIENTEK NANO 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）和蜂鸣器，其中 KEY_UP同时控制 DS0 和 DS1，按一次他们的状态就翻转一次；KEY2 控制蜂鸣器，按一次叫，再按一次停；KEY1 控制 DS1，按一次亮，再按一次灭；KEY0 控制 DS0，效果同 KEY1。
8.2 硬件设计
本实验用到的硬件资源有：
1） 指示灯 DS0、DS1
2） 蜂鸣器
3） 4 个按键：KEY0、KEY1、KEY2、和 KEY_UP。
DS0、DS1 以及蜂鸣器和 STM32 的连接在上两章都已经分别介绍了，在 NANO STM32 开
发板上的按键 KEY0 连接在 PC8 上、KEY1 连接在 PC9 上、KEY2 连接在 PD2 上、KEY_UP
连接在 PA0 上。如图 8.2.1 所示：
图 8.2.1 按键与 STM32 连接原理图
这里需要注意的是：KEY0、KEY1 和 KEY2 是低电平有效的，而 KEY_UP 是高电平有效
的，并且外部都没有上下拉电阻，所以，需要在 STM32 内部设置上下拉。
8.3 软件设计
从这章开始，我们的软件设计主要是通过直接打开我们光盘的实验工程，而不再讲解怎么加入文件和头文件目录。工程中添加相关文件的方法在我们前面两个实验已经讲解非常详细。打开我们的按键实验工程可以看到，我们引入了 key.c 文件以及头文件 key.h。下面我们首先打开 key.c 文件，代码如下：
#include "key.h"
#include "sys.h"
#include "delay.h"
//按键初始化函数
void KEY_Init(void) //IO 初始化
{


这里需要注意的是：KEY0、KEY1 和 KEY2 是低电平有效的，而 KEY_UP 是高电平有效
的，并且外部都没有上下拉电阻，所以，需要在 STM32 内部设置上下拉。
8.3 软件设计
从这章开始，我们的软件设计主要是通过直接打开我们光盘的实验工程，而不再讲解怎么
加入文件和头文件目录。工程中添加相关文件的方法在我们前面两个实验已经讲解非常详细。
打开我们的按键实验工程可以看到，我们引入了 key.c 文件以及头文件 key.h。下面我们首
先打开 key.c 文件，代码如下：
#include "key.h"
#include "sys.h"
#include "delay.h"
//按键初始化函数
void KEY_Init(void) //IO 初始化
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); //开启 GPIOA 时钟
__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE(); //开启 GPIOC 时钟
__HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE(); //开启 GPIOD 时钟
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);
GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9; //PC8,9
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);
GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_2; //PD2
HAL_GPIO_Init(GPIOD,&GPIO_Initure);
}
//按键处理函数
//返回按键值
//mode:0,不支持连续按;1,支持连续按;
//返回值：
//0，没有任何按键按下
//KEY0_PRES，KEY0 按下
//KEY1_PRES，KEY1 按下
//KEY2_PRES，KEY2 按下
//WKUP_PRES，WK_UP 按下
//注意此函数有响应优先级,KEY0>KEY1>KEY2>WK_UP!!
u8 KEY_Scan(u8 mode)
{
static u8 key_up=1;//按键按松开标志
if(mode)key_up=1; //支持连按
if(key_up&&(KEY0==0||KEY1==0||KEY2==0||WK_UP==1))
{
delay_ms(10);//去抖动
key_up=0;
if(KEY0==0)return KEY0_PRES;
else if(KEY1==0)return KEY1_PRES;
else if(KEY2==0)return KEY2_PRES;
else if(WK_UP==1)return WKUP_PRES;
}else if(KEY0==1&&KEY1==1&&KEY2==1&&WK_UP==0)key_up=1;
return 0;// 无按键按下
}
这段代码包含 2 个函数，void KEY_Init(void)和 u8 KEY_Scan(u8 mode)，KEY_Init()是用来
初始化按键输入的 IO 口的。首先使能 GPIOA、GPIOC 和 GPIOD 时钟，然后实现 PA0、PC8、
PC9、PD2 的输入设置，这里和第六章的输出配置差不多，只是这里用来设置成的是输入而第
六章是输出。
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。
有了 mode 这个参数，大家就可以根据自己的需要，选择不同的方式。这里要提醒大家，
因为该函数里面有 static 变量，所以该函数不是一个可重入函数，在有 OS 的情况下，这个大家
要留意下。同时还有一点要注意的就是，该函数的按键扫描是有优先级的，最优先的是 KEY0，
第二优先的是 KEY1，接着 KEY2，最后是 WK_UP 按键。该函数有返回值，如果有按键按下，
则返回非 0 值，如果没有或者按键不正确，则返回 0。
接下来我们看看头文件 key.h 里面的代码：
#ifndef __KEY_H
#define __KEY_H
#include "sys.h"
//下面的方式是通过直接操作 HAL 库函数方式读取 IO
#define KEY0 HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC,GPIO_PIN_8) //KEY0 按键 PC8
#define KEY1 HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC,GPIO_PIN_9) //KEY1 按键 PC9
#define KEY2 HAL_GPIO_ReadPin(GPIOD,GPIO_PIN_2) //KEY1 按键 PD2
#define WK_UP HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0) //WKUP 按键 PA0
#define KEY0_PRES 1
//KEY0 按下
#define KEY1_PRES 2
//KEY1 按下
#define KEY2_PRES 3
//KEY2 按下
#define WKUP_PRES 4
//WK_UP 按下(即 WK_UP/WK_UP)
void KEY_Init(void); //IO 初始化
u8 KEY_Scan(u8); //按键扫描函数
#endif
这段代码里面最关键就是 4 个宏定义：
#define KEY0 HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC,GPIO_PIN_8) //KEY0 按键 PC8
#define KEY1 HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC,GPIO_PIN_9) //KEY1 按键 PC9
#define KEY2 HAL_GPIO_ReadPin(GPIOD,GPIO_PIN_2) //KEY2 按键 PD2
#define WK_UP HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0) //WKUP 按键 PA0
这里使用的是调用 HAL 库函数 HAL_GPIO_ReadPin 来实现读取某个 IO 口的 1 个位的。同
输出一样，上面功能也同样可以通过位带操作来简单的实现：
#define KEY0 PCin(8) //KEY0 按键 PC8
#define KEY1 PCin(9) //KEY1 按键 PC9
#define KEY2 PDin(2)
//KEY2 按键 PD2
#define WK_UP PAin(0) //WKUP 按键 PA0
用 HAL 库函数实现的好处是在各个 STM32 芯片上面的移植行非常好，不需要修改任何代码。用位带操作的好处就是简洁，至于使用那种方法，看各位的爱好了。
在 key.h 中，我们还定义了 KEY0_PRES/KEY1_PRES /KEY2_PRES /WKUP_PRES 等 4 个
宏定义，分别对应开发板上下左右（KEY0/KEY1/KEY2/WKUP）按键按下时 KEY_Scan()返回
的值。这些宏定义的方向直接和开发板的按键排列方式相同，方便大家使用。
最后，我们看看 main.c 里面编写的主函数代码如下：
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "beep.h"
#include "key.h"
int main(void)
{
u8 key=0;
HAL_Init(); //初始化 HAL 库
Stm32_Clock_Init(RCC_PLL_MUL9); //设置时钟,72M
delay_init(72); //初始化延时函数
LED_Init(); //初始化 LED
KEY_Init();
//初始化按键
BEEP_Init();
//初始化 BEEP
LED0=0;
//点亮 LED
while(1)
{
key=KEY_Scan(0);//得到键值
switch(key)
{
case KEY0_PRES://KEY0
LED0=!LED0;
break;
case KEY1_PRES://KEY1
LED1=!LED1;
break;
case KEY2_PRES://控制 BEEP
BEEP=!BEEP;
break;
case WKUP_PRES://KEY_UP
LED0=!LED0;
LED1=!LED1;
break;
default:
delay_ms(10);
}
}
}
主函数代码比较简单，先进行一系列的初始化操作，然后在死循环中调用按键扫描函数
KEY_Scan()扫描按键值，最后根据按键值控制 LED 和蜂鸣器的翻转。
8.4 仿真与下载
我们可以先用软件仿真，看看结果对不对，根据软件仿真的结果，然后再下载到 NANOSTM32 板子上面看运行是否正确。
首先，为了得到较好的调试效果，我们将 main 函数的 u8 key;改为:vu8 key=0;以防止编译器优化导致看 key 的值不方便。这里 vu8 即：volatile unsigned char，volatile 关键字可以确保对key 的所有操作都不被编译器优化，从而方便查看 key 的变化（否则 key 有可能会显示位：not inscope）。类似的，如果遇到其他程序，看变量值出现 not in scope 的时候，大家也可以加 volatile关键字修饰该变量，然后就可以方便的查看变量值了，等调试完毕，再去掉 volatile 即可。
接下来，我们进行软件仿真。先按
开始仿真，接着按
，显示逻辑分析窗口，点击
Setup，新建 7 个信号 PORTC.0、PORTC.1、PORTB.8、PORTA.0、PORTC.8、PORTC.9、PORTD.2，
如图 8.4.1 所示

然后再点击 Peripherals→General Purpose I/O→GPIOC 和 GPIOD，弹出 GPIOC 和 GPIOD
的查看窗口，如图 8.4.2 所示：

然后在 key=KEY_Scan();这里设置一个断点，按
直接执行到这里，然后在 General Purpose
I/O C 窗口内的 Pins 里面勾选 8、9 位，在 General Purpose IO/D 窗口内的 Pins 里面勾选 2 位。
这是虽然我们已经设置了这几个 IO 口为上拉输入，但是 MDK 不会考虑 STM32 自带的上拉和
下拉，所以我们得自己手动设置一下，来使得其初始状态和外部硬件的状态一摸一样。如图 8.4.3
所示：

本来我们还需要设置 PORTA.0 的，但是 GPIOA.0 是高电平有效，刚好默认的就满足要求，
不需要再去勾选 PORTA.0 了。所以这里我们可以省略一个 GPIOA.0 的设置。接着我们执行过
这句，可以看到 key 的值依旧为 0，也就是没有任何按键按下。接着我们再按
，再次执行到
key=KEY_Scan();我们此次把 Pins 的 PC9 取消勾选，再次执行过这句，得到 key 的值为 2，如
图 8.4.4 所示：

然后按相似的方法，分别取消勾选 PC8 和 PD2，以及勾选 PA0，然后再把它们还原，可以
看到逻辑分析窗口的波形如图 8.4.5 所示：


从图 8.4.5 可以看出，当 PC8 按下的时候 PC0 翻转，PC9 按下的时候 PC1 翻转，PA0 按下
的时候 PC0 和 PC1 一起翻转，PD2 按下的时候 PB8 翻转，使我们想要得到的结果。因此，可
以确定软件仿真基本没有问题了。接下来可以把代码下载到 NANO STM32 开发板上看看运行结果是否正确。
在下载完之后，我们可以按 KEY0、KEY1、KEY2 和 KEY_UP 来看看 DS0 和 DS1 以及蜂
鸣器的变化，是否和我们仿真的结果一致（结果肯定是一致的）。
至此，我们的本章的学习就结束了。本章，作为 STM32 的入门第三个例子，介绍了 STM32
的 IO 作为输入的使用方法，同时巩固了前面的学习。希望大家在开发板上实际验证一下，从
而加深印象。
8.5 STM32CubeMX 配置 IO 口
上一章我们讲解了使用 STM32CubeMX 工具配置 GPIO 口的一般方法。本章我们主要教大
家配置 IO 口为输入模式，操作方法和配置 IO 为输出模式基本一致。这里我们就直接列出 IO
口配置截图，具体方法请参考 4.8 小节和上一章蜂鸣器实验。
根据 8.2 小节讲解，NANO 开发板上有 4 个按键，分别连接四个 IO 口 PA0，PC8，PC9 和
PD2。其中 KEY_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），目录为“4，程
序源码标准例程-HAL 库函数版本实验 0-3Template 工程模板-使用 STM32CubeMX 配置”。
我们首先在 IO 引脚图上，依次设置四个 IO 口为输入 GPIO_Input。这里我们以 PA0 为例，操作
方法如下图 8.5.1 所示：

同 样 的 方 法 ， 我 们 依 次 配 置 PC8 ， PC9 和 PD2 为 输 入 模 式 。 然 后 我 们 进 入
Gonfiguration->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，并且模式值只有输入模式 Input Mode 可选。这里我们配 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 8.5.2 所示：

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 文件
中添加了函数 MX_GPIO_Init 函数，内容如下：
static void MX_GPIO_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
/* GPIO Ports Clock Enable */
__HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
/*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 : PC8 PC9 */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
/*Configure GPIO pin : PD2 */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
HAL_GPIO_Init(GPIOD, &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。有兴趣的同学可以直接复制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。
使用 STM32CubeMX 配置 IO 口为输入模式方法就给大家介绍到这里。