12. GPIO输入—按键检测¶
本章参考资料：《STM32F4xx参考手册》、《Cortex®-M4 编程手册》。
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 HAL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。
12.1. 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13_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13_2a、图13_2b、图13_2c，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。
12.2. 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STM32HAL库的内容，是由我们自己根据应用需要编写的。
12.2.1. 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。
12.2.2. 代码分析¶
12.2.2.1. 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13_1a、代码清单13_1b。
//引脚定义
/*******************************************************/
#define KEY1_PIN GPIO_PIN_0
#define KEY1_GPIO_PORT GPIOA
#define KEY1_GPIO_CLK_ENABLE() __GPIOA_CLK_ENABLE()
#define KEY2_PIN GPIO_PIN_13
#define KEY2_GPIO_PORT GPIOC
#define KEY2_GPIO_CLK_ENABLE() __GPIOC_CLK_ENABLE()
/*******************************************************/
/** 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
//引脚定义
/*******************************************************/
#define KEY1_PIN GPIO_PIN_0
#define KEY1_GPIO_PORT GPIOA
#define KEY1_GPIO_CLK_ENABLE() __GPIOA_CLK_ENABLE()
#define KEY2_PIN GPIO_PIN_13
#define KEY2_GPIO_PORT GPIOC
#define KEY2_GPIO_CLK_ENABLE() __GPIOC_CLK_ENABLE()
#define KEY3_PIN GPIO_PIN_2
#define KEY3_GPIO_PORT GPIOG
#define KEY3_GPIO_CLK_ENABLE() __GPIOG_CLK_ENABLE()
#define KEY4_PIN GPIO_PIN_3
#define KEY4_GPIO_PORT GPIOG
#define KEY4_GPIO_CLK_ENABLE() __GPIOG_CLK_ENABLE()
#define KEY5_PIN GPIO_PIN_4
#define KEY5_GPIO_PORT GPIOG
#define KEY5_GPIO_CLK_ENABLE() __GPIOG_CLK_ENABLE()
/*******************************************************/
/** 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
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。
12.2.2.2. 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13_2a、代码清单13_2b。
void Key_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
/*开启按键GPIO口的时钟*/
KEY1_GPIO_CLK_ENABLE();
KEY2_GPIO_CLK_ENABLE();
/*选择按键的引脚*/
GPIO_InitStructure.Pin = KEY1_PIN;
/*设置引脚为输入模式*/
GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
/*设置引脚不上拉也不下拉*/
GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_NOPULL;
/*使用上面的结构体初始化按键*/
HAL_GPIO_Init(KEY1_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
/*选择按键的引脚*/
GPIO_InitStructure.Pin = KEY2_PIN;
/*使用上面的结构体初始化按键*/
HAL_GPIO_Init(KEY2_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
}
void Key_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
/*开启按键GPIO口的时钟*/
KEY1_GPIO_CLK_ENABLE();
KEY2_GPIO_CLK_ENABLE();
KEY3_GPIO_CLK_ENABLE();
KEY4_GPIO_CLK_ENABLE();
KEY5_GPIO_CLK_ENABLE();
/*选择按键的引脚*/
GPIO_InitStructure.Pin = KEY1_PIN;
/*设置引脚为输入模式*/
GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
/*设置引脚不上拉也不下拉*/
GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_NOPULL;
/*使用上面的结构体初始化按键*/
HAL_GPIO_Init(KEY1_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
/*选择按键的引脚*/
GPIO_InitStructure.Pin = KEY2_PIN;
/*使用上面的结构体初始化按键*/
HAL_GPIO_Init(KEY2_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.Pin = KEY3_PIN;
HAL_GPIO_Init(KEY3_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.Pin = KEY4_PIN;
HAL_GPIO_Init(KEY4_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.Pin = KEY5_PIN;
HAL_GPIO_Init(KEY5_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
}
同为GPIO的初始化函数，初始化的流程与前一章初始化LED的GPIO引脚的流程类似，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。
用宏定义函数KEY1_GPIO_CLK_ENABLE()，KEY2_GPIO_CLK_ENABLE()来使能按键的GPIO端口时钟。
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。
使用以上初始化结构体的配置，调用HAL_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。
12.2.2.3. 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13_3。
uint8_t Key_Scan(GPIO_TypeDef * GPIOx,uint16_t GPIO_Pin)
{
/*检测是否有按键按下 */
if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx,GPIO_Pin) == KEY_ON ) {
/*等待按键释放 */
while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx,GPIO_Pin) == KEY_ON);
return KEY_ON;
} else
return KEY_OFF;
}
在这里我们定义了一个Key_Scan函数用于扫描指定按键的状态。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 HAL库提供了库函数HAL_GPIO_ReadPin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HAL_GPIO_ReadPin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。
12.2.2.4. 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13_4。
int main(void)
{
/* 系统时钟初始化成168MHz */
SystemClock_Config();
/* 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。
12.2.3. 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。