STM32学习7 按键扫描

一、实验电路介绍

本实验使用普中STM32-F1开发板，芯片型号是STM32F103ZET6。
其按键电路如下：

对应的芯片引脚：

从电路可以看出，键盘的 KEY_UP 键如果接通，会连接高电平 。
其它几个按键在按下的时候连接低电平，对应的GPIO口：

• KEY_UP：GPIOA GPIO_Pin0 引脚
• KEY_LEFT：GPIOE GPIO_Pin2 引脚
• KEY_RIGHT：GPIOE_GPIO_Pin4 引脚
• KEY_DOWN：GPIOE_GPIO_Pin3 引脚

二、按键GPIO初始化

按键 KEY_UP 和其它三个按键的接法不同，需要不同的配置方式。
其中 KEY_UP 按下后接高电平，在默认情况下需要置低，初始化时设置为输入下拉，代码如下：

    // 开启GPIOA的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);// 设置上引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = KEY_UP_PIN;// 设置输入下拉模式GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;GPIO_Init(KEY_UP_PORT, &GPIO_InitStructure); // 初始化GPIOA

其它三个按键，按下时接低电平，默认置高，初始化设置为输入上拉，代码如下：

    // 开 E 时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);// 设置下、左、右引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = KEY_DOWN_PIN | KEY_LEFT_PIN | KEY_RIGHT_PIN;// 设置输入上拉模式GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;GPIO_Init(KEY_DOWN_PORT, &GPIO_InitStructure); // 初始化GPIOE

三、扫描原理

1. GPIO引脚配置

首先，需要将用于连接按键的GPIO引脚配置为输入模式。

2. 状态轮询

然后轮询每个按键的状态，以确定按键是否被按下或释放。轮询扫描可以通过在主循环中定期检查每个按键的状态来实现。例如，在每次主循环迭代中，都检查一次按键的状态。

3. 按键状态检测

一般来说，按键有两种状态：按下和释放。在检测按键状态时，需要注意去除按键的抖动干扰。抖动是指在按键被按下或释放时，由于机械接触或物理特性导致的瞬间状态变化。为了应对抖动，可以采用软件方法或硬件滤波器。

本示例采用延时10ms读取值的方法来去抖，示例：

if(key_up_value == 1 || key_down_value ==0 || key_left_value ==0 || key_right_value ==0){delay_ms(10);
}

硬件方法去抖可以参考实现：SR触发器去抖

4. 循环扫描的优缺点

优点：

1. 简单直观： 在循环中进行按键扫描的方法简单易懂，逻辑清晰，易于理解和实现。

2. 灵活性： 可以根据具体需求灵活调整扫描的频率和方式，满足不同场景下的要求。

3. 适用性广： 适用于小型嵌入式系统或者对按键响应速度要求不高的场景，适用性广泛。

4. 资源消耗低： 相比于中断方式，循环扫描不需要额外的中断处理函数，减少了系统资源的占用。

缺点：

1. 效率低下： 在循环中进行按键扫描会占用 CPU 的时间片，降低了系统的处理效率，特别是当系统有其他紧急任务需要处理时，会影响响应速度和实时性。

2. 实时性差： 循环扫描需要不断地遍历所有按键状态，导致按键的检测周期相对较长，实时性差，无法满足对按键响应速度要求较高的场景。

3. 占用 CPU 资源： 循环扫描需要持续占用 CPU 资源，特别是在大型系统中，可能会影响其他任务的执行，降低系统的整体性能。

4. 功耗高： 循环扫描需要 CPU 不断地处于工作状态，会增加系统的功耗，对于对功耗要求较高的场景不太适用。

后面学习中会采用中断的方式来读取键盘。

四、一次扫描与持续扫描

这里的一次扫描，是指按下按键后，如果不松开，键盘的扫描函数不会继续输出所按键值。
而持续扫描，在按下按键后，如果手不松开，键盘的扫描函数仍会持续输出按键值。

五、代码实现

为方便看到演示效果，示例的代码在获取到扫描的按键后，会在数码管显示不同的数值。

• 上：显示0
• 下：显示1
• 左：显示2
• 右：显示3

1. 头文件定义

key_utils.h

#ifndef __KEY_UTILS_H__
#define __KEY_UTILS_H__
#include "stm32f10x.h"// 引脚和端口
#define KEY_UP_PIN GPIO_Pin_0
#define KEY_UP_PORT GPIOA
#define KEY_LEFT_PIN GPIO_Pin_2
#define KEY_LEFT_PORT GPIOE
#define KEY_DOWN_PIN GPIO_Pin_3
#define KEY_DOWN_PORT GPIOE
#define KEY_RIGHT_PIN GPIO_Pin_4
#define KEY_RIGHT_PORT GPIOE// 读取引脚状态
#define key_up_value  GPIO_ReadInputDataBit(KEY_UP_PORT, KEY_UP_PIN)
#define key_down_value  GPIO_ReadInputDataBit(KEY_DOWN_PORT, KEY_DOWN_PIN)
#define key_left_value  GPIO_ReadInputDataBit(KEY_LEFT_PORT, KEY_LEFT_PIN)
#define key_right_value  GPIO_ReadInputDataBit(KEY_RIGHT_PORT, KEY_RIGHT_PIN)// 按键
#define KEY_UP 0
#define KEY_DOWN 1
#define KEY_LEFT 2
#define KEY_RIGHT 3
#define KEY_NONE 4void key_init(void);
u8 key_scan(u8 mode);
#endif

2. 函数实现

#include "key_utils.h"
#include "sys_tick_utils.h"void key_init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; // 定义GPIO初始化结构体// 开启GPIOA的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);// 设置上引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = KEY_UP_PIN;// 设置输入下拉模式GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;GPIO_Init(KEY_UP_PORT, &GPIO_InitStructure); // 初始化GPIOA// 开 E 时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);// 设置下、左、右引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = KEY_DOWN_PIN | KEY_LEFT_PIN | KEY_RIGHT_PIN;// 设置输入上拉模式GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;GPIO_Init(KEY_DOWN_PORT, &GPIO_InitStructure); // 初始化GPIOE}
static u8 key_read(void){if(key_up_value == 1 || key_down_value ==0 || key_left_value ==0 || key_right_value ==0){delay_ms(10);if(key_up_value == 1){return KEY_UP;}else if(key_down_value == 0){return KEY_DOWN;}else if(key_left_value == 0){return KEY_LEFT;}else if(key_right_value == 0){return KEY_RIGHT;}}return KEY_NONE;
}
u8 last_key;
/*** @brief  按键扫描函数* @param  mode: 0 单次扫描 1: 连续扫描*/
u8 key_scan(u8 mode)
{if(mode==0){u8 key = key_read();if(key != KEY_NONE){if(key == last_key){return KEY_NONE;}else{last_key = key;return key;}}else{last_key = KEY_NONE;}}else{return key_read();}return KEY_NONE;
}

3. 主体函数

#include "gpio_utils.h"
#include "rcc_utils.h"
#include "stm32f10x.h"
#include "sys_tick_utils.h"
#include "led_utils.h"
#include "key_utils.h"// 主函数
int main(void)
{GPIO_Configuration(); //调用GPIO配置函数sys_tick_init(72);led_all_off();key_init();while (1) //无限循环{delay_ms(10);u8 key = key_scan(0);if(key==KEY_UP){led_lightn(0);}else if(key==KEY_DOWN){led_lightn(1);}else if(key==KEY_LEFT){led_lightn(2);}else if(key==KEY_RIGHT){led_lightn(3);}else{led_all_off();}}
}

本文源码地址：
https://gitee.com/xundh/stm32_arm_learn/tree/master/lesson7_key