STM32单片机学习3--STM32控制键盘

原创已于 2023-07-19 11:16:13 修改 · 5.5k 阅读

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#单片机 #stm32 #学习

于 2022-07-05 11:52:59 首次发布

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本文介绍STM32单片机的GPIO工作模式，并详细讲解如何使用STM32实现单个按键及4x4矩阵键盘的检测。通过具体实例，展示了如何配置GPIO并进行按键检测，包括消除抖动的方法。

文章目录

一、前言
二、GPIO的8种工作模式
三、按键原理
四、单个按钮
五、按钮键盘

一、前言

单片机型号：STM32F103C8T6
开发环境：Keil5

在这里插入图片描述

二、GPIO的8种工作模式

在这里插入图片描述

4种输入模式

上拉输入模式：在默认状态下（GPIO引脚无输入），读取得的GPIO引脚数据为1，高电平（与Vdd相连的为上拉电阻）；
下拉输入模式：在默认状态下（GPIO引脚无输入），读取得的GPIO引脚数据为0，低电平（与Vss相连的为下拉电阻）；
浮空输入模式：在芯片内部既没有上拉电阻，也没有下拉电阻，经由触发器输入。配置成这个模式直接用电压表测量其引脚为1点几伏，这是个不确定值。由于其输入阻抗较大，一般把这种模式用于标准的通信协议I2C、USART的接收端；
模拟输入模式：关闭了斯密特触发器，不接上、下拉电阻，经由另一线路吧电压信号传送到片上外设模块。如传送至ADC模块，由ADC采集电压信号，所以使用ADC外设的时候，必须设置为模拟输入模式；

4中输出模式

推挽输出模式：线路经过一个由P-MOS管和N-MOS管组成的单元电路。在输出高电平时，P-MOS管导通；低电平时，N-MOS管导通。两个管子轮流导通，一个负责灌电流，一个负责拉电流，使其负载能力和开关速度都比普通的方式有很大的提高。普通推挽输出模式一般应用在输出电平为0和3.3伏的场合；
开漏输出模式：如果我们控制输出为0，低电平，则使N-MOS管导通，使输出接地；如果我们控制输出为1（无法直接输出高电平），则既不输出高电平，也不输出低电平，为高阻态；为正常使用时必须在外部接上一个上拉电阻。它具有“线与”特效，即很多个开漏模式引脚连接到一起时，只有当所有引脚都输出高阻态，才由上拉电阻提供高电平，此高电平的电压为外部上拉电阻所接电源的电压。若其中一个引脚为低电平，那线路就相当于短路解读，使得整条线路都为低电平，0伏；普通开漏输出模式一般应用在电平不匹配的场合，如需要输出5伏的高电平，就需要在外部接一个上拉电阻，电源为5伏，把GPIO设置为开漏模式，当输出高阻态时，由上拉电阻和电源向外输出5伏的电平；
复用推挽输出模式：
复用开漏输出模式：

对相应的复用模式，则是根据GPIO的复用功能来选择的，例如GPIO的引脚用作串口的输出，则使用复用推挽输出模式；如果用在IC、SMBUS这些需要线与功能的复合场所，就使用复用开漏输出模式；

注意：在使用任何一种开漏模式时，都需要接上拉电阻；

三、按键原理

在这里插入图片描述
如上图，按钮一端接地，一端接GPIO引脚，这条路其实是一个断路；控制按钮时我们通常会将GPIO引脚设置为上拉输入模式，上拉输入模式默认为高电平，当按钮没有按下的时候，这个引脚读到的一直是高电平；当按钮被按下的时候，引脚会被强行拉低，此时引脚读到的为低电平，那说明按键已经被按下；

四、单个按钮

我们已经知道了按钮的工作原理，按照下图连接好元器件
请添加图片描述
按钮左侧始终是高电位（PC0与之相连也是高电位），按钮右侧始终是低电位，当按钮按下时，PC0引脚会被强行拉低，此时引脚读到的为低电平；

检测到低电平时，翻转引脚PC10的电平为低电位，从而实现按下按钮，小灯亮；松开按钮，小灯灭；

效果展示

在这里插入图片描述

详细代码
led.h

#ifndef __LED_H
#define __LED_H

#include "stm32f10x.h"

void LED_GPIO_Config(void);

#endif

led.c

#include "led.h"

void LED_GPIO_Config(void)
{
	//定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	
	//开启GPIOC的外设时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);
	
	//选择要控制的GPIO引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
	//设置引脚模式为上拉输入模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	//设置引脚速率为50MHz
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	//调用库函数，初始化GPIOC
	GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);
	
	
	//选择要控制的GPIO引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
	//设置引脚模式为推挽输出模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	//设置引脚速率为50MHz
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	//调用库函数，初始化GPIOC
	GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);
}

main.c

#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
void Delay(int m,int n)	//延时函数
{
	int i,j;
	for(i=0;i<m;i++) {
		for(j=0;j<n;j++);
	}
}

int main(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);

	LED_GPIO_Config();	//初始化GPIO
	
	while (1)
	{
		uint8_t flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_0);
		if(flag == 0) {
			//按钮按下，置低电位，小灯亮
			GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_10);
		}else {
			//按钮松开，置高电位，小灯灭
			GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_10);
		}
		Delay(100,100);	//延时消抖
	}//while(1)
}

五、按钮键盘

键盘由多行多列按钮组成，程序设计通常采用逐行逐列进行扫描，4*4的矩阵键盘一共需要8个GPIO引脚，将控制行的引脚设置成输出模式，控制列的引脚设置成上拉输入模式；

先扫描第一行，那么就将PD0~PD2输出高电平，PD3输出低电平，记为0xF7；控制列的引脚为输入引脚，将其和0xF7相与，如果哪一位为0，那么就证明哪一个被按下；
在这里插入图片描述
2、代码

接线：4*4矩阵键盘，行从上至下依此接B5、B6、B7、B8；列从左至右依此接A1、A2、A3、A4；
按键从左至右，从上至下，依此编号为1、2、3、… 、16

在这里插入图片描述

Key.h

#ifndef __KEY_H
#define __KEY_H

#include "stm32f10x.h"

void delay_us(uint32_t delay_us);
void delay_ms(uint16_t delay_ms);

void KEY_GPIO_Config(void);
int scan(void);

#endif

Key.c

#include "Key.h"

void KEY_GPIO_Config(void)
{
	//定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	
	//开启GPIOA、GPIOB的外设时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
	
	///控制行
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 | GPIO_Pin_8;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
	
	///读取列
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
}

int scan(void)
{
	uint8_t flag = 1;
	
	//扫描第一行
	GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6);
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_7);
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8);
	
	//扫描第一列
	flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1);
	if(flag == 0) {
		delay_ms(200);
		flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1);
		if(flag == 0) {
			flag = 1;
			return 1;
		}
	}
	flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_2);
	if(flag == 0) {
		delay_ms(200);
		flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_2);
		if(flag == 0) {
			flag = 1;
			return 2;
		}
	}
	flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_3);
	if(flag == 0) {
		delay_ms(200);
		flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_3);
		if(flag == 0) {
			flag = 1;
			return 3;
		}
	}
	flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_4);
	if(flag == 0) {
		delay_ms(200);
		flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_4);
		if(flag == 0) {
			flag = 1;
			return 4;
		}
	}
	
	//扫描第二行
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
	GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6);
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_7);
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8);
	
	//扫描第二列
	flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1);
	if(flag == 0) {
		delay_ms(200);
		flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1);
		if(flag == 0) {
			flag = 1;
			return 5;
		}
	}
	flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_2);
	if(flag == 0) {
		delay_ms(200);
		flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_2);
		if(flag == 0) {
			flag = 1;
			return 6;
		}
	}
	flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_3);
	if(flag == 0) {
		delay_ms(200);
		flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_3);
		if(flag == 0) {
			flag = 1;
			return 7;
		}
	}
	flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_4);
	if(flag == 0) {
		delay_ms(200);
		flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_4);
		if(flag == 0) {
			flag = 1;
			return 8;
		}
	}
	
	//扫描第三行
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6);
	GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_7);
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8);
	
	//扫描第三列
	flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1);
	if(flag == 0) {
		delay_ms(200);
		flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1);
		if(flag == 0) {
			flag = 1;
			return 9;
		}
	}
	flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_2);
	if(flag == 0) {
		delay_ms(200);
		flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_2);
		if(flag == 0) {
			flag = 1;
			return 10;
		}
	}
	flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_3);
	if(flag == 0) {
		delay_ms(200);
		flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_3);
		if(flag == 0) {
			flag = 1;
			return 11;
		}
	}
	flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_4);
	if(flag == 0) {
		delay_ms(200);
		flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_4);
		if(flag == 0) {
			flag = 1;
			return 12;
		}
	}
	
	//扫描第四行
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6);
	GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_7);
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8);
	
	//扫描第四列
	flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1);
	if(flag == 0) {
		delay_ms(200);
		flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1);
		if(flag == 0) {
			flag = 1;
			return 13;
		}
	}
	flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_2);
	if(flag == 0) {
		delay_ms(200);
		flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_2);
		if(flag == 0) {
			flag = 1;
			return 14;
		}
	}
	flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_3);
	if(flag == 0) {
		delay_ms(200);
		flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_3);
		if(flag == 0) {
			flag = 1;
			return 15;
		}
	}
	flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_4);
	if(flag == 0) {
		delay_ms(200);
		flag = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_4);
		if(flag == 0) {
			flag = 1;
			return 16;
		}
	}
	
	return -1;
}

STM32用GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)读取GPIO引脚的电平（配置为输入模式）；
一般检测到低电平后延时一会再次检测，是常见的消抖手段，防止误触；

main.c

#include "stm32f10x.h"
#include "Key.h"

int main(void)
{
	KEY_GPIO_Config();
	while(1)
	{
		switch(scan())
		{
			case 1:
				break;
			case 2:
				break;
			case 3:
				break;
			case 4:
				break;
			case 5:
				break;
			case 6:
				break;
			case 7:
				break;
			case 8:
				break;
			case 9:
				break;
			case 10:
				break;
			case 11:
				break;
			case 12:
				break;
			case 13:
				break;
			case 14:
				break;
			case 15:
				break;
			case 16:
				break;
		}
		
	}
	
}