第六章 GPIO输入——按键检测

第六章 GPIO输入——按键检测

目录

第六章 GPIO输入——按键检测

1 硬件设计

2 软件设计

2.1 按键输入检测方式

2.1.1 按键扫描

2.1.2 外部中断

2.2 编程要点

2.3 代码分析

2.4 下载验证

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本章参考资料：《W55MH32中文参考手册》按键检测使用到GPIO外设的基本输入功能。

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 按键抖动说明图 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， 见下图：

        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。

2 软件设计

2.1 按键输入检测方式

        按键输入检测方式分为定时扫描和外部中断两种，工作原理和优缺点如下文所示。本篇我们主要讲解用外部中断的方式进行按键输入检测。

2.1.1 按键扫描

工作原理：通过 CPU 定时或不断地读取按键所连接的 GPIO 引脚电平状态，来判断按键是否被按下。比如在一个循环中，反复检测按键对应的引脚是高电平还是低电平 ，若原本是高电平，检测到变为低电平，且经过消抖处理（一般通过延时，比如 5~10ms 再次检测确认）后还是低电平，就认为按键被按下；松开时则相反。像独立按键扫描，就是单独检测每个按键引脚；矩阵按键扫描则是按行或列扫描，通过行列交叉点判断哪个按键动作 。

优点：

• 原理简单易懂，实现起来相对容易，对于初学者友好。
• 可灵活控制扫描频率和时机，在一些对按键检测实时性要求不高，且系统资源较为充裕的场景下，能很好地工作。

缺点：

• 占用 CPU 资源，CPU 需要不断执行扫描程序来检测按键状态，若系统中还有其他任务，会影响整体运行效率。
• 实时性较差，因为是定时或不断扫描，不能及时响应按键动作，存在检测延迟。

2.1.2 外部中断

工作原理：当外部事件发生，比如按键按下使连接到单片机的外部中断引脚上电平发生变化（可配置为上升沿触发、下降沿触发或双边沿触发 ），单片机的中断系统会迫使 CPU 暂停正在执行的程序，转而去执行预先编写好的中断服务程序来处理该事件，处理完后再返回原来中断的地方继续执行原程序 。以按键为例，按键连接到外部中断引脚，按下按键产生电平变化，触发中断请求，CPU 响应后进入中断服务函数处理按键事件。

优点：

• 实时性强，能在外部事件发生的瞬间及时响应，快速处理事件，适用于对实时性要求高的场景，如工业控制中对突发信号的快速响应。
• 节省 CPU 资源，CPU 不需要一直轮询检测按键状态，只有在外部事件触发中断时才会处理相关事务，提高了 CPU 使用效率。

缺点：