【mqtt参数上云和小程序开发】【第3期】按键外部中断调试完成

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#单片机 #嵌入式硬件

【第3期】按键外部中断调试完成
【mqtt参数上云和小程序开发】
按键1 控制开灯
按键2 控制关灯
在这里插入图片描述

好的，下面我将为你提供一个完整的STM32按键外部中断控制实例。我们将实现一个常见的功能：通过按键控制LED灯的开关，并且实现按下一次按键，LED状态翻转一次。

项目概述

硬件：
- STM32开发板（以STM32F103C8T6为例）
- 一个按键（连接至PB11，使用外部中断）
- 一个LED灯（连接至PC13，这是很多最小系统板自带的LED）
软件：
- STM32CubeIDE
- HAL库
功能：
- 每次按下按键，LED的状态就翻转一次（亮变灭，灭变亮）。
- 使用外部中断检测按键，响应迅速，不占用主循环资源。

方法一：使用STM32CubeMX图形化配置（最推荐）

步骤1：创建工程并配置时钟和调试

打开STM32CubeIDE，新建工程，选择你的MCU型号。
在 Pinout & Configuration 视图：
- System Core > SYS: Debug 设为 Serial Wire。
- System Core > RCC: HSE 设为 Crystal/Ceramic Resonator。

步骤2：配置LED引脚（PC13）

在芯片图上找到 PC13 引脚，点击选择 GPIO_Output。
在左侧 System Core > GPIO 中，点击 PC13 进行配置：
- GPIO output level: High (因为LED通常是低电平点亮，初始设为高使其熄灭)
- GPIO mode: Output Push Pull
- GPIO Pull-up/Pull-down: No pull-up and no pull-down
- Maximum output speed: Low
- User Label: USER_LED

步骤3：配置按键引脚（PB11）为外部中断

在芯片图上找到 PB11 引脚，点击选择 GPIO_EXTI11。
在左侧 System Core > GPIO 中，点击 PB11 进行配置：
- GPIO mode: External Interrupt Mode with Falling edge trigger detection
  - 选择下降沿触发是因为：按键通常一端接地，另一端接引脚。当按键未按下时，我们通过上拉电阻使引脚为高电平；按下时，引脚被拉低，产生一个下降沿。
- GPIO Pull-up/Pull-down: Pull-up (使用内部上拉电阻，这样按键未按下时引脚就是高电平)
- User Label: USER_BUTTON

步骤4：配置NVIC（使能中断）

在左侧 System Core > NVIC 中：
找到并勾选 EXTI line[15:10] interrupts 的 Enabled 复选框。
优先级可以保持默认。

步骤5：生成代码

点击 Project Manager，设置项目名称和路径。
点击 GENERATE CODE。

步骤6：编写用户代码

STM32CubeMX已经帮我们生成了GPIO和NVIC的初始化代码，我们只需要在合适的地方添加应用逻辑。

1. 在 `main.c` 中定义全局变量和重写回调函数

/* USER CODE BEGIN PV */
// 定义一个 volatile 变量作为中断标志位，用于在中断和主循环之间通信
volatile uint8_t button_pressed_flag = 0;
/* USER CODE END PV */

/*-------------------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN 4 */
/**
  * @brief  外部中断回调函数
  * @param  GPIO_Pin: 触发中断的引脚号
  * @retval None
  */
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
  // 判断是否是我们的按键引脚(PB11)触发的中断
  if (GPIO_Pin == USER_BUTTON_Pin) // USER_BUTTON_Pin 是CubeMX根据User Label自动生成的
  {
    // 简单的软件消抖：检查一段时间内引脚是否保持稳定
    // 这里使用HAL_Delay进行简单消抖，在实际产品中建议用定时器做更精确的消抖
    HAL_Delay(10); // 延迟10ms

    // 再次检查引脚电平，确认按键确实被按下了（仍然是低电平）
    if (HAL_GPIO_ReadPin(USER_BUTTON_GPIO_Port, USER_BUTTON_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
    {
      // 设置按键按下标志位
      button_pressed_flag = 1;
    }
  }
}
/* USER CODE END 4 */

注意： 在中断回调函数中使用 HAL_Delay() 是不推荐的做法，因为它会阻塞整个系统。这里只是为了演示简单。最佳实践是使用定时器进行硬件消抖，或者在主循环中处理消抖。

2. 在主循环中处理按键事件

/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
  // 检查按键按下标志位
  if (button_pressed_flag)
  {
    button_pressed_flag = 0; // 清除标志位

    // 执行按键处理逻辑：翻转LED状态
    HAL_GPIO_TogglePin(USER_LED_GPIO_Port, USER_LED_Pin);

    // 可以在这里添加其他按键按下后要执行的操作
    // 例如：发送串口消息、改变模式等
  }

  // 这里可以执行其他任务，不会被按键检测阻塞
  /* USER CODE END WHILE */

  /* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */

方法二：更优化的消抖方式（推荐）

为了避免在中断中使用 HAL_Delay，我们可以采用 “二次检测法”，将消抖逻辑放在主循环中。

修改后的代码：

在 main.c 中：

/* USER CODE BEGIN PV */
// 用于按键消抖的变量
volatile uint8_t button_pressed_flag = 0;
uint32_t button_last_press_time = 0;
#define DEBOUNCE_DELAY_MS 20 // 消抖时间20ms
/* USER CODE END PV */

/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
  if (GPIO_Pin == USER_BUTTON_Pin)
  {
    // 不在这里消抖，只设置标志位和时间戳
    button_pressed_flag = 1;
    button_last_press_time = HAL_GetTick(); // 记录当前时间戳
  }
}
/* USER CODE END 4 */

/* 在主循环中 */
while (1)
{
  // 检查按键按下标志位，并且确保已经过了消抖时间
  if (button_pressed_flag && (HAL_GetTick() - button_last_press_time) > DEBOUNCE_DELAY_MS)
  {
    button_pressed_flag = 0; // 清除标志位

    // 再次确认按键状态，实现消抖
    if (HAL_GPIO_ReadPin(USER_BUTTON_GPIO_Port, USER_BUTTON_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
    {
      // 翻转LED
      HAL_GPIO_TogglePin(USER_LED_GPIO_Port, USER_LED_Pin);
    }
  }

  // 其他任务...
  /* USER CODE END WHILE */

  /* USER CODE BEGIN 3 */
}

硬件连接

LED（PC13）：大部分STM32最小系统板已经将PC13连接到了一个LED上。如果没有，请将一个LED串联一个220Ω-1kΩ的电阻连接到PC13和GND之间。
按键（PB11）：
- 将按键的一个引脚连接到 PB11。
- 将按键的另一个引脚连接到 GND。
- 注意：我们在软件中配置了内部上拉电阻，所以不需要外部上拉电阻。如果你使用外部上拉电阻，GPIO配置中的Pull-up/Pull-down应设为 No pull-up and no pull-down。


     3V3
      |
      |
     PB11 o---+
              |
             === 按键
              |
     GND o----+

程序执行流程

初始化：系统启动，配置PB11为下拉输入的外部中断模式，PC13为推挽输出。
等待中断：主循环空转，等待按键中断。
按键按下：按键被按下，PB11从高电平变为低电平，产生下降沿中断。
进入中断：CPU跳转到EXTI15_10_IRQHandler，最终调用 HAL_GPIO_EXTI_Callback。
设置标志：在回调函数中设置 button_pressed_flag = 1。
主循环检测：主循环检测到 button_pressed_flag 被置位。
执行动作：主循环清除标志位，并翻转LED的状态。
等待下一次按键。

常见问题及调试技巧

按键无反应：
- 检查硬件连接是否正确，确保按键一端接PB11，另一端接GND。
- 用万用表测量按键按下时PB11的电压是否确实被拉低。
- 检查CubeMX中GPIO配置是否正确（模式、上下拉、触发边沿）。
- 确认NVIC中已使能EXTI中断。
按键一次，LED状态变化多次（连击）：
- 这是按键抖动导致的，需要更好的消抖处理。延长消抖时间或使用上述的优化消抖方法。
LED状态与预期相反：
- 检查LED的硬件连接方式（是低电平点亮还是高电平点亮），调整初始输出电平。
使用仿真器调试：
- 可以在回调函数和主循环的处理部分设置断点，观察程序执行流程。
- 查看变量 button_pressed_flag 的变化。