ch05实验4-GPIO与独立按健输入

实验4——GPIO与独立按健输入卓越工程师培养系列本书获深圳大学教材出版资助STM32F1开发标准教程01实验内容实验内容独立按键电路原理图GPIO功能框图GPO部分存器固件库函数，以及按键去抖原理，基于STM32核心板设计一个独立按键程序。每次按下一个按键，通过串口助手输出按键按下的信息，比如KEY1按下时，输出KEY1PUSHDOWN;按键松开时，输出按键松开的信息，比如KEY2松开时，输出KEY2RELEASE。在进行独立按键程序设计时，需要对按键的抖动进行处理，即每次按下时，只能输出一次按键按下信息，每次松开时，也只能输出一次按键松开信息。通过学习STM32核心板上02实验原理1.独立按键电路原理图独立按键输入实验涉及的硬件包括3个独立按键(KEY1KEY2和KEY3，以及与独立按键串联的10k2限流电阻，与独立按键并联的100nF滤波电容，KEY1连接到STM32F103RCT6芯片的PC1，KEY2连接到PC2，KEY3连接到PA0。按键未按下时，输入芯片引脚上的电平为高电平，按键按下时，输入芯片引脚上的电平为低电平。独立按键硬件电路如图5-1所示。2.GPIO功能框图图5-2所示的GPIO功能框图是为了便于分析GPIO与独立按键输入实验在本实验中，3个独立按键引脚对应的GPIO配置为上拉输入模式，因此，下面依次介绍I/O引脚与上下拉电阻、TTL施密特触发器和输入数据寄存器。2.GPIO功能框图独立按键与STM32芯片的IO引脚相连接通过第4章，我们已经知道与I/0引脚连接的保护二极管是为了防止芯片烧毁。I/O引脚经过保护二极管之后，还可以配置为上拉或下拉输入模式，由于本实验中的独立按键在电路中是通过一个10kΩ电阳连接到33V源的，因此，为了保持电路的一致性，内部也需要通过寄存器配置为上拉输入模式。1.I/0引脚与上下拉电阻2.GPIO功能框图经过上拉或下拉电路的输入信号，依然是模拟信号，而本实验是将独立按键的输入视为数字信号，因此，还需要通过TTL施密特触发器将输入的模拟信号转换为数字信号。2.TTL施密特触发器2.GPIO功能框图经过TTL施密特触发器转换之后的数字信号会存储在输入数据寄存器(GPIO_xIDR)中通过读取GPIOx_IDR即可获得IO引脚的电平状态。3.输入数据寄存器3.GPIO部分寄存器端口输入数据寄存器(GPIOX_IDR)是一组GPIO端口的16个引脚的输入数据寄存器因此只用了低16位。该寄存器为只读，从该寄存器读出的数据可以用于判断某组GPIO端口的电平状态。GPIOx_DR的结构、偏移地址和复位值，以及部分位的解释说明如图5-3和表5-1所示。GPIOx_IDR也常常简称为IDR。4.GPIO部分固件库函数GPIO_ReadInputDataBit函数的功能是读取指定外设端口引脚的电平值，每次读取一位高电平为1，低电平为0，通过读取GPIOX→IDR来实现。具体描述如表5-2所示。5.按键去抖原理独立按键常常用作二值输入器件，STM32核心板上有3个独立按键，且均为上拉模式，即按键未按下时，输入芯片引脚上的电平为高，按键按下时，输入芯片引脚上的电平为低。市场上绝大多数按键都是机械式开关结构，而机械式开关的核心部件为弹性金属簧片，因而在开关切换的瞬间会在接触点出现来回弹跳的现象。在按键松开时，也会出现类似的情况，这种情况称为抖动。按键按下时产生前沿抖动，按键松开时产生后沿抖动，如图5-4所示。不同类型的按键其最长抖动时间也有差别，抖动时间的长短和按键的机械特性有关，一般为5~10ms，而一般人按下按键持续的时间大于100ms。5.按键去抖原理既然抖动时间为5~10ms，而一般人按下按键持续的时间大于100ms，我们就可以基于两个时间的差异，取一个中间值(如80ms)作为界限，小于80ms的信号视为抖动脉冲，大于80ms的信号视为按键按下。独立按键去抖原理图如图5-5所示，按键未按下时为高电平，按键按下时为低电平，因此，对于理想按键，按键按下时就可以立刻检测到低电平，按键松开时就可以立刻检测到高电平。5.按键去抖原理但是，实际按键未按下时电平为高，按键一旦按下，就会产生前沿抖动，抖动持续时间为5~10ms，接着，芯片引脚会检测到稳定的低电平;按键松开时，会产生后沿抖动，抖动持续时间依然为5~10ms，接着，芯片引脚会检测到稳定的高电平。去抖实际上是每10m检测一次连接到按键的引脚电平，连续检测到8次低电平，即低电平持续时间超过80ms，表示识别到按键按下。同理，按键按下后，如果连续检测到8次高电平，即高电平持续时间超过80ms，表示识别到按键松开。5.按键去抖原理独立按键去抖程序设计流程图如图5-6所示先启动一个10ms定时器然后每10ms读取一次按键值。如果连续8次检测到的电平均为按键按下电平(STM32核心板的3个按键按下电平均为低电平)，且按键按下标志为TRUB，则将按键按下标志置为FALSE，同时处理按键按下函数;如果按键按下标志为FALSE，表示按键按下事件已经得到处理，则继续检查定时器是否产生10ms溢出。5.按键去抖原理对于按键松开也一样，如果当前为按键按下状态，且连续8次检测到的电平均为按键松开电平(STM32核心板的3个按键松开电平均为高电平)，且按键松开标志为FALSE，则将按键松开标志置为TRUE，同时处理按键松开函数;如果按键松开标志为TRUE，表示按键松开事件已经得到处理，则继续检查定时器是否产生10ms溢出。03实验步骤步骤1:首先，将“D:STM32KeilTest\Material04GPIO与独立按键输入实验”文件夹复制到“D:STM32KeilTestProduct”文件夹中。然后，双击运行“D:STM32KeilTestProduct\04.GPIO与独立按键输入实验Project”文件夹中的STM32KeilPrjuvprojx，单击工具栏中的通按钮当BuildOutput栏出现FromELF:creatinghexfile...时，表示已经成功生成hex文件，出现0Error(s)0Warning(s)表示编译成功最后将axf文件下载到STM32的内部Flash,观察STM32核心板上的两个LED是否交替闪烁。如果两个LED交替闪烁，口正常输出字符串，表示原始工程是正确的，接着就可以进入下一步操作了。复制并编译原始工程步骤2:首先，将“D:STM32KeilTestProduct04GPIO与独立按键输入实验AppKeyOne”文件夹中的KeyOne.c和ProcKeyOne.c添加到App分组，具体操作可参见23节步骤8。然后将“D:STM32KeilTestProduct\04.GPI与独立按键输入实验AppKeyOne”路径添加到IncludePaths栏，具体操作可参见2.3节步骤11。添加KeyOne和ProcKeyOne文件对步骤3:单击

按钮进行编译，编译结束后，在Project面板中，双击KeyOnec下的KeyOne.h。在KeyOne.h文件的“包含头文件”区，添加代码#include"DataType.h”;然后，在KeyOne.h文件的“宏定义”区添加按键按下电平宏定义代码，如程序清单5-1所示。完善KeyOne.h文件步骤3:在KeyOne.h文件的“举结构体定义”区添加如程序清单5-2所示的举定义代码。这些枚举主要是按键名的定义，比如KEY1的按键名为KEYNAMEKEY1，对应值为0又如KEY3的按键名为KEYNAMEKEY3，对应值为2。完善KeyOne.h文件步骤3:在KeyOne.h文件的“API函声明”区，添加如程序清单5-3所的API函声明代码。InitKeyOne函数用于初始化KeyOne模块。ScanKeyOne函数用于按键扫描，该函数建议每10ms调用一次，即每10ms读取一次按键电平。完善KeyOne.h文件步骤4:在KeyOne.c文件的“包含头文件”区的最后，添加代码#include"stm32f10x_confh"。在KeyOne.c文件的“宏定义”区，添加如程序清单5-4所示的宏定义代码。这些宏定义主要是定义读取STM32核心板上的3个按键电平状态。完善KeyOne.c文件步骤4:在KeyOne.c文件的“内部函数声明”区，添加内部函数的声明代码，如程序清单5-6所示。完善KeyOne.c文件步骤4:在KeyOnec文件的“内部函数实现”区，添加ConfigKeyOneGPIO函数的实现代码，如程序清单5-7所示。下面按照顺序对ConfigKevOneGPIO函数中的语句进行解释说明。(1)STM32核心板的KEY1KEY2和KEY3分别与STM32微控制器的PC1、PC2和PA0相连接，因此需要通过RCC_APB2PeriphClockCmd函数使能GPIOA和GPIOC时钟。(2)通过GPIO_Init函数将PC1PC2和PAO配置为上拉输入模式。完善KeyOne.c文件步骤4:在KeyOne.c文件的“API函数实现”区，添加API函数的实现代码如程序清单5-8所示。。KeyOne.c文件的API函数只有两个，分别是InitKeyOne和ScanKeyOne。InitKeyOne作为KeyOne模块的初始化函数该函数调用ConfigKeyOneGPIO函数配置独立按键的GPIO然后，通过siarrKeyDownLevel数组设置按键按下时的电平(低电平)。ScanKeyOne为按键扫描函数，每10ms调用一次。该函数有3个参数，分别为keNameOnKevOneUp和OnKevOneDown。其中kevName为按键名称取值为KevOneh文件的枚举值:OnKeyOneUp为按键松开的响应函数名，由于函数名也是指向函数的指针，因此OnKeyOneUp也为指OnKeyOneUp函数的指针;0nKeyOneDown为按键按下的响应函数名，也为指向OnKeyOneDow函数的指针。OnKeyOneUp和nKeyOneDown均为函数指针，因此(*OnKeyOneUp)0为按键松开的响应函数，(*OnKeyOneDown)0为按键按下的响应函数。读者可参见图5-6所示的流程图理解代码。完善KeyOne.c文件步骤5:单击

画按钮进行编译，编译结束后，在Project面板中，双击ProcKeyOne.c下的ProcKeyOne.h。在ProcKeyOne.h文件的“包含头文件”区，添加代码#include"DataType.h"然后，在ProcKeyOneh文件的“API函数声明”区，添加如程序清单5-9所示的代码。ImitProcKeyOne函数主要是初始化ProcKeyOne模块ProcKeyUpKeyx函数主要处理按键松开事件，按键松开时会调用该函数，ProcKeyDownKeyx函数主要处理按键按下事件。完善ProcKeyOne.h文件步骤6:在ProcKeyOne.c文件的“包含头文件”区的最后，添加头文件的包含代码。ProcKeyOne主要是处理按键按下和松开事件，这些事件是通过串口输出按键按下和松开的信息，需要调用串口相关的函数，因此，除了包含ProcKeOn.h，还需要包含UART1.h，如程序清单5-10所示。完善ProcKeyOne.c文件步骤6:在ProcKeyOne.c文件的“API函数实现”区，添加API函数的实现代码，如程序清单5-11所示。ProcKeyOnec文件的API函数有7个，分为三类，分别是ProcKeyOne模块初始化函数InitProcKeyOne、按键开事件处理函数ProcKeyUpKeyx、按键按下事件处理函数ProKeyDownKeyx。注意，由于3个按键的按下和松开事件处理函数类似，因此在程序清单5-11中只列出了KEY1按键的按下和松开事件处理函数，KEY2、KEY3的处理函数请读者自行添加。完善ProcKeyOne.c文件步骤7:在Proiect面板中，双击打开Maic文件，在Main.c文件的“包含头文件”区的最后添加代码#include"KeyOneh"和#include"ProcKeyOneh"。这样就可以在Mainc文件中调用KeyOne和ProcKeyOne模块的宏定义和API函数等，实现对按键模块的操作。在Mainc文件的InitHardware函数中添加调用InitKeyOne和InitProcKeyOne函数的代码，如程序清单5-12所示，这样就实现了对按键模块的初始化。完善GPIO与独立按键输入实验应用层步骤7:在Mainc文件的Proc2msTask函数中，添加调用ScanKeyOne函数的代码，如程序清单5-13所示。ScanKeyOne函数需要每10ms调用一次，而Proc2msTask函数的