STM32單片機學習3--STM32控制鍵盤

一、前言

單片機型号：STM32F103C8T6

開發環境：Keil5

二、GPIO的8種工作模式

4種輸入模式

上拉輸入模式：在預設狀态下（GPIO引腳無輸入），讀取得的GPIO引腳資料為1，高電平（與Vdd相連的為上拉電阻）；
下拉輸入模式：在預設狀态下（GPIO引腳無輸入），讀取得的GPIO引腳資料為0，低電平（與Vss相連的為下拉電阻）；
浮空輸入模式：在晶片内部既沒有上拉電阻，也沒有下拉電阻，經由觸發器輸入。配置成這個模式直接用電壓表測量其引腳為1點幾伏，這是個不确定值。由于其輸入阻抗較大，一般把這種模式用于标準的通信協定I2C、USART的接收端；
模拟輸入模式：關閉了斯密特觸發器，不接上、下拉電阻，經由另一線路吧電壓信号傳送到片上外設子產品。如傳送至ADC子產品，由ADC采集電壓信号，是以使用ADC外設的時候，必須設定為模拟輸入模式；

4中輸出模式

推挽輸出模式：線路經過一個由P-MOS管和N-MOS管組成的單元電路。在輸出高電平時，P-MOS管導通；低電平時，N-MOS管導通。兩個管子輪流導通，一個負責灌電流，一個負責拉電流，使其負載能力和開關速度都比普通的方式有很大的提高。普通推挽輸出模式一般應用在輸出電平為0和3.3伏的場合；
開漏輸出模式：如果我們控制輸出為0，低電平，則使N-MOS管導通，使輸出接地；如果我們控制輸出為1（無法直接輸出高電平），則既不輸出高電平，也不輸出低電平，為高阻态；為正常使用時必須在外部接上一個上拉電阻。它具有“線與”特效，即很多個開漏模式引腳連接配接到一起時，隻有當所有引腳都輸出高阻态，才由上拉電阻提供高電平，此高電平的電壓為外部上拉電阻所接電源的電壓。若其中一個引腳為低電平，那線路就相當于短路解讀，使得整條線路都為低電平，0伏；普通開漏輸出模式一般應用在電平不比對的場合，如需要輸出5伏的高電平，就需要在外部接一個上拉電阻，電源為5伏，把GPIO設定為開漏模式，當輸出高阻态時，由上拉電阻和電源向外輸出5伏的電平；
複用推挽輸出模式：
複用開漏輸出模式：

對相應的複用模式，則是根據GPIO的複用功能來選擇的，例如GPIO的引腳用作序列槽的輸出，則使用複用推挽輸出模式；如果用在IC、SMBUS這些需要線與功能的複合場所，就使用複用開漏輸出模式；

注意：在使用任何一種開漏模式時，都需要接上拉電阻；

三、按鍵試驗

1、原理

如上圖，按鈕一端接地，一端接GPIO引腳，這條路其實是一個斷路；控制按鈕時我們通常會将GPIO引腳設定為上拉輸入模式，上拉輸入模式預設為高電平，當按鈕沒有按下的時候，這個引腳讀到的一直是高電平；當按鈕被按下的時候，引腳會被強行拉低，此時引腳讀到的為低電平，那說明按鍵已經被按下；

鍵盤由多行多列按鈕組成，程式設計通常采用逐行逐列進行掃描，4*4的矩陣鍵盤一共需要8個GPIO引腳，将控制行的引腳設定成輸出模式，控制列的引腳設定成上拉輸入模式；

先掃描第一行，那麼就将PD0~PD2輸出高電平，PD3輸出低電平，記為0xF7；控制列的引腳為輸入引腳，将其和0xF7相與，如果哪一位為0，那麼就證明哪一個被按下；

2、代碼

接線：4*4矩陣鍵盤，行從上至下依此接B5、B6、B7、B8；列從左至右依此接A1、A2、A3、A4；

按鍵從左至右，從上至下，依此編号為1、2、3、… 、16

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)
{
  //定義一個GPIO_InitTypeDef類型的結構體
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  
  //開啟GPIOA、GPIOB的外設時鐘
  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);
  
  ///讀取列
  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;
  
  //掃描第一行
  GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
  GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6);
  GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_7);
  GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8);
  
  //掃描第一列
  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;
    }
  }
  
  //掃描第二行
  GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
  GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6);
  GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_7);
  GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8);
  
  //掃描第二列
  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;
    }
  }
  
  //掃描第三行
  GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
  GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6);
  GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_7);
  GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8);
  
  //掃描第三列
  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;
    }
  }
  
  //掃描第四行
  GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
  GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6);
  GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_7);
  GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8);
  
  //掃描第四列
  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) 讀取GPIO引腳的電平（配置為輸入模式）；
一般檢測到低電平後延時一會再次檢測，是常見的消抖手段，防止誤觸；

#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;
    }
    
  }
  
}

STM32單片機學習3--STM32控制鍵盤

一、前言

二、GPIO的8種工作模式

三、按鍵試驗

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