STM32单片机学习3--STM32控制键盘

一、前言

单片机型号：STM32F103C8T6

开发环境：Keil5

二、GPIO的8种工作模式

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、按键试验

1、原理

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；

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；

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

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；

#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;
    }
    
  }
  
}

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