我在高职教STM32——GPIO入门之按键输入（2）

        大家好，我是老耿，高职青椒一枚，一直从事单片机、嵌入式、物联网等课程的教学。对于高职的学生层次，同行应该都懂的，老师在课堂上教学几乎是没什么成就感的。正因如此，才有了借助 CSDN 平台寻求认同感和成就感的想法。在这里，我准备陆续把自己花了很多心思的教学设计分享出来，主要面向广大师生朋友，单片机老鸟就略过吧。欢迎点赞+关注，各位的支持是本人持续输出的动力，多谢多谢！

        前面，我们介绍了STM32的IO口作为输出的使用，这一章，我们将向大家介绍如何使用IO口作为输入。在本章中，我们将利用开发板上的按键来控制LED的亮灭。通过本章的学习，我们将明白按键的电路原理，了解按键消抖是怎么回事，巩固GPIO的初始化配置，学习GPIO端口输入函数等知识。

【学习目标】

1. 了解按键防抖、锁存的方法
2. 巩固GPIO初始化的过程，独立完成代码编写
3. 理解按键单击、双击、长按的程序算法

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        按键是初学嵌入式的第一类输入器件，入门不难，但是一旦按法多样化（单击/双击/长按），或是结合其他被控器件，就需要用上中断、定时器、状态机等知识，难度也就上来了。本章还是基于GPIO输入电平的传统方法来按键，计划分两个部分，本文是第二部分。

三、按键的单击/双击/长按

        电子产品上的轻触按键，除了单击，双击和长按也是比较普遍的输入方式，这样可以在同一个按键上实现更多的控制效果，鼠标就是典型的例子。上一节的程序仅能检测单击这个动作，这一节，我们就来学习一下如何通过一定算法，把这三种动作都能检测出来。

3.1 编程要点

        我们来分析三种动作的按键IO口电平变化，如图7所示，看看各自有何特征。首先，无论何种动作，都是从按下这个动作开始的。接下来，就是要看按下的时长了，如果超过了长按标准（图中的S3，如2s），那么毫无疑问肯定是长按了，也就排除了单击和双击。因此，从逻辑上来看，判断出长按所需的条件是最少的。

        其次，如果按下的时长小于S3，也就是说没到长按标准就松开了，那么就只能是单击或双击其中一种可能。这时，看的就是松开的时长了，如果超过了两次单击间隔标准（图中的D1，如250ms），那么就不是双击了，只能是单击。反之，就是双击。所以，单击或双击的判断依据就变成了“按下时长小于S3 且 松开时长是否小于D1”这样的双重条件了。

        最后，还有一种可能，那就是无动作。当然，发生这种情况的条件是没有按下这个动作发生。这种情况其实是程序的初态，或者说是完成一次按键动作后应该回归的状态。至此，本程序的目的就是要通过一系列条件判断得到“单击/双击/长按/无动作”其中一种结果。

3.2 代码剖析

        本实验的硬件电路和工程文件清单跟上一个实验一样，但文件中的代码发生了较大变化，因此我们将上一个实验的工程文件另存一份再进行编写，这样不会混淆。需要说明的是，这里为了节省篇幅和排版需要，一些与之前重复的代码做了省略，阅读时请注意，完整的源码请阅读本实验配套的工程。

1. key.h文件源码

        如代码清单4所示，这个头文件了增加了很多跟按键动作有关的宏，其实就是把每个按键的每一种可能都起好名字，编好数字。当然，还有一个用来扫描按键动作的函数声明 Key_Scan()，其代码也是本实验的重点。

//-------------------------------------------------------
// 代码清单4：补充与完善后的key.h
//-------------------------------------------------------
 
#ifndef  _KEY_H_
#define  _KEY_H_
 
#include "stm32f10x.h"
 
//-------------------------------------------------------
// 与按键状态和动作有关的宏定义
//-------------------------------------------------------
#define  KEY_DOWN		0
#define  KEY_UP			1
 
#define  KEY1_DOWN		10
#define  KEY1_UP		11
#define  KEY1_DOUBLE	12
#define  KEY1_DOWNLONG	13
 
#define  KEY2_DOWN		20
#define  KEY2_UP		21
#define  KEY2_DOUBLE	22
#define  KEY2_DOWNLONG	23
 
#define  KEY3_DOWN		30
#define  KEY3_UP		31
#define  KEY3_DOUBLE	32
#define  KEY3_DOWNLONG	33
 
#define  KEY4_DOWN		40
#define  KEY4_UP		41
#define  KEY4_DOUBLE	42
#define  KEY4_DOWNLONG	43
 
#define  KEY_NONE		255
 
#define  KEYDOWN_LONG_TIME	200		//长按标准，单位为10ms
 
//-------------------------------------------------------
// 必要的宏定义
//-------------------------------------------------------
#define  KEY1_PIN     GPIO_Pin_13
#define  KEY2_PIN     GPIO_Pin_11
#define  KEY3_PIN     GPIO_Pin_12
#define  KEY4_PIN     GPIO_Pin_2
 
//-------------------------------------------------------
// 库函数操作宏定义
//-------------------------------------------------------
#define  READ_KEY1	GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, KEY1_PIN)
#define  READ_KEY2	GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, KEY2_PIN)
#define  READ_KEY3	GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, KEY3_PIN)
#define  READ_KEY4	GPIO_ReadInputDataBit(GPIOD, KEY4_PIN)
 
//--------------------------------------------------------
// 函数声明
//--------------------------------------------------------
void Key_Init(void);	//按键初始化函数
u8 Key_Scan(void);	    //按键扫描函数	
 
#endif

2. key.c文件源码

        我们主要对该文件中的 Key_Scan() 函数源码进行剖析，如代码清单5所示，请大家结合上面的编程要点来阅读源码。

/**
************************************************************
* 代码清单5：在key.c中补充的按键扫描函数
* 函数名称：Key_Scan
* 函数功能：按键IO口扫描
* 入口参数：无
* 返回参数：单击/双击/长按/无动作对应编号
* 说    明：
************************************************************
*/
u8 Key_Scan(void)
{
	u8 downCount = 0, upCount = 0;	//按下和松开的计时变量，单位10ms
	u8 clickDoubleFlag = 0;			//单/双击标志，0为单击，1为双击
 
	/*------------------- 以下是检测过程 ----------------------*/
	if(READ_KEY1 == KEY_DOWN)
	{
		delay_ms(10);			    //10ms消抖
		if(READ_KEY1 == KEY_DOWN)	//确认按下，开始检测
		{
			while(READ_KEY1==KEY_DOWN && downCount
			{	//提前松开按键或按下超过规定时长都会退出循环
				downCount++;	//按下期间计数值累加
				delay_ms(10);	//累加1次的时长
			}
			if(downCount>=KEYDOWN_LONG_TIME)	//说明前面是长按导致的退出
			{
				while(READ_KEY1 == KEY_DOWN);	//等待按键松开
				return KEY1_DOWNLONG;		    //返回长按结果
			}
			else	//说明前面是短按导致的退出，则进行单/双击检测
			{
				for(upCount=0; upCount<25; upCount++)
				{	//在松开期间检测是否有二次按下
					delay_ms(10);
					if(READ_KEY1 == KEY_DOWN)	//有二次按下
					{
						clickDoubleFlag = 1;		    //置双击标志
						while(READ_KEY1 == KEY_DOWN);	//等待按键松开
						return KEY1_DOUBLE;			    //返回双击结果
					}
				}
				if(clickDoubleFlag == 0)	//退出循环发现仍为单击标志
					return KEY1_DOWN;		//返回单击结果
			}
		}
	}
		
	/*---------------------- 扫描按键2/3/4的过程同上 ----------------------*/
	
	return KEY_NONE;	//无按下动作或扫描完成，返回无动作结果
}

        以上代码给出了扫描KEY1按键的过程，由于判断的条件较多且相互嵌套，理解起来是有一点难度的，大家阅读时可以借助Keil的代码收缩和展开的功能（如图8所示），先理清总体上的逻辑关系，再逐层展开仔细阅读，体会编程思路在代码层面上的实现。

3. main.c文件源码

        主程序比较简单，如代码清单6所示，主循环中不断根据按键扫描函数的返回值来控制LED的亮灭。单击KEY1，改变红灯状态；双击KEY1，改变绿灯状态；长按KEY1，改变黄灯状态。

/**
  ******************************************************************************
  * 代码清单7：main.c
  * 应用：按键单击/双击/长按控制LED
  * 平台：麒麟座开发板V3.2
  * 作者：老耿
  * 日期：yyyy-mm-dd
  * 修改：无
  ******************************************************************************
  */  
 
//必要的头文件
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "led.h"
 
int main()
{
	delay_init();
	LED_Init();
	Key_Init();
	
	while(1)
	{
		switch(Key_Scan())
		{
			case KEY1_DOWN:     RED_TOG();    break;
			case KEY1_DOUBLE:   GREEN_TOG();  break;
			case KEY1_DOWNLONG: YELLOW_TOG(); break;
			default: break;
		}
	}
}

四、再谈延时和消抖方法

        上面的两个实验我们都是用简单的延时实现了按键的消抖。对于这种很简单的演示程序，这样写没问题，但是在实际做项目开发时，程序量往往很大，各种状态值也很多，while(1)主循环要不停的扫描各种状态值是否发生变化，及时的进行任务调度。如果程序中加了这种delay延时操作，则很可能有一件事发生了，但程序还在进行delay延时操作中，而delay结束再去检查那件事的时候，已经晚了。

        为了避免这种情况的发生，要尽量缩短while(1)循环一次所用的时间，而需要进行长时间延时的操作，必须用其他办法来处理，比如通过IO口的外部中断机制或交给专门的定时器去扫描，这些内容我们将在后续的章节讲到。这里只是先给大家强调一种编程的意识，不光是用来消抖的延时，其它任务的延时亦是如此。

（第二部分完，本文结束）