普中STM32F103ZET6开发攻略（二）

article/2025/7/5 23:57:08

接上文：普中STM32F103ZET6开发攻略（一）-CSDN博客

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目录

接上文：普中STM32F103ZET6开发攻略（一）-CSDN博客

2.GPIO端口实验_按键控制：

2.1 实验目的：

2.2 实验环境：

2.3 实验原理

2.4 实验思路

2.4.1 硬件电路

2.5 实验代码

2.5.1 LED头、源

2.5.2 key头、源

2.5.3 beep头、源

2.6 实验思考和拓展

2.6.1 如何改进按键消抖方法，使其更加可靠？

2.6.2 如何修改程序，实现不同按键组合的功能（如同时按下两个按键）？

2.6.3 如何实现按键长按与短按的区分，并执行不同功能？

2.6.4 按键扫描可以用中断方式替代轮询方式吗？两种方式各有什么优缺点？

2.7 注意事项

2.GPIO端口实验_按键控制：

2.1 实验目的：

  1. 熟悉STM32F10x微控制器的GPIO口结构和基本操作

  2. 掌握STM32标准库函数对GPIO输入和输出的配置方法

  3. 学会使用按键输入控制LED和蜂鸣器的工作状态

  4. 理解按键消抖原理并实现稳定的按键检测

2.2 实验环境：

  • 开发板：STM32F103ZET6

  • IDE：Keil MDK 5 /Visual Studio

  • 调试工具：CMSIS-DAP

  • 电路连接：

    • LED0 接 PB5 引脚

    • LED1 接 PE5 引脚

    • KEY0 接 PE4 引脚

    • KEY1 接 PE3 引脚

    • KEY2 接 PE2 引脚

    • WK_UP 接 PA0 引脚

2.3 实验原理

1. 按键输入原理

STM32的GPIO可配置为输入模式，用于检测外部按键状态。按键输入模式包括： (1) 上拉输入：默认高电平，按下按键后为低电平 (2) 下拉输入：默认低电平，按下按键后为高电平 本实验中KEY0、KEY1、KEY2采用上拉输入方式，KEY_UP采用下拉输入方式。

模式分类具体模式核心特点典型应用
输入模式浮空输入（GPIO_Mode_IN_FLOATING）无内部上下拉，电平由外部决定外部信号采集（需外部上下拉）
上拉输入（GPIO_Mode_IPU）内部上拉，默认高电平按键输入（低电平有效）
下拉输入（GPIO_Mode_IPD）内部下拉，默认低电平按键输入（高电平有效）
模拟输入（GPIO_Mode_AIN）连接 ADC，禁用数字输入功能ADC 模数转换
输出模式开漏输出（GPIO_Mode_Out_OD）需外部上拉，支持线与逻辑I2C 总线、电平转换
推挽输出（GPIO_Mode_Out_PP）直接输出高低电平，驱动能力强LED 控制、普通数字信号
开漏复用功能（）（GPIO_Mode_AF_OD）外设驱动，需外部上拉SPI/I2C 外设输出
推挽复用功能（GPIO_Mode_AF_PP）外设驱动，直接输出高低电平USART/CAN 外设输出

2. 按键消抖技术 机械按键在按下或释放时会产生抖动，导致一次按键操作被多次检测。消抖的常用方法有： (1) 延时消抖：检测到按键状态变化后，延时一段时间再次检测确认 (2) 连续采样消抖：连续多次采样按键状态，确认状态稳定才视为有效

3. LED和蜂鸣器控制原理

本实验板上的LED采用共阳极连接方式，GPIO输出低电平时LED点亮；蜂鸣器则是GPIO输出高电平时发声。

2.4 实验思路

2.4.1 硬件电路

本实验使用STM32F10x开发板上的按键、LED灯和蜂鸣器进行测试。LED1连接到PB5，LED2连接到PE5，KEY_UP连接到PA0（下拉输入），KEY0连接到PE4，KEY1连接到PE3，KEY2连接到PE2（上拉输入），蜂鸣器连接到PB8，接线图如下：

由上图可知：KEY0、KEY1、KEY2采用上拉输入方式，KEY_UP采用下拉输入方式。

为了完成实验目的：

我们需要在项目工程中，在实验一的基础上新建两个“库函数”：key.c+beep.c

由于实验二的实验目的与实验一的不一样所以Led头、源文件需要重新写。

2.5 实验代码

2.5.1 LED头、源

led.h

#ifndef __LED_H
#define __LED_H
​
#include "stm32f10x.h"
​
#define LED0_GPIO_PORT GPIOB
#define LED0_GPIO_PIN  GPIO_Pin_5 //LED0
​
#define LED1_GPIO_PORT GPIOE
#define LED1_GPIO_PIN  GPIO_Pin_5 //LED1
​
void LED_Init(void);
void LED0_TOGGLE(void);
void LED1_ON(void);
void LED1_OFF(void);
​
#endif
​

led.c

#include "led.h"
​
void LED_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;// 开启 GPIOB 和 GPIOE 的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);
​//配置PB5（LED0）GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED0_GPIO_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(LED0_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
​//配置PE5（LED1）GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED1_GPIO_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(LED1_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
​//低电平输出GPIO_ResetBits(LED0_GPIO_PORT, LED0_GPIO_PIN);GPIO_ResetBits(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN);
}
​
void LED0_TOGGLE(void)
{LED0_GPIO_PORT->ODR ^= LED0_GPIO_PIN;
}
​
void LED1_ON(void)
{GPIO_ResetBits(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN);
}
​
void LED1_OFF(void)
{GPIO_SetBits(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN);
}
​

2.5.2 key头、源

key.h

#ifndef __KEY_H
#define __KEY_H
​
#include "stm32f10x.h"
​
// GPIO 输入宏
#define PAin(n)  (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, (1 << (n))))
#define PEin(n)  (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE, (1 << (n))))
​
// 按键 GPIO 宏定义
#define KEY0_PIN      GPIO_Pin_4
#define KEY1_PIN      GPIO_Pin_3
#define KEY2_PIN      GPIO_Pin_2
#define KEY_UP_PIN    GPIO_Pin_0
​
#define KEY_PORT      GPIOE
#define KEY_UP_PORT   GPIOA
​
#define KEY_UP        PAin(0)
#define KEY0          PEin(4)
#define KEY1          PEin(3)
#define KEY2          PEin(2)
​
// 返回值宏定义
#define KEY_UP_PRESS  1
#define KEY0_PRESS    2
#define KEY1_PRESS    3
#define KEY2_PRESS    4
​
void KEY_Init(void);
u8 KEY_Scan(u8 mode);
​
#endif
​

key.c

#include "key.h"
#include "delay.h"
​
void KEY_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);
​// KEY_UP: 下拉输入GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = KEY_UP_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;GPIO_Init(KEY_UP_PORT, &GPIO_InitStructure);
​// KEY0, KEY1, KEY2: 上拉输入GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = KEY0_PIN | KEY1_PIN | KEY2_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;GPIO_Init(KEY_PORT, &GPIO_InitStructure);
}
​
u8 KEY_Scan(u8 mode)
{static u8 key_up = 1;
​if (mode) key_up = 1;
​if (key_up && (KEY_UP || !KEY0 || !KEY1 || !KEY2)){Delay_ms(10);  // 消抖key_up = 0;if (KEY_UP)   return KEY_UP_PRESS;if (!KEY0)    return KEY0_PRESS;if (!KEY1)    return KEY1_PRESS;if (!KEY2)    return KEY2_PRESS;}else if (!KEY_UP && KEY0 && KEY1 && KEY2){key_up = 1;}
​return 0;
}
​

2.5.3 beep头、源

bepp.h

#ifndef __BEEP_H
#define __BEEP_H
​
#include "stm32f10x.h"
​
#define BEEP_GPIO_PORT GPIOB
#define BEEP_GPIO_PIN  GPIO_Pin_8
​
void BEEP_Init(void);
void BEEP_ON(void);
void BEEP_OFF(void);
​
#endif
​

beep.c

#include "beep.h"
​
void BEEP_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
//初始化各项参数：GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = BEEP_GPIO_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(BEEP_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
​GPIO_ResetBits(BEEP_GPIO_PORT, BEEP_GPIO_PIN);  // 默认关闭蜂鸣器
}
​
void BEEP_OFF(void)
{GPIO_ResetBits(BEEP_GPIO_PORT, BEEP_GPIO_PIN);
}
​
void BEEP_ON(void)
{GPIO_SetBits(BEEP_GPIO_PORT, BEEP_GPIO_PIN);
}
​

实验现象：

DS0指示灯会不断闪烁（200ms翻转一次）

按下KEY_UP键，DS1指示灯点亮

按下KEY2键，DS1指示灯熄灭

按下KEY1键，蜂鸣器发声

按下KEY0键，蜂鸣器停止发声

2.6 实验思考和拓展

2.6.1 如何改进按键消抖方法，使其更加可靠？

传统的延时消抖存在阻塞问题，可通过以下方式优化：

改进方案：

  1. 双阈值检测：同时设置按下阈值和释放阈值（如按下 > 20ms，释放 > 15ms）

  2. 状态机设计：将按键状态分为 "未按下 - 抖动 - 已按下 - 释放抖动" 等状态

  3. 定时器扫描：使用硬件定时器进行定时检测，避免阻塞主程序

  4. 滤波算法：采用一阶 RC 滤波或滑动平均滤波处理按键信号

2.6.2 如何修改程序，实现不同按键组合的功能（如同时按下两个按键）？

实现思路：

  1. 定义组合键映射表：将按键组合与功能函数关联

  2. 扫描所有按键状态：记录每个按键的独立状态

  3. 状态比对：检测是否符合预定义的组合模式

例如：
// 定义按键掩码
#define KEY1_MASK (1 << 0)
#define KEY2_MASK (1 << 1)
#define KEY3_MASK (1 << 2)
​
// 组合键处理函数
void HandleKeyCombination(uint8_t key_mask) {switch(key_mask) {case KEY1_MASK:          // 单按KEY1Function1(); break;case KEY2_MASK:          // 单按KEY2Function2(); break;case KEY1_MASK|KEY2_MASK: // 同时按KEY1+KEY2Function3(); break;case KEY1_MASK|KEY3_MASK: // 同时按KEY1+KEY3Function4(); break;// 其他组合...}
}
​
// 主循环中调用
void MainLoop(void) {uint8_t key_mask = 0;if(IS_KEY1_PRESSED) key_mask |= KEY1_MASK;if(IS_KEY2_PRESSED) key_mask |= KEY2_MASK;if(IS_KEY3_PRESSED) key_mask |= KEY3_MASK;HandleKeyCombination(key_mask);
}
2.6.3 如何实现按键长按与短按的区分，并执行不同功能？

实现方案：

  1. 定时器计时：按下按键时启动定时器，释放时停止

  2. 时间阈值判断：超过长按阈值（如 1 秒）为长按，否则为短按

  3. 状态标志：使用标志位区分长按 / 短按回调

2.6.4 按键扫描可以用中断方式替代轮询方式吗？两种方式各有什么优缺点？

中断方式：

  • 优点：实时响应、不占用 CPU 资源、适合低功耗设计

  • 缺点：需处理中断优先级、可能受噪声干扰、抖动处理复杂

  • 适用场景：需要立即响应的场合（如紧急停止按键）

轮询方式：

  • 优点：实现简单、可靠性高、可批量处理多个按键

  • 缺点：占用 CPU 资源、响应不及时（取决于扫描周期）

  • 适用场景：按键数量较多、对响应时间要求不高的场合

推荐方案：

  • 使用中断检测按键动作，进入中断后启动定时器消抖

  • 消抖完成后在定时器回调函数中处理按键事件

  • 既保证实时性，又避免抖动干扰

2.7 注意事项

(1) 按键检测时需要注意输入模式的选择（上拉或下拉）和实际电平变化方向

(2) 按键消抖是保证按键检测可靠性的关键

(3) 使用标准库函数时，需要注意头文件的包含和依赖关系

(4) GPIO操作前必须先使能对应的外设时钟

(5) 避免在主循环中设置过长的延时，以免影响按键响应速度

文章有写的不当的地方，欢迎在评论区中指正修改。如果感觉文章实用对你有帮助，欢迎点赞收藏和关注，你的点赞关注就是我动力，大家一起学习进步。

有不懂的可以在评论区里提出来哟，博主看见后会及时回答的。


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