蓝桥杯中GPIO输入之按键实验

撞上电子

第一节 按键的基本知识   按键按照结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关灯；另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。前者造价低，后者寿命长。目前，微机系统中最常见的是触点式开关按键。
在单片机应用系统中，除了复位按键有专门的复位电路及专一的复位功能外，其他按键都是以开关状态来设置控制功能或输入数据的。当所设置的功能键或数字键按下时，计算机应用系统应完成该按键所设定的功能，按键信息输入时与软件结构密切相关的过程。
' ?; U3 F( P+ r6 o& F对于一组按键或一个键盘，总有一个接口电路与MCU相连。MCU可以采用查询或中断方式了解有无将按键输入，并检查是哪一个按键按下，将该键号送入程序，然后通过指令转入执行该键的功能程序，执行完成后再返回主程序。
& u+ J0 a1 W7 z& q! W# n按键通常使用机械触点式按键开关，其主要功能式把机械上的通断转换为电气上的逻辑关系。也就是说，它能提供标准的TTL逻辑电平，以便于通用数字系统的逻辑电平相容。机械式按键再按下或释放时，由于机械弹性作用的影响，通常伴随有一定的时间触点机械抖动，然后其触点才稳定下来。

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: @: N9 l5 L8 k2 f! i  C   
# Y5 d5 ^% D: p抖动时间的长短与开关的机械特性有关，一般为5~10ms。在触点抖动期间检测按键的通与断，可能导致判断出错，即按键一次按下或释放错误的被认为是多次操作，这种情况是不允许出现的。为了克服按键触点机械抖动所致的检测误判，必须采取消抖措施。硬件的消抖方案有很多种：在按键引脚与微控制器之间添加外部电路元件，如电容、电阻或Schmitt触发器等，这些电路元件可以滤除按键的电气噪音，提供更稳定的电平信号。
+ H# ~- D6 c& b9 f4 z  a单片机控制系统中，如果只需要几个功能键，此时，可采用独立式按键结构。独立按键式直接用I/O口构成的单个按键电路，其特点式每个按键单独占用一根I/O口，每个按键的工作不会影响其他I/O口的状态。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一个I/O口，因此，在按键较多时，I/O口浪费较大，不宜采用。
; ~% n( e5 k" K) e  u独立按键的软件常采用查询式结构。先逐位查询与I/O口的输入状态，如某一根I/O口输入为低电平，则可确认该I/O口所对应的按键已按下，然后，再转向该键的功能处理程序。
单片机按键一般通过配备上拉电阻来实现输入端高低电平的切换。

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, y9 T+ B3 O1 o( ^( b: M8 U- |* e4条输入线接到单片机的IO口上，当按键K1按下时，+5V通过电阻R1然后再通过按键K1最终进入GND形成一条通路，那么这条线路的全部电压都加到了R1这个电阻上，KeyIn1这个引脚就是个低电平。当松开按键后，线路断开，就不会有电流通过，那么KeyIn1和+5V就应该是等电位，是一个高电平。我们就可以通过KeyIn1这个IO口的高低电平来判断是否有按键按下。   
第二节 硬件解读
  W8 C) e* w0 r* X2 M0 M) H% T  A' ?  

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* n4 N- M6 M! n; r从图中我们可以看出，蓝桥杯物联网开发板上面有2个可编程按键，分别连接到PA8和PB8。如果PA8是高电平，就证明按键没有被按下，反之则被按下。
: x: u" w5 e0 B* D1 J; f第三节 CubeMX配置
: W) W* y4 b# S! J, D  第一步：配置PA8和PB8为输入模式，如下：   
8 L  f0 h9 d; `! [. `4 `& X

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# L, i8 e% Y  V( j9 s, x* C$ g第二步：配置GPIO为上拉，并配置用户标签，如下图，

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/ N+ L, a3 e! O7 N; l   
. C0 [9 \7 X. t. Y其中：具体配置信息如下：
           
GPIO mode：表示输入模式，固定可为输入模式(Input mode)；
           
! K  F, |; e; ^$ AGPIO Pull-up/Pull-down：表示是否上下拉，可配置为上拉(Pull-up)或者下拉(Pull-down)或不上拉也不下拉(No Pull-up and no Pull-down)；
3 l; P( X; g! C& p7 g3 u2 G) c           
User Label:表示用户标签，可修改IO口名称，比如可写入KEY，把IO口名称变为KEY；
               
1 H% W% `. |% o' l# f# a2 s6 I9 \第四节 MDK代码
  
0 Q+ C$ y9 M9 J: ]# |

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结合上图，可以看出需要20ms的消抖时间。所以按键的模板代码如下：

jp41n2nt2k364049706155.png

不要忘记在.h文件中声明哦：   
( h6 o0 ]$ l: I$ h$ m  ~- e

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最后我们在while中读取按键，就可以啦：
) P& s% \8 c. h4 ]8 P  B

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第五节 实验现象  
- `, X9 _8 S/ e) w, U  注意：
1，请用USB线连接电脑与开发板。
( X) u; a$ r4 G7 C  t: W7 G2，请选择A开发板。
现象：
1，按下按键ASW1，AL1翻转一次。
2，按下按键ASW2，AL2翻转一次。   
( o" ~, S$ v/ i( z来源：撞上电子微信公众号
) d7 r4 T% H8 @版权：东莞市东城墨竹公子电子工作室
日期：2024.11.03
第六节 课后作业
  按下按键ASW1，AL3翻转。