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STM32GPIO输入实战-按键key模板及移植

news 来源：原创 2025/7/13 0:00:25

STM32GPIO输入实战-按键key模板及移植

一，按键模板展示
二，按键模板逻辑
- 1，准备工作：头文件与全局变量
- 2，读取硬件状态：key_read_raw()
- 3,核心处理：`key_process_simple()` 的四行代码
三，HAL_GPIO_ReadPin()解读
- 1，功能与作用
- 2，参数拆解
- 3，返回结果
- 4，应用场景
- 5，硬件抽象层
四，按键模板移植
- 1，模板移植
- 2，移植修改

一，按键模板展示

“key_app.c”

#include "key_app.h"uint8_t key_val,key_old,key_down,key_up;uint8_t key_read()
{uint8_t temp = 0;if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, key1_Pin) == GPIO_PIN_RESET) temp = 1; if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, key2_Pin) == GPIO_PIN_RESET) temp = 2; if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, key3_Pin) == GPIO_PIN_RESET) temp = 3; if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, key4_Pin) == GPIO_PIN_RESET) temp = 4; if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOD, key5_Pin) == GPIO_PIN_RESET) temp = 5; if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOD, key6_Pin) == GPIO_PIN_RESET) temp = 6; return temp;
}void key_task()
{key_val = key_read();key_down = key_val & (key_old ^ key_val);key_up = ~key_val & (key_old ^ key_val);key_old = key_val;if(key_down == 1){ucLed[0] ^= 1;}}

“key_app.h”

#ifndef __KEY_APP_H__
#define __KEY_APP_H__#include "mydefine.h"void key_task(void);#endif

移植时需要修改引脚

二，按键模板逻辑

上面的模板是我在51单片机中使用的，它仅用四行核心代码实现的按键处理，它非常适合资源极其有限，或者只需要判断按键"按下"和"松开"两种状态的简单场景。虽然简洁，但牺牲了去抖动和复杂功能。

1，准备工作：头文件与全局变量

假设我们有一个 key_app.h 文件，包含了必要的 HAL 库定义。我们需要几个全局变量来存储按键的状态信息：

#include "key_app.h"uint8_t key_val,key_old,key_down,key_up;

或者

#include "key_app.h" // 包含必要的定义// 使用更明确的变量名
uint8_t g_key_current_state = 0; // 当前按键值 (哪个键按下? 0代表无)
uint8_t g_key_previous_state = 0; // 上一次循环检测到的按键值
uint8_t g_key_pressed_flag = 0; // 按键按下的标志 (哪个键刚被按下?)
uint8_t g_key_released_flag = 0; // 按键释放的标志 (哪个键刚被释放?)

2，读取硬件状态：key_read_raw()

这个函数直接与硬件打交道，读取引脚电平。假设按键按下时引脚为低电平 (GPIO_PIN_RESET)。我们给函数加上 “raw” 后缀，强调它读取的是未经处理的原始状态。

// 读取按键原始状态 (无去抖)
uint8_t key_read_raw(void) {uint8_t key_value = 0; // 初始化为0 (无按键)// 假设 KEY1-3 在 GPIOB, KEY4 在 GPIOAif(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET) key_value = 1; // KEY1if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET) key_value = 2; // KEY2if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_2) == GPIO_PIN_RESET) key_value = 3; // KEY3if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET) key_value = 4; // KEY4 (WK_UP)return key_value; // 返回当前按下的按键编号 (1-4)，或 0
}

警告：这是最基础的读取，完全没有考虑按键抖动。在实际硬件上，按键按下和松开的瞬间，物理触点会快速通断多次，导致电平跳变。这个函数可能会在一次"按下"中读到多次0和1的交替。此方法仅适用于对实时性要求不高、能容忍偶尔误判或抖动不明显的场合。

3,核心处理：`key_process_simple()` 的四行代码

这四行代码利用位运算，巧妙地捕捉状态变化：

// 极简按键处理函数
void key_process_simple(void) {// 1. 读取当前原始状态g_key_current_state = key_read_raw();// 2. 检测哪些键【刚刚按下】(之前是0/未按，现在是1/按下)//    - (g_key_previous_state ^ g_key_current_state) 找出所有状态变化的位//    - & g_key_current_state 保留那些当前状态为1 (按下) 的变化位g_key_pressed_flag = g_key_current_state & (g_key_previous_state ^ g_key_current_state);// 3. 检测哪些键【刚刚释放】(之前是1/按下，现在是0/未按)//    - (g_key_previous_state ^ g_key_current_state) 同样找出所有状态变化的位//    - & ~g_key_current_state (或 & g_key_previous_state) 保留那些当前状态为0 (释放) 的变化位g_key_released_flag = ~g_key_current_state & (g_key_previous_state ^ g_key_current_state);// 等效写法: g_key_released_flag = g_key_previous_state & (g_key_previous_state ^ g_key_current_state);// 4. 更新上一次的状态，为下一次比较做准备g_key_previous_state = g_key_current_state;
}

如何使用？
在程序的初始化部分调用一次 key_process_simple() (或手动将 g_key_previous_state 初始化为 key_read_raw() 的结果)。
在主循环或定时器中断（推荐，如每 10-20ms）中周期性地调用 key_process_simple()。
在需要检查按键的地方，检查 g_key_pressed_flag 和 g_key_released_flag 的值。例如，if (g_key_pressed_flag == 1) { /* KEY1 被按下了 */ }。记得在处理完标志后将其清零，避免重复触发。
这种方法的优点是代码量极少，逻辑直接；缺点是抗干扰能力差，无法区分长按、短按、双击等复杂操作。

也可以

	key_val = key_read();key_down = key_val & (key_old ^ key_val);key_up = ~key_val & (key_old ^ key_val);key_old = key_val;

三，HAL_GPIO_ReadPin()解读

前面的 key_read_raw() 函数用到了 HAL_GPIO_ReadPin()。这是 STMicroelectronics 公司提供的 HAL (硬件抽象层) 库中的一个标准函数。理解它是进行 GPIO 输入操作的基础。

1，功能与作用

一句话概括：读取指定 GPIO 引脚当前的电平是高 (High / 1) 还是低 (Low / 0)。

官方定义 (函数原型):

GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

这里的 GPIO_PinState 是一个枚举类型，定义了两种可能的状态。

2，参数拆解

GPIO_TypeDef *GPIOx: 这是指向 GPIO 端口寄存器结构体的指针。你需要告诉函数你想操作哪个"大门"（端口），比如 GPIOA, GPIOB 等。这些宏通常在芯片对应的 HAL 库头文件中定义。
uint16_t GPIO_Pin: 这是一个 16 位的无符号整数，用来指定你要读取这个"大门"上的哪个"小门"（具体的引脚）。例如 GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_1, …, GPIO_PIN_15。这些也是预定义的宏，对应引脚编号。

3，返回结果

函数执行后，会返回一个 GPIO_PinState 类型的值，代表读取到的引脚状态：

GPIO_PIN_SET: 表示引脚当前是高电平。通常数值上等于 1。
GPIO_PIN_RESET: 表示引脚当前是低电平。通常数值上等于 0。
你可以直接用 == 来比较返回值，例如 if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET)。
下面是GPIO_PinState的定义

typedef enum
{GPIO_PIN_RESET = 0,GPIO_PIN_SET
}GPIO_PinState;

4，应用场景

作为读取引脚状态的基础，它无处不在：
按键检测: 判断按键是否被按下（检测是高还是低）。
传感器状态读取: 获取数字传感器（如霍尔传感器、红外对管）的输出信号。
状态指示灯确认: （较少见）读取某个引脚是否被外部拉高/拉低。
简单通信协议: 在软件模拟 I2C、SPI 或自定义协议时，读取数据线或状态线。

5，硬件抽象层

我们调用 HAL_GPIO_ReadPin() 时，实际上 HAL 库为我们做了这些事：

定位寄存器: 根据你传入的 GPIOx (如 GPIOA)，找到对应端口的输入数据寄存器 (IDR - Input Data Register) 的内存地址。
读取与位操作: 读取整个 IDR 寄存器的值。然后，根据你传入的 GPIO_Pin (如 GPIO_PIN_5)，通过位掩码 (Bit Masking) 和位移 (Bit Shifting) 操作，精确地提取出代表该引脚状态的那一位 (0 或 1)。
返回标准状态: 将提取出的 0 或 1 转换为标准的 GPIO_PIN_RESET 或 GPIO_PIN_SET 枚举值返回。

HAL 库的意义就在于此：它屏蔽了底层寄存器的复杂细节，提供了一套统一、易用的接口。即使未来 ST 公司推出了新的芯片，只要它们遵循 HAL 标准，你的代码（理论上）只需要很小的改动就能移植过去，这就是硬件抽象的好处。

四，按键模板移植

有了前面led的移植经验，移植按键将快很多

1，模板移植

打开要移植的工程APP文件，将上面展示的按键.c.h文件粘贴过来
在这里插入图片描述
打开CubeMX，根据原理图生成GPIO输入相关代码

我的原理图为：引脚被上拉，所以选上拉输入模式，引脚有6个即A0,A1,C0,C1,C2,C3

在CubeMX中选择引脚为输入模式

选择上拉输入，标签/宏定义随意

点击生成代码，生成完毕后，关闭（我的工程已经打开）
在这里插入图片描述
回到工程，重新加载

确定更换芯片

停止等待

更换芯片

每次重新生成代码时，都需要重新选择芯片

将桌面上的key文件添加的keil,移植完毕
在这里插入图片描述

2，移植修改

移植完毕后发现ucLed在key_app.c中没有定义，key_app.c引用key_app.h文件
在这里插入图片描述
而key_app.h只引用了mydefine.h（这里会包含所有自定义头文件）

跳转到mydefine.h，它调用了所有头文件，包括led相关的头文件，但是依旧包led相关变量未定义的错，

因为led_app.h只声明了led相关的函数，没有声明ucLed变量
在这里插入图片描述
只需将led_app.c中的ucLed引用过来即可（用extern)

此时编译不在报错，但是为了让其他底层使用key_app.c中的函数，需要将key的头文件也添加到mydefine.h中

接下来修改引脚
在main.h中可以看到CubeMX生成的引脚宏定义
在这里插入图片描述
但是直接将key模板移植过来时，模板的引脚和我们使用的引脚不匹配

修改模板引脚成为我们需要的引脚

最后在调度器中加上任务函数