STM32CubeIDE基础学习-KEY按键输入实验
前言
前面学习了GPIO作为输出功能的实验，现在来学习GPIO作为输入功能的实验，直接在BEEP的工程基础上进行添加KEY的功能代码就行，其它的功能不用修改。
实验目的：
学习配置GPIO作为输入功能使用，从而实现按键控制BEEP和LED状态翻转功能。
第1章 硬件介绍
本实验使用的开发板主控芯片是STM32F103C8T6，其核心原理图如下：
时钟来源使用的是外部高速8M晶振作为高速时钟。
KEY_UP按键接到芯片的PA0引脚上，KEY按键接到芯片的PA2引脚上，原理图如下图所示：
使用时需要注意它们的连接方式，它们两者是有区别的，代码配置是也会不一样，KEY_UP采用下拉输入模式，KEY采用上拉输入模式。
第2章 工程配置
本实验直接采用上一个蜂鸣器实验的工程作为基础模板，直接拷贝粘贴即可，然后在上面添加KEY的相关功能配置即可，其它不用修改，就不用再新建工程了。
2.1 工程外设配置部分
配置GPIO，如果找不到芯片引脚，可以在右下角进行搜索，就可以看到芯片对应的引脚出现黑色闪烁的，然后点击进行选择需要配置的功能即可。
鼠标左键点击该引脚，选择对应需要的功能，按键输入实验的使用选择配置为输入功能就行。如下图所示：
端口功能配置如下：
1、模式配置为输入模式。
2、更据硬件原理图来设置输出上拉/下拉。
3、User Label建议定义一个自己喜欢见名知意的名字，方便写程序时查看和方便使用。
具体的引脚配置如下图所示：
注意：为了确保能稳定正确读取到按键的触发电平，这里KEY_UP是需要配置下拉输入。
注意：为了确保能稳定正确读取到按键的触发电平，这里KEY是需要配置上拉输入。
RCC时钟、调试接口都不用修改，保持默认配置即可。
添加的引脚如下图所示
到此，整个工程需要新增的功能就配置完成了，接下来就可以生成代码工程进行代码编写了。
2.2 生成工程代码部分
可以按快捷键ALT+K，或者点击生成图标按钮生成代码工程。
生成后最终会显示下图这样的代码：
继承了前面的外设功能代码，接着就可以在上面添加自己需要实现的按键输入控制功能代码了。
第3章 代码编写
进入代码工程后，可以先点击编译一下代码，看代码工程是否会报错，如果没有警告和报错就可以进行代码编写了。不然如果在一开始的工程都报错了，后面就不好找问题了。
在main.h里面可以看到KEY相关的宏定义，如下图所示：
main函数里面的while循环里面可以写如下代码：
代码片示例如下：
if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_UP_GPIO_Port, KEY_UP_Pin) == GPIO_PIN_SET)/* KEY_UP按下 */
{
HAL_GPIO_TogglePin(BEEP_GPIO_Port, BEEP_Pin);
}
else if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIO_Port, KEY_Pin) == GPIO_PIN_RESET)/* KEY按下 */
{
HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);
}
代码这样写完后下载到开发板后运行，按下按键后，可以发现是可以控制蜂鸣器和LED灯，但是并不是很稳定，而且还会有概率控制不了的现象，能成功的是偶然概率。
经过结合按键的工作原理分析，这样写按键代码是不严谨的，这就是导致功能异常的原因。
这种轻触按键按下时是会有抖动的，那么就需要做适当的处理才行，可以通过硬件或者软件的方式进行消除该问题。为了节约成本，一般都会采取软件的方式进行处理。常用的就是延时消抖，一般给10-20毫秒的延时基本可以解决按键按下时的抖动问题了，避免再次出现毛刺现象。
通过测试，当在按键按下后加了延时效果确实好了很多，如下图所示：
经过分析，虽然误触发的情况确实好了很多，但是发现按键按下不松手时，LED或蜂鸣器就会一直在触发翻转，为了让按键每按下一次，放开才触发一次，那么就需要给按键添加一个松手检测的处理操作，就在while里面一直死等判断，等按键状态发生改变时则退出循环，说明按键被松开了。如下图所示：
代码片示例如下：
if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_UP_GPIO_Port, KEY_UP_Pin) == GPIO_PIN_SET) /* KEY_UP按下 */
{
HAL_Delay(20); /* 延时消抖 */
HAL_GPIO_TogglePin(BEEP_GPIO_Port, BEEP_Pin);
while(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_UP_GPIO_Port, KEY_UP_Pin) == GPIO_PIN_SET);/* 松手检测 */
}
else if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIO_Port, KEY_Pin) == GPIO_PIN_RESET) /* KEY按下 */
{
HAL_Delay(20); /* 延时消抖 */
HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);
while(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIO_Port, KEY_Pin) == GPIO_PIN_RESET); /* 松手检测 */
}
else
{
HAL_Delay(20); /* 延时消抖 */
}
添加完延时消抖和松手检测代码后，发现代码功能能达到预期效果了，说明这样写代码的逻辑是没问题的。
为了达到更佳的效果，可以适当添加按键按下确认判断语句，如下图所示：
代码片示例如下：
if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_UP_GPIO_Port, KEY_UP_Pin) == GPIO_PIN_SET) /* KEY_UP按下 */
{
HAL_Delay(20); /* 延时消抖 */
if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_UP_GPIO_Port, KEY_UP_Pin) == GPIO_PIN_SET) /* 确认KEY_UP按下 */
{
HAL_GPIO_TogglePin(BEEP_GPIO_Port, BEEP_Pin);
}
while(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_UP_GPIO_Port, KEY_UP_Pin) == GPIO_PIN_SET);/* 松手检测 */
}
else if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIO_Port, KEY_Pin) == GPIO_PIN_RESET) /* KEY按下 */
{
HAL_Delay(20); /* 延时消抖 */
if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIO_Port, KEY_UP_Pin) == GPIO_PIN_RESET) /* 确认KEY按下 */
{
HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);
}
while(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIO_Port, KEY_Pin) == GPIO_PIN_RESET); /* 松手检测 */
}
else
{
HAL_Delay(20); /* 延时消抖 */
}
到此，按键控制蜂鸣器和LED灯的代码就全部编写完成了。
附加部分
这样写出来的代码看上去代码量很多，很繁杂，可不可以再优化一下呢，当然可以的，可以再通过宏定义的方式进一步优化一下，让代码看起来更简略一些。
创建KEY文件夹，再创建key.h文件，在里面添加宏定义的代码如下图所示：
main文件里面的代码替换后如下图所示：
代码片示例如下：
while (1)
{
if(KEY_UP == GPIO_PIN_SET)
{
HAL_Delay(20); /* 延时消抖 */
if(KEY_UP == GPIO_PIN_SET) /* 确认按下 */
{
HAL_GPIO_TogglePin(BEEP_GPIO_PORT, BEEP_GPIO_PIN);
}
while(KEY_UP == GPIO_PIN_SET);/* 松手检测 */
}
else if(KEY == GPIO_PIN_RESET)
{
HAL_Delay(20); /* 延时消抖 */
if(KEY == GPIO_PIN_RESET) /* 确认按下 */
{
HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_PORT, LED_GPIO_PIN);
}
while(KEY == GPIO_PIN_RESET);/* 松手检测 */
}
else
{
HAL_Delay(20); /* 延时消抖 */
}
}
如果还要简短的，连BEEP翻转和LED翻转函数都可以进行宏定义，会更精简。
可以看到代码是短了许多，但还要注意main文件里面对应添加引入头文件路径才行，不然会报警告的。如下图所示：
添加完上面这些代码后，编译下载，就可以通过按键控制蜂鸣器和LED了。
第4章 实验现象
下载运行代码后，按一下WK_UP按键，可以让蜂鸣器的状态翻转，当长按不松手时，蜂鸣器会一直保持该状态，等松手再次按下后才会改变状态。同理，KEY按键也一样的现象。
总结
本实验实验使用的轻触按键是有抖动的，这种是按键本身的特性限制，无法避免，会有几毫秒的抖动毛刺，所以就需要通过延时来软件消除，通常给10ms差不多够了。如果不需要用软件的方式处理，那么可以增加硬件电路消除，就是在按键处并联一个电容也行。
按键判断逻辑：
if(按键按下)
{
延时消抖
if(再次确认是否按下)
{
执行控制代码
}
while(松手检测)
}
