STM32G4系列MCU学习笔记：按键模块

前言
我所学过的按键模块有独立按键和矩阵键盘两种，其实两者原理类似，本文主要介绍按键模块中实现长按和短按功能。
注意了：本文是基于HAL库来进行介绍的，如果你想用标准库实现也比较简单，类比移植即可。
由于作者第一次写博客，且自身水平有限，如文中有误，还请大家指正，谢谢~


先放一张开发板的实物图，它长这样~

一、硬件操作
在应用层中我利用不同的点灯程序来区分短按和长按所进行的操作。所以先来看看该模块所设计到的硬件原理图。


1. 原理图

注意了：点灯的这个模块，我们这里忽略这个锁存器芯片，不用它的锁存功能，着重于分析按键模块。

我们先把所使用到的所有GPIO口列出来：（方便待会儿看程序更加清楚）
1.点灯相关的IO口：PC8,PC9,PC10,PC11,PC12,PC13,PC14,PC15;
2.按键相关的IO口：PB0,PB1,PB2,PA0。


2. 硬件分析
从原理图里可以发现，我们如果将PB1设置为输入模式，去采集该GPIO上的电平状态，按键松开时，PB1上的电平应该为高电平，当我们按下按键后，例如：B2按键，PB1上的电平就会被拉低，其余按键类似，所以根据这样一个简单原理，即可实现按键的输入检测。


3. 初始化代码

1. /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
   
2.   HAL_Init();//使用默认配置即可
   
3.   /* Configure the system clock */
   
4.   SystemClock_Config();
   
5.   /* Initialize all configured peripherals */
   
6.   MX_GPIO_Init();
   

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（1）时钟设置
这里我使用的内部时钟源HSI = 16MHz；配置HCLK = PCLK1 = PCLK2 = 80MHz。

1. void SystemClock_Config(void)
   
2. {
   
3.   RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
   
4.   RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
   
5. 
   
6.   /** Configure the main internal regulator output voltage
   
7.   */
   
8.   HAL_PWREx_ControlVoltageScaling(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);
   
9.   /** Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks
   
10.   */
    
11.   RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
    
12.   RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
    
13.   RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
    
14.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
    
15.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSI;
    
16.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = RCC_PLLM_DIV2;
    
17.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 20;
    
18.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
    
19.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = RCC_PLLQ_DIV2;
    
20.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLR = RCC_PLLR_DIV2;
    
21.   if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
    
22.   {
    
23.     Error_Handler();
    
24.   }
    
25.   /** Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks
    
26.   */
    
27.   RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
    
28.                               |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
    
29.   RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
    
30.   RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
    
31.   RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
    
32.   RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
    
33. 
    
34.   if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_3) != HAL_OK)
    
35.   {
    
36.     Error_Handler();
    
37.   }
    
38. }
    

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（2）GPIO初始化

1. static void MX_GPIO_Init(void)
   
2. {
   
3.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
   
4. 
   
5.   /* GPIO Ports Clock Enable */
   
6.   __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
   
7.   __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();
   
8.   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
   
9.   __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
   
10.   __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();
    
11. 
    
12.   /*Configure GPIO pin Output Level */
    
13.   HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15|GPIO_PIN_8
    
14.                           |GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11|GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_RESET);
    
15. 
    
16.   /*Configure GPIO pin Output Level */
    
17.   HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);
    
18. 
    
19.   /*Configure GPIO pins : PC13 PC14 PC15 PC8
    
20.                            PC9 PC10 PC11 PC12 */
    
21.   GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15|GPIO_PIN_8
    
22.                           |GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11|GPIO_PIN_12;
    
23.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    
24.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    
25.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    
26.   HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
    
27. 
    
28.   /*Configure GPIO pin : PA0 */
    
29.   GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
    
30.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    
31.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    
32.   HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
    
33. 
    
34.   /*Configure GPIO pins : PB0 PB1 PB2 */
    
35.   GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2;
    
36.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    
37.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    
38.   HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    
39. 
    
40.   /*Configure GPIO pin : PD2 */
    
41.   GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2;
    
42.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    
43.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    
44.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    
45.   HAL_GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);
    
46. 
    
47. }
    

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二、按键模块的驱动层实现
1. 硬件框图
在这里插入图片描述

避坑点：
短按：按键释放时判断时间
长按：直接判断时间


2. 按键驱动层代码实现
下面直接上C代码：


（1）key.c

1. extern unsigned int keyCount;
   
2. extern uint8_t keyValue;
   
3. uint8_t keyflag = 0;
   
4. void Key_Scan(void)
   
5. {
   
6. //keyState  按键状态；
   
7. //keyPass   记录哪一个按键被按下
   
8. //keyCount  记录按键按下时间
   
9. //keyflag   开始计数标志位，方便在Systick中断中进行计时
   
10. //keyValue  返回给应用层的键值，用于判断处理相应的事件
    
11. //ShoutKeyx和LongKeyx是两个宏，为了区分短按和长按
    
12. //ShoutKeyx 短按x键值，
    
13. //LongKeyx        长按x键值
    
14.     static uint8_t keyState = 0,keyPass = 0;
    
15.     switch(keyState)
    
16.     {
    
17.         case 0:if(KEYB_1==0||KEYB_2==0||KEYB_3==0||KEYB_4==0)
    
18.                 {
    
19.                     HAL_Delay(100);//消抖
    
20.                     keyState = 1;
    
21.                     keyPass = 0xff; //初始化按键
    
22.                 }   
    
23.                 break;
    
24.                     
    
25.         case 1: if(KEYB_1==0||KEYB_2==0||KEYB_3==0||KEYB_4==0)
    
26.                 {
    
27.                     keyState = 2;
    
28.                     keyflag = 1;//开始计数
    
29.                     if(KEYB_1==0){
    
30.                         keyPass = 1;//返回对应键值
    
31.                     }   
    
32.                     else if(KEYB_2==0)keyPass = 2;
    
33.                     else if(KEYB_3==0)keyPass = 3;
    
34.                     else if(KEYB_4==0)keyPass = 4;
    
35.                 }   
    
36.                 else keyState = 0;//返回检测按键      
    
37.                
    
38.                 break;
    
39.         case 2:
    
40.                 switch(keyPass)
    
41.                 {              
    
42.                     case 1:if(KEYB_1!=0) //判断是否释放按键
    
43.                             {
    
44.                                 if((10 < keyCount)&&(keyCount < 800))//短按
    
45.                                 {
    
46.                                     keyCount = 0;
    
47.                                     keyflag = 0;
    
48.                                     keyValue = ShoutKey1;
    
49.                                     keyState = 0;
    
50.                                 }   
    
51.                             }      
    
52.                             break;
    
53.                     case 2:if(KEYB_2!=0)
    
54.                             {
    
55.                                 if((10 < keyCount)&&(keyCount < 800))//短按
    
56.                                 {
    
57.                                     keyCount = 0;
    
58.                                     keyflag = 0;
    
59.                                     keyValue = ShoutKey2;
    
60.                                     keyState = 0;
    
61.                                 }   
    
62.                             }      
    
63.                             break;
    
64.                     case 3:if(KEYB_3!=0)
    
65.                             {
    
66.                                 if((10 < keyCount) && (keyCount < 800))//短按
    
67.                                 {
    
68.                                     keyCount = 0;
    
69.                                     keyflag = 0;
    
70.                                     keyValue = ShoutKey3;
    
71.                                     keyState = 0;
    
72.                                 }   
    
73.                             }      
    
74.                             break;
    
75.                     case 4:if(KEYB_4!=0)
    
76.                             {
    
77.                                 if((10 < keyCount)&&(keyCount < 800))//短按
    
78.                                 {
    
79.                                     keyCount = 0;
    
80.                                     keyflag = 0;
    
81.                                     keyValue = ShoutKey4;
    
82.                                     keyState = 0;
    
83.                                 }   
    
84.                             }
    
85.                             break;
    
86.                 }
    
87.                 if(keyCount > 800)//长按
    
88.                 {   
    
89.                     if(KEYB_1==0)keyValue = LongKey1;
    
90.                     else if(KEYB_2==0)keyValue = LongKey2;
    
91.                     else if(KEYB_3==0)keyValue = LongKey3;
    
92.                     else if(KEYB_4==0)keyValue = LongKey4;
    
93. 
    
94.                     keyState = 3;
    
95.                 }
    
96.                 break;
    
97. 
    
98.         case 3: if(KEYB_1==1&&KEYB_2==1&&KEYB_3==1&&KEYB_4==1)
    
99.                 {
    
100.                     keyCount = 0;
     
101.                     keyflag = 0;
     
102.                     keyState = 0;
     
103.                     keyValue = 0xff;//长按之后释放按键代表不执行操作，就没有键值传出  
     
104.                 }
     
105.                
     
106.                 break;
     
107.     }
     
108. }
     

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（2）key.h

1. #ifndef __KEY_H
   
2. #define __KEY_H
   
3. #include "stm32g4xx_hal.h"
   
4. #define KEYB_1                 HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_0) //PB0
   
5. #define KEYB_2                 HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_1) //PB1
   
6. #define KEYB_3                 HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_2)//PB2
   
7. #define KEYB_4                 HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0)//PA0
   
8. #define ShoutKey1             1
   
9. #define ShoutKey2                2
   
10. #define ShoutKey3                3
    
11. #define ShoutKey4       4
    
12. #define LongKey1             5
    
13. #define LongKey2                6
    
14. #define LongKey3                7
    
15. #define LongKey4        8
    
16. void Key_Scan(void);
    
17. #endif
    

复制代码

3. 计时操作
我使用Systick写了一个简单的定时中断函数，（触发Systick的定时中断时间是1ms）去处理计时操作，这是为了给按键驱动提供短按和长按的时间，便于在驱动层进行相应的判断，所以我不去深挖Systick模块的细节，本文会用即可，后面再单独来记录学习Systick模块。
下面直接来看看Systick的中断服务函数叭，很简单，就这么几句~

1. extern uint8_t keyflag;
   
2. unsigned int keyCount = 0;
   
3. void SysTick_Handler(void)
   
4. {
   
5.   HAL_IncTick(); //这个api是用于HAL库的延时函数HAL_Delay(uint32_t Delay)
   
6.         if(keyflag == 1) //若有按键按下就开始计时
   
7.                 keyCount++;       
   
8. }
   

复制代码

三、应用层简单逻辑实现
应用层要做的事情在文章开篇其实已经说了，因为逻辑很简单，就是根据长按和短按实现不同的点灯程序，所以直接上代码叭~

1. HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_All, GPIO_PIN_SET); //关闭所有灯
   
2. HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);        //关闭锁存器
   
3. while (1)
   
4. {
   
5.                 Key_Scan();
   
6.                 if(keyValue) //有按键按下
   
7.                 {
   
8.                         if(keyValue < 5) //短按
   
9.                         {
   
10.                                 switch(keyValue)
    
11.                                 {
    
12.                                         case 1:
    
13.                                                         keyValue = 0;
    
14.                                                         HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_8);
    
15.                                                         HAL_Delay(100);
    
16.                                         break;
    
17.                                         case 2:
    
18.                                                         keyValue = 0;
    
19.                                                         HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_9);
    
20.                                                         HAL_Delay(100);
    
21.                                         break;
    
22.                                         case 3:
    
23.                                                         keyValue = 0;
    
24.                                                         HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_10);
    
25.                                                         HAL_Delay(100);
    
26.                                         break;
    
27.                                         case 4:
    
28.                                                         keyValue = 0;
    
29.                                                         HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_11);
    
30.                                                         HAL_Delay(100);
    
31.                                         break;
    
32.                                 }
    
33.                         }
    
34.                         else
    
35.                         {
    
36.                                 switch(keyValue)
    
37.                                 {
    
38.                                         case 5:
    
39.                                                         keyValue = 0;
    
40.                                                         HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_15);
    
41.                                                         HAL_Delay(100);
    
42.                                         break;
    
43.                                         case 6:
    
44.                                                         keyValue = 0;
    
45.                                                         HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_14);
    
46.                                                         HAL_Delay(100);
    
47.                                         break;
    
48.                                         case 7:
    
49.                                                         keyValue = 0;
    
50.                                                         HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);
    
51.                                                         HAL_Delay(100);
    
52.                                         break;
    
53.                                         case 8:
    
54.                                                         keyValue = 0;
    
55.                                                         HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_12);
    
56.                                                         HAL_Delay(100);
    
57.                                         break;
    
58.                                 }
    
59.                         }
    
60.                 }
    
61. }
    

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总结
以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了MCU里按键的短按和长按功能，希望能对你有所帮助噢~。

学习了~~