1 概述
1.1 资源概述
开发板：正点原子STM32F103 Nano开发板
CUBEMX版本：1.3.0
MDK版本：5.23
主控芯片型号：STM32F103RBT6


1.2 实现功能
使用KEY0~KEY3分别控制LED0到LED3的亮灭，KEY_UP控制LED4的亮灭.按一次按键对应的灯亮，再按一次对应的灯灭。另外长按KEY0可以实现蜂鸣器的鸣响。

2 CUBEMX的配置
2.1 GPIO口配置
2.1.1 端口配置图
（部分引脚配置此次实验未用，但是不影响程序的编译，不会报错）



2.1.2 端口资源汇总表
查阅开发板的电路图确认实验用到的GPIO口配置资源如下。



2.1.3 通用GPIO口的配置
KEY_UP是输出高有效，因此初始化时，配置输入下拉。其余LED端口或者按键均是低有效，所以配置为上拉。这里定义User Label（用户标签），方便后续程序的移植。



2.2 时钟配置
2.2.1时钟RCC配置图
使用外部HSE，PLL选择9倍频，系统时钟选择PLL，HCLK配置为72MHz，APB1设置为2分频。



2.2.2晶振选择
选择外部晶振，高速晶振为8MHz，低速晶振为32.768KHz。



2.3 调试端口
采用SW方式进行调试烧录。



2.4 CUBEMX工程管理配置
1、选择Advanced、MDK-ARM、V5。



2、代码生成配置
勾选生成外设C文件和H文件。否则这些端口的配置都会存在于main函数中。



3、高级设置
全部勾选HAL函数。HAL函数的全称是Hardware abstract layer（硬件抽象层），这里还可以选择LL即Low layer（底层），函数和HAL完全不一样，优点是直接操作底层，程序占用空间小。咨询ST原厂FAE工程师，后续新开发芯片均不在支持标准库函数，仅支持HAL和LL函数。比如最新的H7系列芯片，就没有标准库函数的支持。



2.3 选择生成代码
点击Generate code，生成软件代码，在之后的提示框中点击打开工程。



3 main函数增加代码
3.1 端口初始化函数
在生成的main函数中增加相应的功能函数，端口初始化函数，给各个GPIO口赋值初值，防止上电时状态不确定。写入串口打印函数，提示信息。

1. /* USER CODE BEGIN 2 */
   
2. HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port,LED0_Pin,GPIO_PIN_SET);
   
3. HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin,GPIO_PIN_SET);
   
4. HAL_GPIO_WritePin(LED2_GPIO_Port,LED2_Pin,GPIO_PIN_SET);
   
5. HAL_GPIO_WritePin(LED3_GPIO_Port,LED3_Pin,GPIO_PIN_SET);
   
6. HAL_GPIO_WritePin(LED4_GPIO_Port,LED4_Pin,GPIO_PIN_SET);
   
7. HAL_GPIO_WritePin(LED5_GPIO_Port,LED5_Pin,GPIO_PIN_SET);
   
8. HAL_GPIO_WritePin(LED6_GPIO_Port,LED6_Pin,GPIO_PIN_SET);
   
9. HAL_GPIO_WritePin(LED7_GPIO_Port,LED7_Pin,GPIO_PIN_SET);//初始化LED灯的状态，全部为灭
   
10. HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_Port,BEEP_Pin,GPIO_PIN_SET);//初始化BEEP，不响
    
11. 
    
12. uint8_t temp[]="Press a key\r\n ";//向串口输入提示信息
    
13. 
    
14.   /* USER CODE END 2 */

复制代码

3.2 功能实现函数
在while（1）函数中增加下述函数，实现不间断的按键检测

1. while (1)
   
2. {
   
3.         /* USER CODE END WHILE */
   
4. 
   
5.         /* USER CODE BEGIN 3 */
   
6. 
   
7.         if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port,KEY0_Pin)==RESET)//判定KEY0按键是否有按下
   
8.         {
   
9.                 HAL_Delay(10);                                                                //延时，用于按键消抖
   
10.                 if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port,KEY0_Pin)==RESET) //判定KEY0按键是否有按下
    
11.                 {
    
12.                         HAL_Delay(500);//判定KEY0按键是否长按
    
13.                         if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port,KEY0_Pin)==RESET) //KEY0按键被长按
    
14.                         {
    
15.                                 HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_Port,BEEP_Pin,GPIO_PIN_RESET);//开启蜂鸣器
    
16.                                 HAL_Delay(1000);//开启蜂鸣器1000ms
    
17.                                 HAL_UART_Transmit(&huart1,temp,sizeof(temp),50);//向串口输出提示信息
    
18.                                 HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_Port,BEEP_Pin,GPIO_PIN_SET);//关闭蜂鸣器
    
19.                         }
    
20.                         else         
    
21.                           HAL_GPIO_TogglePin(LED0_GPIO_Port,LED0_Pin);//KEY0按键为短按，LED0灯状态翻转
    
22.                         HAL_UART_Transmit(&huart1,temp,sizeof(temp),50);
    
23.                 }
    
24.         }
    
25.         else  if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port,KEY1_Pin)==RESET)
    
26.         {
    
27.                 HAL_Delay(10);
    
28.                 if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port,KEY1_Pin)==RESET)
    
29.                 {
    
30.                         HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin);
    
31.                         HAL_Delay(200);
    
32.                         HAL_UART_Transmit(&huart1,temp,sizeof(temp),50);
    
33.                 }
    
34.         }
    
35.         else   if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY2_GPIO_Port,KEY2_Pin)==RESET)
    
36.         {
    
37.                 HAL_Delay(10);
    
38.                 if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY2_GPIO_Port,KEY2_Pin)==RESET)
    
39.                 {
    
40.                         HAL_GPIO_TogglePin(LED2_GPIO_Port,LED2_Pin);
    
41.                         HAL_Delay(200);
    
42.                         HAL_UART_Transmit(&huart1,temp,sizeof(temp),50);
    
43.                 }
    
44.         }
    
45.         else   if(HAL_GPIO_ReadPin(KEYUP_GPIO_Port,KEYUP_Pin)==SET)
    
46.         {
    
47.                 HAL_Delay(10);
    
48.                 if(HAL_GPIO_ReadPin(KEYUP_GPIO_Port,KEYUP_Pin)==SET)
    
49.                 {
    
50.                         HAL_GPIO_TogglePin(LED3_GPIO_Port,LED3_Pin);
    
51.                         HAL_Delay(200);
    
52.                         HAL_UART_Transmit(&huart1,temp,sizeof(temp),50);
    
53.                 }
    
54.         }
    
55. }
    
56. /* USER CODE END 3 */

复制代码

4 实验结果
4.1 串口打印
使用串口调试助手，按下一次按键后，串口会打印一个Press a key的字符



4.2 硬件实现
将程序下载到开发板中，验证软件功能。全部功能实现完成。
通过按键将全部的灯点亮



通过按键熄灭LED1和LED2



5 按键检测程序之魔鬼数字优化
参考正点原子的官方例程，按键这一段是这么写的

1. u8 KEY_Scan(u8 mode)
   
2. {         
   
3.         static u8 key_up=1;//按键按松开标志
   
4.         if(mode)key_up=1;  //支持连按                  
   
5.         if(key_up&&(KEY0==0||KEY1==0||KEY2==0||WK_UP==1))
   
6.         {
   
7.                 delay_ms(10);//去抖动
   
8.                 key_up=0;
   
9.                 if(KEY0==0)return KEY0_PRES;
   
10.                 else if(KEY1==0)return KEY1_PRES;
    
11.                 else if(KEY2==0)return KEY2_PRES;
    
12.                 else if(WK_UP==1)return WKUP_PRES;
    
13.         }else if(KEY0==1&&KEY1==1&&KEY2==1&&WK_UP==0)key_up=1;              
    
14.         return 0;// 无按键按下
    
15. }

复制代码

初次看感觉非常绕，云里雾里，一会0一会1的，传递的全部是数值，非常不利于阅读，于是增加了一些宏定义，消除掉这些魔鬼数字。将key_up的变量名进行了更改。
增加的宏定义

1. #define KEYOFF 1
   
2. #define KEYON 0
   
3. 
   
4. #define SINGLE_CLICK 0
   
5. #define CONTINUOUS_CLICK 1
   
6. #define NOKEY_PRESS 0

复制代码

依据宏定义改后的程序

1. u8 KEY_Scan(u8 mode)
   
2. {         
   
3.         static u8 keyState=KEYOFF;//按键状态为OFF
   
4.         if(mode==CONTINUOUS_CLICK)
   
5.                 keyState=KEYOFF;  //按键初始态为OFF
   
6.         if((keyState==KEYOFF)&&(KEY0==0||KEY1==0||KEY2==0||WK_UP==1))
   
7.         {
   
8.                 delay_ms(10);//去抖动
   
9.                 keyState=KEYON;
   
10.                 if(KEY0==0)
    
11.                         return KEY0_PRES;
    
12.                 else if(KEY1==0)
    
13.                         return KEY1_PRES;
    
14.                 else if(WK_UP==1)
    
15.                         return WKUP_PRES;
    
16.                 else if(KEY2==0)
    
17.                         return KEY2_PRES;
    
18.         }else if(KEY0==1&&KEY1==1&&KEY2==1&&WK_UP==0)
    
19.          {
    
20.                  keyState=KEYOFF;
    
21.          }   
    
22.         return NOKEY_PRESS;// 无按键按下

复制代码

主函数中引用的地方原来为

1. key=KEY_Scan(0;                    //扫描按键
   
2.         if((Key_Queue!=NULL)&&key)           //消息队列Key_Queue创建成功,并且按键被按下

复制代码

更改后为

1. key=KEY_Scan(SINGLE_CLICK);                    //扫描按键
   
2.         if((Key_Queue!=NULL)&&(key!=NOKEY_PRESS))           //消息队列Key_Queue创建成功,并且按键被按下

复制代码

这样就可以知道函数在主函数中调用方式为单次按有效，按键函数的逻辑也很清楚了，就是初次进入函数，静态变量keystate为keyoff，第二项条件式不满足，跳转到按键检测中，当有按键被按下时，keystate为keyon，并返回键值。如果按键没有松手，那么第二次进入这个函数时，if((keyStateKEYOFF)&&(KEY00||KEY10||KEY20||WK_UP==1))条件不满足，无法对按键进行检测。直到按键松手，keyState状态为Keyoff后，才可再次进去按键检测状态。同理可以理解连续按时的实现逻辑。

整个按键的功能的实现如下流程图