開始之前呢先祝大家聖誕節快樂，同時參加明天的研究生考試的同學們一戰成"碩"，接下來我就直奔主題了。
今天我要通過庫函數操作stm32f407上的按鍵實現控制LED小燈以及蜂鳴器，實現的功能如下：
- KEY0鍵控制LED0的亮滅
- KEY1鍵控制LED1的亮滅
- KEY2鍵同時控制控制LED0和LED1的亮滅轉換
- WK_UP鍵控制蜂鳴器
這篇文章同時會涉及到LED和蜂鳴器，相當於是對前兩次的學習進行一個複習，可能在前兩篇文章中沒有考慮到的細節今天都會盡量考慮進去，希望這篇文章可以更好的幫助到大家對GPIO的理解，廢話不多說，下面正式開始。
LED的初始化配置
想要點亮LED，首先我們需要確定LED在stm32f407開發板上的硬件電路連接，如下圖所示：
從圖上可以看出，兩個LED屬於共陽極連接，也就是說，當GPIO口輸出高電平時，LED熄滅，當GPIO口輸出低電平時，LED點亮，那麼只需要配置好GPIO的輸出，即可實現LED的亮滅，所以，我們還得知道控制LED的GPIO口是哪一個，畢竟stm32f4有70個用於控制LED的GPIO口；
我們可以從從上圖中看到，控制LED0的是GPIOF_9，控制LED1的是GPIOF_10，同時我們還可以看到GPIOF_8是用來控制蜂鳴器(BEEP)的。知道了LED的硬件連接後，接下來就可以開始通過庫函數配置我們的GPIO了。
通過庫函數來配置GPIO，我們需要用到的庫函數是GPIO_Init，對於這個函數，有如下的說明：
void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);
從GPIO_Init的函數原型可以看出，需要用到兩個參數，這兩個參數分別是：
- GPIO_TypeDef* GPIOx：用來指明配置的GPIO是7組GPIO中的哪一組，這裏控制LED用到的是GPIOF，所以該參數只需填入宏定義GPIOF即可
- GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct：從參數名字就可以知道這個參數是一個結構體的地址，所以在這裏爲了更好的說明，我們自定義一個結構體：
GPIO_InitTypeDef led_gpio;
該結構體的成員呢有以下幾個：
uint32_t GPIO_Pin; //該參數對應的是某組GPIO中的某一個，畢竟一組GPIO有16個GPIO引腳
//就如前面說到控制LED0的GPIO口是GPIOF_9;控制LED1的GPIO口是GPIOF_10;
/*下面這幾個參數我就放到正文裏細說吧*/
GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;
GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;
GPIOOType_TypeDef GPIO_OType;
GPIOPuPd_TypeDef GPIO_PuPd;
GPIO_InitStruct的後面4個參數就是用於配置GPIO模式寄存器的，我在第一篇文章裏說到，配置GPIO的模式需要用到4個寄存器，如果你沒有看過我的第一篇文章的話，沒有關係，我再來詳細的說明一下：這裏說到的寄存器分別是：
- GPIOx_MODER：GPIO端口模式寄存器
- GPIOx_OSPEEDR：GPIO端口輸出速度寄存器
- GPIOx_OTYPER：GPIO端口輸出類型寄存器
- GPIOx_PUPDR：GPIO端口上拉/下拉寄存器
分別對應着GPIO_InitStruct的後四個成員
下面我就來具體說說要控制LED，這4個GPIOF分別需要怎麼配置：
>GPIOF_MODER
GPIOF_MODER寄存器可選的配置分別有：輸入模式(復位狀態)，通用輸出模式，複用功能模式，模擬模式，這裏很容易想到，我們要向控制LED0，需要通過GPIOF_9輸出高電平或低電平，所以毫無疑問我們需要將GPIOF_MODER寄存器配置成通用輸出模式，對於該寄存器的四種模式在庫函數中有如下的說明：
GPIO_Mode_IN = 0x00, /*輸入模式*/
GPIO_Mode_OUT = 0x01, /*通用輸出模式*/
GPIO_Mode_AF = 0x02, /*複用功能模式*/
GPIO_Mode_AN = 0x03 /*模擬模式*/
在此我們只需選擇GPIO_Mode_OUT即可，一句話代碼如下：
led_gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
>GPIOF_OSPEEDR
GPIOF_OSPEEDR寄存器可選的配置分別有：2MHz，25MHz，50MHz，100MHz，在此我們選擇100MHz的端口輸出速度（對於速度的選擇我也不太明白會有啥影響，或者說選擇的標準是啥，希望明白的大佬可以在評論區裏解答下，非常感謝），對於這4中選擇在庫函數中有如下定義：
#define GPIO_Speed_2MHz GPIO_Low_Speed
#define GPIO_Speed_25MHz GPIO_Medium_Speed
#define GPIO_Speed_50MHz GPIO_Fast_Speed
#define GPIO_Speed_100MHz GPIO_High_Speed
所以一句話代碼如下：
led_gpio.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
>GPIOx_OTYPER
GPIOF_OSPEEDR寄存器可選的配置分別有：推輓輸出，開漏輸出，在此我們選擇推輓輸出模式（同樣不明白這兩種模式的區別以及選擇標準，希望有大佬可以在評論區解答下，感謝），對於這兩種輸出模式在庫函數中有如下的定義：
typedef enum
{
GPIO_OType_PP = 0x00, //推輓輸出
GPIO_OType_OD = 0x01 //開漏輸出
}GPIOOType_TypeDef;
所以一句話代碼如下：
led_gpio.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
>GPIOx_PUPDR
GPIOF_OSPEEDR寄存器可選的配置分別有：浮空，上拉，下拉，GPIOF_OSPEEDR的配置就比較自由，在此我選擇上拉，以確保開發板上電時是熄滅的，對於這3種模式在庫函數中有如下定義：
GPIO_PuPd_NOPULL = 0x00,
GPIO_PuPd_UP = 0x01,
GPIO_PuPd_DOWN = 0x02
所以一句話代碼如下
led_gpio.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
到此，LED的GPIO配置就完成了，注意LED0和LED1配置的GPIO_pin是有區別的，同時不要忘了在調用GPIO_Init之前，一定要先使能GPIOF的外設時鐘，這裏需要用到的函數爲：
void RCC_AHB1PeriphClockCmd(uint32_t RCC_AHB1Periph, FunctionalState NewState)
對於該函數的第1個參數用來指明初始化的是哪一個外設時鐘，有如下定義（只截取了一段）：
#define RCC_AHB1Periph_GPIOA ((uint32_t)0x00000001)
#define RCC_AHB1Periph_GPIOB ((uint32_t)0x00000002)
#define RCC_AHB1Periph_GPIOC ((uint32_t)0x00000004)
#define RCC_AHB1Periph_GPIOD ((uint32_t)0x00000008)
#define RCC_AHB1Periph_GPIOE ((uint32_t)0x00000010)
#define RCC_AHB1Periph_GPIOF ((uint32_t)0x00000020)
#define RCC_AHB1Periph_GPIOG ((uint32_t)0x00000040)
在此我們選擇RCC_AHB1Periph_GPIOF即可，對於第2個參數是用於說明是否要初始化的，具體的定義如下：
#define IS_FUNCTIONAL_STATE(STATE) (((STATE) == DISABLE) || ((STATE) == ENABLE))
很明顯我們要選擇ENABLE
那麼到這裏第一個階段的工作就完成了，我們可以將以上的代碼封裝成一個LED初始化的.c文件，只需要在main函數中調用即可，led_init.c代碼如下：
void led_init(void){
GPIO_InitTypeDef led_gpio; //定義的GPIO模式初始化結構體
/*使能GPIOF外設時鐘*/
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF,ENABLE);
/*配置控制LED的GPIOF_9和GPIOF_10*/
led_gpio.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9||GPIO_Pin_10;//採用或運算可同時對LED1和LED0進行初始化
led_gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
led_gpio.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
led_gpio.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
led_gpio.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
GPIO_Init(GPIOF,&led_gpio);
}
BEEP(蜂鳴器)的初始化配置
在瞭解了GPIO的配置過程後，後續的共組就容易的多了。同樣的，想要配置好BEEP,首先我們需要先知道BEEP的硬件是怎樣連接的，從而知道應該對哪一個GPIO口進行配置，從前面的LED的硬件連接圖上可以找的BEEP連接的是GPIOF_8,那麼下面我直接上代碼，詳細的內容見代碼的註釋，畢竟今天的重點是按鍵：
void beep_init(){
GPIO_InitTypeDef beep_gpio; //定義的GPIO模式初始化結構體
/*使能GPIOF外設時鐘*/
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF,ENABLE);
/*配置控制BEEP的GPIOF_8*/
beep_gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; //配置GPIO模式爲通用輸出模式
beep_gpio.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //配置GPIO輸出模式爲推輓輸出
beep_gpio.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8; //選擇配置8號引腳
beep_gpio.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; //配置GPIO端口爲上拉模式
beep_gpio.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz; //配置GPIO輸出速度爲100MHz
GPIO_Init(GPIOF,&beep_gpio); //調用GPIO初始化函數
}
KEY的初始化配置與掃描
KEY的初始化配置
首先逃不掉的還是硬件連接圖：
從圖中可以看出，對於按鍵KEY0，KEY1，KEY2,當它們連接到的GPIO端口爲上拉模式時，如按鍵按下，此時GPIO口讀到低電平，若按鍵沒有按下，則GPIO口讀到高電平，二對於KEY_UP來說就正好相反,當它對應的GPIO口爲下拉模式時，沒有按鍵按下，GPIO口讀到第電平，按鍵按下則讀到高點配，也就意味着我們對KEY_num和KEY_UP的配置是不一樣的，同時，我們現在需要的不再是GPIO的通用輸出模式，而是輸入模式了，而且此處我們不需要再配置GPIO的輸出模式(即推輓輸出或者開漏輸出)，有了這樣的認識後，我麼們再來確定需要配置哪寫GPIO口吧：
由上圖可以知道，對於KEY0，KEY1，KEY2需要配置的GPIO分別是GPIOE_4，GPIOE_3，GPIOE_2，而KEY_UP配置的GPIO是GPIOA_0。在此，模仿LED與BEEP的配置過程可以有一下代碼：
void key_init(void){
GPIO_InitTypeDef key_gpio; //定義GPIO初始化的結構體
/*使能GPIOE和GPIOA的外設時鐘*/
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE|RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);
/*配置GPIOE_4 & GPIOE_3 & GPIOE_2*/
key_gpio.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_2;//採用或運算可同時對KEY0,KEY1和KEY2進行初始化
key_gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN; //配置GPIO模式爲輸入模式
key_gpio.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//配置GPIO輸出速度爲100MHz
key_gpio.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; //配置GPIO端口爲上拉模式
GPIO_Init(GPIOE,&key_gpio); //調用GPIO初始化函數
/*ÅäÖÃGPIOA_0*/
key_gpio.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; //對KEY_UP進行初始化
key_gpio.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_DOWN; //配置GPIO端口爲下拉模式
GPIO_Init(GPIOA,&key_gpio); //調用GPIO初始化函數
}
KEY的掃描
想要按下不同的按鍵實現不同的功能，就需要知道按下的鍵是哪一個，然後通過按下的按鍵控制相應的設備，就需要循環掃描按鍵以確定鍵值，下面使用僞代碼說明一下按鍵掃描的過程：
//key_scan.c
void key_scan{
if(有按鍵按下){
延時10ms消抖;
if(確實有按鍵按下)
return 鍵值
else return 無效值;
}
}
//main.c
int main(){
while(1){
int key = key_scan();
switch(key){
case 1 : 點亮LED;break;
case 2 : 熄滅LED;break;
...
}
延時10ms
}
}
這樣便實現了通過按鍵控制不同設備了，但是存在一個問題，當我按下某一個按鍵不放時，key_scan函數永遠檢測到有按鍵按下並且返回該鍵鍵值，再main函數中就會一直點亮或熄滅LED，如何避免呢，在此可以很巧妙的運用static定義一個靜態的變量作爲按鍵按下與否的標誌位(簡單來說就是保存一下上一次按鍵的結果)，直接上僞代碼解釋(只需再原來的按鍵掃描的基礎上修改即可)
//key_scan.c
void key_scan{
static KEY_STATE = 1;
if(KEY_STATE = 1 && 有按鍵按下){
延時10ms消抖;
KEY_STATE = 0 //按鍵有效從而更新狀態
if(確實有按鍵按下)
return 鍵值
else if(沒有按鍵按下) KEY_STATE= 1;//重新更新狀態
}
return 0；
}
可能不好理解，可以試着多循環幾次應該就會明朗許多，那麼具體的按鍵掃描函數如下所示：
u8 key_scan(u8 mode){
static u8 key_state = 1;
if(mode) key_state = 1;
if(key_state && (KEY0 == 0 || KEY1 == 0 || KEY2 == 0 || WKUP == 1)){
delay_ms(10);
key_state = 0;
if(KEY0 == 0) return 1;
else if(KEY1 == 0) return 2;
else if(KEY2 == 0) return 3;
else if(WKUP == 1) return 4;
}else if(KEY0 == 1 && KEY1 == 1 && KEY2 == 1 && WKUP == 0)
key_state = 1;
return 0;
}
在此需要說明的是：判斷是否有按鍵按下，我們需要調用函數實現
GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_4)
在以上的按鍵掃描函數中KEY0 == 0這樣的表示即爲GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_4)，是在頭文件中進行了宏定義而已，具體如下：
//key.h
#define KEY0 GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_4)
#define KEY1 GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_3)
#define KEY2 GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_2)
#define WKUP GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_0)
分別對應判讀KEY0，KEY1，KEY2以及KEY_UP是否按下。
至此所有的流程都已搞定，接下啦就是main函數的類容了：
int main(void){
u8 key;
delay_init(168);
led_init();
beep_init();
key_init();
LED0 = 0;
LED1 = 0;
while(1){
key = key_scan(0);
if(key){
switch(key){
case LED0_PRES: LED0 = !LED0; break;
case LED1_PRES: LED1 = !LED1; break;
case BEEP_PRES: BEEP = !BEEP; break;
case CHAG_PRES: {
LED0 = !LED0;
LED1 = !LED1;
}
break;
}
}else delay_ms(10);
}
}
同樣這裏需要注意的是對於LED和蜂鳴器的操作我採用了位操作的方式，位操作的相關內容可以參考我上一篇的文章，這裏也是採用的宏定義方式，具體如下：
//led.h
#define LED0 PFout(9)
#define LED1 PFout(10)
//beep.h
#define BEEP PFout(8)
總結一下：經常會在CSDN上查找大佬的文章來學習，但沒想過寫一篇文章這麼惱火，花了我兩個半小時才搞定，太難了，不過一定要堅持呀！！！