《ATK-DFPGL22G之FPGA开发指南_V1.0》第十一章 按键输入实验
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第十一章 按键输入实验
上一章中介绍了GPIO的输出模式，并用其控制LED的亮灭。在实际的应用尝尽中，还会需要使用到GPIO的输入模式，来获取外部的输入信号，例如获取按键的状态。通过本章的学习，读者将学习到GPIO作为输入模式的使用。
本章分为如下几个小节：
11.1 硬件设计
11.2 程序设计
11.3 下载验证
11.1 硬件设计
11.1.1 例程功能
1. 按下KEY0按键可控制LED0状态翻转，按下KEY_UP按键可控制LED1翻转。
11.1.2 硬件资源
1. LED
LED0 - PB5
LED1 - PE5
2. 按键
KEY0 - PE4
KEY_UP - PA0
11.1.3 原理图
本章实验使用的两个APM32E103最小系统板板载按键，分别为KEY0按键和KEY_UP按键，其于板载MCU的连接原理图，如下图所示：
图11.1.3.1 按键与MCU的连接原理图
从上面的原理图中可以看出，KEY0按键和KEY_UP按键的一端连接到了电源正极，而另一端分别与MCU的PE4引脚和PA0引脚相连接，因此当任意一个按键被按下时，MCU对应的引脚都能够读取到高电平的状态，而当松开按键后，MCU对应的引脚读取到的电平状态却是不确定的，因此用于读取KEY0按键和KEY_UP按键的PE4引脚和PA0引脚不仅要配置为输入模式，还需要配置成下拉，使对应引脚在悬空时被下拉在电源负极。
11.2 程序设计
11.2.1 Geehy标准库的GPIO驱动
本章实验中要通过读取GPIO引脚的输入状态来判断按键是否被按下，以此来控制对应LED的状态翻转，因此对于判断按键的状态，需要一下几个步骤：
①：配置GPIO引脚为输入模式和下拉
②：读取GPIO引脚的输入状态
在Geehy标准库中对应的驱动函数如下：
①：配置GPIO引脚
请见第10.2.1小节中配置GPIO引脚的相关内容。
②：读取GPIO引脚输入电平
该函数用于读取GPIO引脚的输入电平（高电平或低电平），其函数原型如下所示：
uint8_t GPIO_ReadInputBit(GPIO_T* port, uint16_t pin);
该函数的形参描述，如下表所示：
表11.2.1.1 函数GPIO_ReadInputBit()形参描述
该函数的返回值描述，如下表所示：
表11.2.1.2 函数GPIO_ReadInputBit()返回值描述
该函数的使用示例，如下所示：
#include "apm32e10x.h"
#include "apm32e10x_gpio.h"
void example_fun(void)
{
uint8_t value;
/* 读取PA0引脚输入电平 */
value = GPIO_ReadInputBit(GPIOA, GPIO_PIN_0);
if (value == BIT_SET)
{
/* Do something. */
}
else
{
/* Do something. */
}
}
11.2.2 按键驱动
按键驱动主要就是读取GPIO引脚的输入状态，以此判断按键是否被按下，本章实验中，按键驱动的驱动代码包括key.c和key.h两个文件。
根据原理图可知，应当将PE4引脚和PA0引脚配置为下拉输入模式，并在需要读取KEY0按键（KEY_UP按键）状态的时候，读取PE4引脚（PA0引脚）的输入电平，若读取到PE4引脚（PA0引脚）的输入电平为高电平，则说明KEY0按键（KEY_UP按键）被按下，反之，则说明KEY0按键（KEY_UP按键）没有被按下。
按键驱动中，对引脚的定义，如下所示：
#define KEY0_GPIO_PORT GPIOE
#define KEY0_GPIO_PIN GPIO_PIN_4
#define KEY0_GPIO_CLK_ENABLE() \
do { \
RCM_EnableAPB2PeriphClock(RCM_APB2_PERIPH_GPIOE); \
} while (0)
#define WKUP_GPIO_PORT GPIOA
#define WKUP_GPIO_PIN GPIO_PIN_0
#define WKUP_GPIO_CLK_ENABLE() \
do { \
RCM_EnableAPB2PeriphClock(RCM_APB2_PERIPH_GPIOA); \
} while (0)
按键驱动中，操作引脚的定义，如下所示：
#define KEY0 GPIO_ReadInputBit(KEY0_GPIO_PORT, KEY0_GPIO_PIN)
#define WK_UP GPIO_ReadInputBit(WKUP_GPIO_PORT, WKUP_GPIO_PIN)
按键驱动中，按键的初始化函数，如下所示：
/**
* @brief 初始化按键
* @param 无
* @retval 无
*/
void key_init(void)
{
GPIO_Config_T gpio_init_struct;
KEY0_GPIO_CLK_ENABLE();
WKUP_GPIO_CLK_ENABLE();
gpio_init_struct.pin = KEY0_GPIO_PIN; /* KEY0引脚 */
gpio_init_struct.mode = GPIO_MODE_IN_PD; /* 下拉输入 */
gpio_init_struct.speed = GPIO_SPEED_50MHz; /* 高速 */
GPIO_Config(KEY0_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 配置KEY0引脚 */
gpio_init_struct.pin = WKUP_GPIO_PIN; /* KEY_UP引脚 */
gpio_init_struct.mode = GPIO_MODE_IN; /* 下拉输入 */
gpio_init_struct.speed = GPIO_SPEED_50MHz; /* 高速 */
GPIO_Config(WKUP_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 配置KEY_UP引脚 */
}
按键的初始化函数中，使能了KEY0按键和KEY_UP按键对应引脚的GPIO端口时钟，并将其配置为输入模式和下拉。
按键的驱动中，扫描按键状态的函数，如下所示：
/**
* @brief 扫描按键
* @note 该函数具有响应优先级（同时按下多个按键）：KEY_UP > KEY0
* @param mode: 扫描模式
* @arg 不支持连按（当按键按下不放时，只有第一次调用会返回键值，
* 必须松开以后，再次按下才会返回其他键值）
* @arg 支持连续按（当按键按下不放时，每次调用该函数都会返回键值）
* @retval 键值
* @arg KEY0_PRES: KEY0按下
* @arg WKUP_PRES: KEY_UP按下
*/
uint8_t key_scan(uint8_t mode)
{
static uint8_t key_up = 1; /* 按键松开标志 */
uint8_t keyval = 0;
if (mode == 1) /* 支持连按 */
{
key_up = 1;
}
/* 按键松开标志为1，且有按键按下 */
if ((key_up == 1) && ((KEY0 == 1) || (WK_UP == 1)))
{
key_up = 0;
delay_ms(10); /* 去抖动 */
if (KEY0 == 1)
{
keyval = KEY0_PRES;
}
if (WK_UP == 1)
{
keyval = WKUP_PRES;
}
}
else if ((KEY0 == 0) && (WK_UP == 0)) /* 没有按键按下，标记按键松开 */
{
key_up = 1;
}
return keyval; /* 返回键值 */
}
以上函代码就实现了按键扫描，且具有按键消抖的功能。
11.2.3 实验应用代码
本实验的应用代码，如下所示：
int main(void)
{
uint8_t key;
NVIC_ConfigPriorityGroup(NVIC_PRIORITY_GROUP_4); /* 设置中断优先级分组为组4 */
sys_apm32_clock_init(15); /* 配置系统时钟 */
delay_init(120); /* 初始化延时功能 */
usart_init(115200); /* 初始化串口 */
led_init(); /* 初始化LED */
key_init(); /* 初始化按键 */
LED0(0); /* 先点亮LED0 */
while (1)
{
key = key_scan(0); /* 扫描按键 */
if (key)
{
switch (key)
{
case WKUP_PRES: /* KEY_UP被按下 */
{
LED0_TOGGLE(); /* LED1状态翻转 */
break;
}
case KEY0_PRES: /* KEY0被按下 */
{
LED0_TOGGLE(); /* LED0状态翻转 */
LED1_TOGGLE(); /* LED1状态翻转 */
break;
}
}
}
else
{
delay_ms(10);
}
}
}
可以看到应用代码中，在初始化完LED和按键并点亮一个LED灯后，就进入了一个while循环，在循环中，每间隔10毫秒就调用key_scan()函数扫描以此按键的状态，如果扫描到KEY0按键或KEY_UP按键被按下，则反转对应LED的亮灭状态。
11.3 下载验证
在完成编译和烧录操作后，可以看到板子上的LED0是处于亮起的状态而LED1处于熄灭状态，若此时按下并释放一次KEY0按键，则能够看到LED0和LED1的亮灭状态发生了一次翻转，同样的，若此时按下并释放一次KEY_UP按键，则能够看到LED0的亮灭状态发生了一次翻转，与预期的实验现象效果相符。
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