STM32学习（MCU控制）（GPIO）

文章目录

• • MCU 和 GPIO
  • • • 1. 单片机 MCU
        * * 1.1 单片机和嵌入式系统
        * 1.2 MCU
        * 1.3 ARM 公司
        * 1.4 市场主流 32 芯片
        * 1.5 STM32 开发版概述
        * 2. GPIO
        * * 2.1 GPIO 概述
        * 2.2 STM32F103ZET6 GPIO 相关内容
        * 2.3 GPIO 开发流程
        * 2.4 GPIO 控制 LED 灯
        * 2.5 GPIO 端口内部基本电路情况
        * * **2.5.1. 浮空输入模式（Floating Input）**
        * **2.5.2. 上拉输入模式（Pull - up Input）**
        * **2.5.3. 下拉输入模式（Pull - down Input）**
        * **2.5.4. 模拟输入模式（Analog Input）**
        * **2.5.5. 开漏输出模式（Open - Drain Output）**
        * **2.5.6. 推挽输出模式（Push - Pull Output）**
        * **2.5.7. 复用开漏输出模式（Alternate Function Open - Drain Output）**
        * **2.5.8. 复用推挽输出模式（Alternate Function Push - Pull Output）**
        * 2.6 时钟使能【小重点】
        * **2.7 寄存器开发模式【重点】**
        * * 2.7.1 时钟使能，对应寄存器 RCC
        * 2.7.2 GPIO 对应引脚配置
        * 2.7.3 GPIO 引脚输出高低电平配置
        * 2.7.4 代码实现
        * 2.7.5 程序烧录和重启
        * 3. GPIO 控制案例
        * * 3.1 Beep 蜂鸣器控制
        * * 3.1.1 BEEP 原理图分析
        * 3.1.2 代码实现
        * 3.2 多文件编程
        * 3.3 非精准延时控制函数
        * 3.4 Key 按键控制
        * * 3.4.1 原理图分析
        * 3.4.2 开发流程
        * 3.4.3 代码实现

MCU 和 GPIO

1. 单片机 MCU

1.1 单片机和嵌入式系统

嵌入式系统

• 硬件 + 软件的嵌入式系统。嵌入到特定设备中，从而控制设备的执行。
• 硬件：处理单元，内存 + 硬盘
• 软件：裸机程序 或者 实时操作系统。

生活中实现的常见场景

• 智能家居，智能穿戴设备，无人设备，智能驾驶，军事
• 汽车主机厂，军工单位，智能化工厂

1.2 MCU

MCU ==> 微控制单元(Microcontroller Unit；MCU)

• 中央处理器，指令处理单元
• ROM 硬盘/存储空间
• RAM 运行内存
• MCU 可以认为是一个小型计算机，具备计算机的所有核心内容。

1.3 ARM 公司

ARM成立前的历史可追溯至45年前。1978年，由Chris Curry及Hermann Hauser共同创立Acorn Computers。这家新创公司获得建构及生产BBC Micro的权利。 这项英国政府计划的目标是让英国每间教室都设置电脑。Steve Furber教授及Sophie Wilson在这项计划中，设计出史上第一款ARM处理器ARM1。 [12]

ARM 主要进行芯片内核设计，提供给其他芯片制造商，生厂商，包括二级开发商，提供对应内核解决方案

• Cortex-A 内核，高性能内核，更新速度极快。主要用于手机 SoC 芯片开发，例如高通，小米，苹果…
• Cortex-R 内核，一般用于 MPU 实现，处理速度高，延时低，应用场景要求高稳定性，高可靠性。例如车辆控制 ECU 模块。
• Cortex-M 内核，小型化，低功耗化芯片内核。主要用于 MCU 市场，主要版本有 Cortex-M3 Cortex-M4 Cortex-M7 Cortex-M0.
• Cortex-X 内核，目前是 ARM 最新内核设计，主要用于 PC 和 移动端市场。

不同产品性能对比

ARM架构对应的处理器家族

• ARMv7 ==> Cortex-M 架构，目前市场主流 32 处理器架构。

1.4 市场主流 32 芯片

• 国内芯片
  • GD 兆易创新，国内占用率较高的 MCU 32 芯片。主要用于汽车，军工，智能化控制领域，同时和 STM 32 芯片兼容。
  • 乐鑫科技 ESP32 芯片，ESP32 性能较高，同时针对于通信设备和通信协议支持较多，包括 WiFi 蓝牙 Lora ZigBee。。。
  • 华大半导体，灵动微电子
  • 龙芯中科
  • 目前国家倡导使用国产芯片实现产品开发，从而提供国产芯片生存土壤，也避免国外卡脖子。
• 国外芯片
  • ST 系列，意法半导体公司
  • Ti 协议，美国德州仪器公司，主要芯片是 DSP 数字信号处理芯片。

1.5 STM32 开发版概述

目前使用的开发版是基于 STM32F103ZET6 型号。

• ST 意法半导体公司产品
• M 使用 Cortex-M 内核
• 32 当前 MCU 为 32 位芯片
• F103
  • F1 ==> Cortex-M3 内核
  • 03 ==> F1 系列的型号，03 是增强型。
• ZET6
  • Z ==> 引脚数目 144 引脚
  • E ==> 闪存存储器大小(Flash) 512 KB
  • T ==> 封装标准 LQFP 封装
  • 6 ==> 工作温度范围 -40 ~ 85 ℃

2. GPIO

2.1 GPIO 概述

GPIO，全称为 通用输入输出，是一种存在于集成电路（如微控制器、单板计算机等）上的数字信号引脚。它的核心特征是 “通用”，意味着这些引脚没有预先设定的单一功能（比如专门用于UART通信或I2C通信），其具体行为（作为输入还是输出）可以通过软件进行动态配置。

在 OpenHarmony Hi3861 中利用 GPIO 实现控制

• LED 灯，BEEP 工作 ==> GPIO 输出信号控制
• KEY ==> GPIO 输入信号控制
• DHT11 ==> GPIO 输入输出状态转换，控制 + 数据读取、

对于 GPIO 而言

• GPIO 方式 输入 or 输出
• GPIO 电压情况，高电平 or 低电平

2.2 STM32F103ZET6 GPIO 相关内容

不同的 MCU 信号中，对应的 GPIO 数量不同，主要因素是对应 STM32 引脚数量

• GD32F103C8T6 对应 GPIO 有两组分别是 GPIOA 和 GPIOB，每一组 16 个通用GPIO，可编程 GPIO 有 32 个
• STM32F103ZET6 对应 GPIO 有七组 GPIOA ~ GPIOG，每一组 16 个通用GPIO，可编程 GPIO 有 16 * 7 = 112 个

硬件设计中的很多理念都遵循 2 进制思想，另外在硬件开发中，操作使用的二进制情况很多，需要重点掌握**【位操作】**相关内容

2.3 GPIO 开发流程

• 原理图分析
  • 根据原理图，分析当前编程需要控制的引脚是哪一个，同时期望的现象需要当前 IO 对应工作状态。
• 寄存器控制开发
  • 时钟使能，MCU 中所有的外部设备处于休眠状态。需要告知 MCU 当前外部设备需要工作，加入到 MCU 的执行周期中。
  • 根据原理图分析的 GPIO 工作模式，对应 GPIO 进行配置。
    * 明确 GPIO 分组
    * 明确 GPIO 引脚编号
    * 明确 GPIO 工作模式和高低电平状态。
    * 根据以上信息进行配置。
  • 根据业务所需，进行相关代码实现。控制高低电平完成 LED 的控制

2.4 GPIO 控制 LED 灯

LED 原理图分析

• 对应引脚是 LED0 和 LED1
• 当前 LED 对应 IO 引脚
  • IO 提供高电平，LED 灭
  • IO 提供低电平，LED 亮
• 可以分析
  • GPIO 要求可以提供高低电平切换。
  • GPIO 对应输出模式。

引脚关系

• LED0 ==> PB5
  • GPIO 分组 B 组中编号为 5 的引脚
• LED1 ==> PE5
  • GPIO 分组 E 组中编号为 5 的引脚

2.5 GPIO 端口内部基本电路情况

在 STM32 中 GPIO 有八种工作模式

2.5.1. 浮空输入模式（Floating Input）

• 原理：在这种模式下，GPIO 引脚没有接上拉电阻或下拉电阻，其电平状态完全取决于外部电路。引脚处于高阻抗状态，输入电流几乎为零。根据当前 IO 口分压来判断高低电平数据。
• 应用场景：适用于外部信号已经有明确的驱动能力和电平状态的情况，比如连接按键，按键按下时直接将引脚接地，松开时引脚浮空，通过读取引脚电平判断按键状态。

2.5.2. 上拉输入模式（Pull - up Input）

• 原理：GPIO 引脚内部连接了上拉电阻，当外部电路没有对引脚进行驱动时，引脚电平被上拉到高电平。如果外部电路将引脚拉低，那么引脚电平就为低电平。
• 应用场景：常用于按键输入，当按键未按下时，引脚通过上拉电阻保持高电平；按键按下时，引脚接地变为低电平，避免了引脚浮空可能带来的电平不稳定问题。

2.5.3. 下拉输入模式（Pull - down Input）

• 原理：与上拉输入模式相反，GPIO 引脚内部连接了下拉电阻，当外部电路没有对引脚进行驱动时，引脚电平被下拉到低电平。如果外部电路将引脚拉高，那么引脚电平就为高电平。
• 应用场景：同样适用于按键输入等场景，当按键未按下时，引脚通过下拉电阻保持低电平；按键按下时，引脚接高电平。

2.5.4. 模拟输入模式（Analog Input）

• 原理：该模式下，GPIO 引脚用于模拟信号的输入，内部的数字逻辑电路被断开，引脚直接连接到模拟信号处理模块，如 ADC（模拟 - 数字转换器）。
• 应用场景：用于采集模拟信号，如温度传感器、压力传感器等输出的模拟电压信号，通过 ADC 将模拟信号转换为数字信号进行处理。

2.5.5. 开漏输出模式（Open - Drain Output）

• 原理：在开漏输出模式下，GPIO 引脚内部的输出级只有 N 沟道 MOS 管，当输出为低电平时，MOS 管导通，引脚接地；当输出为高电平时，MOS 管截止，引脚处于高阻态，需要外部接上拉电阻才能输出高电平。
• 应用场景：常用于实现线与功能、I2C 总线等通信协议，多个开漏输出引脚可以连接在一起，只要有一个引脚输出低电平，总线就为低电平。

2.5.6. 推挽输出模式（Push - Pull Output）

• 原理：推挽输出模式下，GPIO 引脚内部的输出级由 P 沟道 MOS 管和 N 沟道 MOS 管组成。当输出为高电平时，P 沟道 MOS 管导通，引脚输出高电平；当输出为低电平时，N 沟道 MOS 管导通，引脚输出低电平。
• 应用场景：适用于直接驱动一些负载，如 LED 灯，能够提供较强的驱动能力。

2.5.7. 复用开漏输出模式（Alternate Function Open - Drain Output）

• 原理：该模式下，GPIO 引脚的功能由片上外设控制，输出级采用开漏输出结构。与普通开漏输出模式类似，需要外部接上拉电阻才能输出高电平。
• 应用场景：常用于一些通信协议和外设接口，如 SPI 总线的某些引脚、I2C 总线等，将 GPIO 引脚复用为外设的特定功能。

2.5.8. 复用推挽输出模式（Alternate Function Push - Pull Output）

• 原理：此模式下，GPIO 引脚的功能由片上外设控制，输出级采用推挽输出结构，能够直接输出高电平和低电平。
• 应用场景：常用于一些需要较强驱动能力的外设接口，如 UART 通信的发送引脚、PWM 信号输出等。

根据当前 LED 电路原理图分析，和需求的 GPIO 功能分析。当前对应 GPIO PB5 和 PE5 需要设置为推挽输出模式。

2.6 时钟使能【小重点】

时钟是当前 MCU 的执行能力，主要的核心参数/内容

• 时钟频率：一般都是 MCU 和外部晶振提供，作为 MCU 处理任务的核心时钟参数，当前 STM32F103ZET6 芯片时钟是 72 MHz。芯片的运算速度可以认为是 13.88ns 时间周期执行一次计算。
• 时钟树：当前 MCU 内部的电路设计，将 MCU 的计算器能力提供多个时钟提供端口，将 MCU 执行能力提供给不同的功能模块，每一个模块都有固定的内部时钟管道。
  • 类似于水厂/热力公司，根据不同的区域管道，提供自来水/热力。

2.7 寄存器开发模式【重点】

根据 STM32 内核提供的标准库函数，利用寄存器方式对模块进行配置和使用。

寄存器就类似于拨码开关，根据官方要求和限制，需要提供拨码开关的不同形式来进行配置开发。

2.7.1 时钟使能，对应寄存器 RCC

RCC ==> Reset & Clock Control

根据原理分析引脚关系和时钟树分析对应时钟分配情况，当前需要通过 RCC 控制 APB2 使能(Enable) GPIOB 和 GPIOE 两个 GPIO 组时钟，从而满足执行操作。

需要提供给 RCC_APB2ENR 寄存器数据可以采用两种方式，分别为

• 方式一: 直接赋值给寄存器数据 0x0000 0048
• 方式二:

1RCC->APB2ENR |= (0x01 << 6); // 使能 GPIOE  
2RCC->APB2ENR |= (0x01 << 3); // 使能 GPIOB  

2.7.2 GPIO 对应引脚配置

根据原理图分析，对应引脚是 PB5 和 PE5，对应工作模式为 GPIO 推挽输出模式。利用 GPIO 寄存器对当前的 IO 引脚进行控制。

在 STM32 中的一组 GPIO 有 16 个 IO 口。内核将 16 个 IO 分为高低两组

• 高位寄存器 8 ~ 15
• 低位寄存器 0 ~ 7

因为多组 GPIO，在底层寄存器中，利用 GPIOx 提供不同的分组 GPIO 控制。例如 GPIOA，GPIOB…

当前 GPIOB ==> PB5 和 GPIOE ==> PE5 所需的工作模式为

• 通用推挽输出模式

需要对当前寄存器中的 CNF5 和 MODE5 进行组合配置，可以提供数据为

• 0001 ==> 推挽输出模式，速度 10 MHz
• 0011 ==> 推挽输出模式，速度 50 MHz
• 0010 ==> 推挽输出模式，速度 2 MHz

1GPIOB->CRL |= (0x03 << 20); // GPIOB 组中 PB5 引脚配置为通用推挽输出模式，速度 50 MHz
2GPIOE->CRL |= (0x03 << 20); // GPIOE 组中 PE5 引脚配置为通用推挽输出模式，速度 50 MHz
3

2.7.3 GPIO 引脚输出高低电平配置

通过 ODR 配置输出电平

• LED 亮，GPIO对应就为低电平

1GPIOB->ODR &= ~(0x01 << 5);  
2GPIOE->ODR &= ~(0x01 << 5);  

• LED 灭，GPIO对应就为高电平

1GPIOB->ODR |= (0x01 << 5);  
2GPIOE->ODR |= (0x01 << 5);  

2.7.4 代码实现

1#include "stm32f10x.h"
2/*
3STM32 核心头文件，没有当前头文件无法完成项目开发！！！
4stm32f10x.h 对应芯片系列为
5	F10x ==> F101 F102 F103 F105 F107....
6*/
7
8int main(void)
9{
10	/*
11	1. 时钟使能
12		需要将 MCU 时钟提供给 GPIOB 和 GPIOE
13		对应寄存器是 RCC->APB2ENR
14	*/
15	RCC->APB2ENR |= (0x01 << 3); // 使能 GPIOB IO组
16	RCC->APB2ENR |= (0x01 << 6); // 使能 GPIOE IO组
17	
18	/*
19	2. 对应 GPIO 引脚功能配置，需要对 PB5 和 PE5 引脚统一配置为
20		【通用推挽输出模式】
21		对应寄存器是 GPIOx->CRL
22		
23		GPIOB->CRL &= ~(0x0F << 20);
24		GPIOB->CRL 32位寄存器 0100 0100 【????】 0100 0100 0100 0100 0100
25		0x0F ==> 0000 1111 执行左移 20 位
26			0000 1111 0000 0000 0000 0000 0000
27		~(0x0F << 20)
28			1111 0000 1111 1111 1111 1111 1111
29		
30		GPIOB->CRL &= ~(0x0F << 20);
31			0100 0100 ???? 0100 0100 0100 0100 0100
32		&	     1111 0000 1111 1111 1111 1111 1111
33		    0100 0100 0000 0100 0100 0100 0100 0100
34	*/
35	// PB5 配置
36	GPIOB->CRL &= ~(0x0F << 20);
37	GPIOB->CRL |= (0x03 << 20); // 0011 ==> 通用推挽输出模式，速度 50 MHz
38	
39	// PE5 配置
40	GPIOE->CRL &= ~(0x0F << 20);
41	GPIOE->CRL |= (0x03 << 20); // 0011 ==> 通用推挽输出模式，速度 50 MHz
42	
43	/*
44	3. 控制 GPIOx_ODR 寄存器，配置高低电平
45		高电平 ==> LED 灭
46		低电平 ==> LED 亮
47	*/
48	
49	while (1)
50	{
51		// LED0 亮 LED1 灭
52		GPIOB->ODR &= ~(0x01 << 5);
53		GPIOE->ODR |= (0x01 << 5);
54		
55		for (u32 i = 0; i < 10000000; i++) {}
56		
57		GPIOB->ODR |= (0x01 << 5);
58		GPIOE->ODR &= ~(0x01 << 5);
59		for (u32 i = 0; i < 10000000; i++) {}
60	}
61}
62

2.7.5 程序烧录和重启

编译

烧录

连接方式

编译和烧录成功提示

重启

3. GPIO 控制案例

3.1 Beep 蜂鸣器控制

3.1.1 BEEP 原理图分析

3.1.2 代码实现

• 时钟使能，通过 RCC 对应 APB2ENR 控制 GPIOB 组时钟使能。
• 利用 GPIOx 中的 CRH 控制 PB8 引脚工作状态
• 控制 GPIOx 中的 ODR 寄存器，控制 MCU PB8 对外输出高低电平情况。

1#include "stm32f10x.h"
2
3int main(void)
4{
5	// 1. GPIOB 对应 GPIO 组时钟使能
6	RCC->APB2ENR |= (0x01 << 3);
7	
8	/*
9	2. 配置 GPIOB CRH 寄存器，控制 PB8 引脚的工作模式
10		所需工作模式为 【通用推挽输出模式】
11	*/
12	GPIOB->CRH &= ~(0x0F); // 清除对应 CNF8 MODE8 原本状态。
13	GPIOB->CRH |= 0x03;    // PB8 对应通用推挽模式，速度 50 MHz
14	
15	/*
16	3. 利用 ODR 控制高低电平，满足 BEEP 工作
17		高电平 ==> BEEP 工作
18		低电平 ==> BEEP 停止工作
19	*/
20	
21	while (1)
22	{
23		GPIOB->ODR |= (0x01 << 8);
24		for (u32 i = 0; i < 10000000; i++) {}
25		
26		GPIOB->ODR &= ~(0x01 << 8);	
27		for (u32 i = 0; i < 10000000; i++) {}	
28	}
29}
30

3.2 多文件编程

需要将开发中使用的设备进行模块化处理，方便后续组装 or 二开。一般情况下，模块内容都是对应 .h 和 .c。代码模块名称对应当前模块名，例如 led, beep

流程

• 新建文件添加到 Keil 项目中

• 新建文件和保存

新文件配置添加到 Keil 项目中

目标文件选中

多文件案例

led.h

1#ifndef _LED_H
2#define _LED_H
3
4#include "stm32f10x.h"
5
6// RCC 对应时钟使能控制寄存器标志位
7#define GPIOB_RCC_APB2_CLOCK_ENABLE (0x01 << 3)
8#define GPIOE_RCC_APB2_CLOCK_ENABLE (0x01 << 6)
9
10// GPIOP 推挽输出模式，50 MHz 预设宏
11#define Push_Pull_Out_50MHz (0x03)
12
13/**
14* @brief 当前 STM32F103ZET6 开发板对应 LED0 和 LED1 配置
15*      LED0 和 LED1 对应 GPIO 引脚，配置为【通用推挽输出模式】
16*/
17void Led_Init(void);
18
19/**
20* @brief LED0 控制函数，根据提供的外部参数，控制当前 LED 亮灭
21*
22* @param flag flag 为 1 对应 LED0 亮，0 对应 LED0 熄灭
23*/
24void Led0_Ctrl(u8 flag);
25
26/**
27* @brief LED1 控制函数，根据提供的外部参数，控制当前 LED 亮灭
28*
29* @param flag flag 为 1 对应 LED1 亮，0 对应 LED1 熄灭
30*/
31void Led1_Ctrl(u8 flag);
32
33#endif
34
35

led.c

1#include "led.h"
2
3void Led_Init(void) 
4{
5	// 1. LED0 和 LED1 对应 GPIO 时钟使能
6	RCC->APB2ENR |= GPIOB_RCC_APB2_CLOCK_ENABLE 
7					| GPIOE_RCC_APB2_CLOCK_ENABLE;
8	
9	// 2. PB5 和 PE5 通用推挽输出模式。速度 50 MHz
10	GPIOB->CRL &= ~(0x0F << 20);
11	GPIOB->CRL |= (Push_Pull_Out_50MHz << 20);
12	
13	GPIOE->CRL &= ~(0x0F << 20);
14	GPIOE->CRL |= (Push_Pull_Out_50MHz << 20);
15}
16
17void Led0_Ctrl(u8 flag)
18{
19	// 根据 Flag 控制当前 LED 工作情况
20	
21	/*
22	【注意】 LED 要求 IO 引脚输出低电平灯亮，高电平灯灭
23	*/
24	if (flag)
25	{
26		GPIOB->ODR &= ~(0x01 << 5);
27	}
28	else
29	{
30		GPIOB->ODR |= (0x01 << 5);
31	}
32}
33
34void Led1_Ctrl(u8 flag)
35{
36	if (flag)
37	{
38		GPIOE->ODR &= ~(0x01 << 5);
39	}
40	else
41	{
42		GPIOE->ODR |= (0x01 << 5);
43	}
44}
45

3.3 非精准延时控制函数

利用 _NOP 函数实现。非精准延时控制

因为当前 STM32F103ZET6 对应时钟频率为 72MHz，MCU 执行一次任务时间为 13.88ns，利用特征实现【us 单位延时】和【ms 单位延时】控制。

_NOP 函数 当前 MCU 空闲一个执行任务周期，对应时间为 13.88889 ns。如果一个函数执行 72 次**_NOP 函数** ，可以任务当前函数的执行时间为 13.88889 ns * 72 == 1 us

delay.h

1#ifndef _DELAY_H
2#define _DELAY_H
3
4#include "stm32f10x.h"
5
6/**
7* @brief 延时控制函数，对应的控制单位为 us 微秒
8* 
9* @param us 延时控制微秒数
10*/
11void Delay_us(u32 us);
12
13/**
14* @brief 延时控制函数，对应的控制单位为 ms 毫秒
15* 
16* @param ms 延时控制毫秒数
17*/
18void Delay_ms(u32 ms);
19
20#endif
21

delay.c

1#include "delay.h"
2
3void Delay_us(u32 us)
4{
5	/*
6	根据 MCU 执行特征分析，任何一个任务执行都需要消耗周期时间
7	while 循环控制和 us-- 实际上也存在一定的 MCU 执行周期占用
8	当前延时控制【非精准控制】，存在一定的误差范围。
9	*/
10	while (us--) {
11		/*
12		一个 __NOP 函数占用 MCU 一次执行任务周期，对应时间为 13.8888 ns
13		当前 Delay_us 单位控制对应 72 个 __NOP 函数，执行时间可以认为是 1 us
14		*/
15		__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();
16		__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();
17		__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();
18		__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();
19		__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();
20		__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();
21		__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();__NOP();
22		__NOP();__NOP();
23	}
24}
25
26void Delay_ms(u32 ms)
27{
28	Delay_us(ms * 1000);
29}
30

3.4 Key 按键控制

3.4.1 原理图分析

• 根据原理分析
  • KEY0 KEY1 KEY2 按键按下之后对应引脚电平为【低电平】，如果需要根据按键的电平信号进行 MCU 控制和操作，要求对应 MCU IO 引脚默认电平为【高电平】。
    * KEY0 ==> PE4 KEY1 ==> PE3 KEY0 ==> PE2
    * PE2 PE3 PE4 要求 GPIO 的工作模式为输入模式。
    * 同时为了满足电平切换可参考，可提取信息，对应为【上拉输入模式 高电平】
  • KEY_UP Or WK_UP 按键按下之后对应引脚电平为【高电平】，如果需要根据按键的电平信号进行 MCU 控制和操作，要求对应 MCU IO 引脚默认电平为【低电平】。
    * KEY_UP Or WK_UP ==> PA0
    * PA0 GPIO 的工作模式为输入模式。
    * 同时为了满足电平切换可参考，可提取信息，对应为【下拉输入模式 低电平】
• 代码流程分析
  • 时钟使能【GPIOA】和【GPIOE】，通过 RCC 中的 APB2ENR 进行控制
  • 对应 PE2 PE3 PE4 配置为上拉输入模式
  • 对应 PA0 配置为下拉输入模式
  • 按键输入电平读取操作

3.4.2 开发流程

时钟使能

GPIO 配置

• PA0 PE2 PE3 PE4 都是上拉/下拉输入模式
• 具体上拉还是下拉，需要使用 ODR 寄存器配置输出高低电平，决定当时输入工作模式为上拉还是下拉
• ODR = 1 ==> 上拉输入 ODR = 0 ==> 下拉输入

利用 ODR 寄存器配置高低电平，决定当前为上拉输入还是下拉输入

外部 KEY 按键之后，IO 口输入电平读取，读取 GPIOx_IDR 寄出去 (Input Data Register)

3.4.3 代码实现

key.h

1#ifndef _KEY_H
2#define _KEY_H
3
4#include "stm32f10x.h"
5
6#include "delay.h"
7
8#define GPIOA_RCC_APB2_CLOCK_ENABLE (0x01 << 2)
9#define GPIOE_RCC_APB2_CLOCK_ENABLE (0x01 << 6)
10
11#define Pull_Up_Or_Down_Input (0x08)
12
13// 利用枚举类型描述按键按键标记数据
14typedef enum key_value
15{	
16	KEY_0_VALUE,
17	KEY_1_VALUE,
18	KEY_2_VALUE,
19	KEY_UP_VALUE,
20	NO_KEY_PRESSED
21} GL_Key_Value;
22
23/**
24* @brief 当前开发板中按键初始化函数，配置 PA0 PE2 PE3 PE4 
25*         所需的 GPIO 工作模式
26*         PA0 ==> KEY_UP or WK_UP 下拉输入
27*         PE2 ==> KEY2 上拉输入
28*         PE3 ==> KEY1 上拉输入
29*         PE4 ==> KEY0 上拉输入
30*/
31void Key_Init(void);
32
33/**
34* @brief 获取当前开发板中，哪一个按键被按下
35*
36* @return 返回值是对应按键被按下的标记数据，对应类型为枚举 GL_Key_Value
37*		类型
38*/
39u8 Key_GetValue(void);
40
41#endif
42

key.c

1#include "key.h"
2
3void Key_Init(void)
4{
5	// 1. 时钟使能，GPIOA 和 GPIOE
6	RCC->APB2ENR |= GPIOA_RCC_APB2_CLOCK_ENABLE 
7					| GPIOE_RCC_APB2_CLOCK_ENABLE;
8	
9	/*
10	2. GPIO 配置
11	*/
12	/*
13	2.1 PA0 下拉输入配置
14	*/
15	GPIOA->CRL &= ~(0x0F);
16	GPIOA->CRL |= Pull_Up_Or_Down_Input;
17	GPIOA->ODR &= ~(0x01); // 利用 ODR 低电平明确限制下拉输入
18	
19	/*
20	2.2 PE2 PE3 PE4 上拉输入配置
21	*/
22	GPIOE->CRL &= ~(0x0FFF << 8);
23	GPIOE->CRL |= (Pull_Up_Or_Down_Input << 16) 
24					| (Pull_Up_Or_Down_Input << 12)
25					| (Pull_Up_Or_Down_Input << 8);
26	GPIOE->ODR |= (0x07 << 2);  // 利用 ODR 高电平明确限制上拉输入
27}
28
29u8 Key_GetValue(void)
30{
31	/*
32	KEY0 【上拉输入模式 默认高电平】按键判断是否按下
33		KEY0 ==> PE4 引脚
34		0x01 << 4 ==> 0000 0001 << 4 
35					  0001 0000
36		GPIOE->IDR & 0001 0000，
37		如果结果为 0 表示，对应 IDR4 位置为 0，按键已按下。
38		如果结果不为 0，表示 IDR4 位置为 1，按键尚未按下
39	*/
40	if (0 == (GPIOE->IDR & (0x01 << 4)))
41	{
42		// 消抖
43		Delay_ms(10);
44		
45		if (0 == (GPIOE->IDR & (0x01 << 4)))
46		{
47			return KEY_0_VALUE;
48		}
49	}
50	
51	// KEY1 按键对应 PE3 引脚，操作同理 KEY0
52	if (0 == (GPIOE->IDR & (0x01 << 3)))
53	{
54		// 消抖
55		Delay_ms(10);
56		
57		if (0 == (GPIOE->IDR & (0x01 << 3)))
58		{
59			return KEY_1_VALUE;
60		}
61	}
62	
63	// KEY2 按键对应 PE2 引脚，操作同理 KEY0
64	if (0 == (GPIOE->IDR & (0x01 << 2)))
65	{
66		// 消抖
67		Delay_ms(10);
68		
69		if (0 == (GPIOE->IDR & (0x01 << 2)))
70		{
71			return KEY_2_VALUE;
72		}
73	}
74	
75	/*
76	KEY_UP or WK_UP 按键对应 PA0 【下拉输入模式 默认低电平】
77	GPIOA->IDR GPIOA 组输入电平高低寄存器。
78		PA0 对应 IDR0
79		GPIOA->IDR & 0x01 
80	如果 KEY_UP 按下，对应 IDR0 为 1，当前可以简化代码 & 操作为
81		0x01 & 0x01 ==> if 可以执行
82	如果 KEY_UP 未按下，对应 IDR0 为 0，当前可以简化代码 & 操作为
83		0x00 & 0x01 ==> 不满足 if 条件判断。
84	*/
85	if (GPIOA->IDR & 0x01)
86	{
87		// 消抖
88		Delay_ms(10);
89		if (GPIOA->IDR & 0x01)
90		{
91			return KEY_UP_VALUE;
92		}
93	}
94	
95	/*
96	以上所有按键都未按下，返回 NO_KEY_PRESSED 告知外部。
97	*/
98	return NO_KEY_PRESSED;
99}
100
101

测试 main 函数代码

1#include "stm32f10x.h"
2
3#include "stdio.h"
4#include "stdlib.h"
5#include "string.h"
6
7#include "led.h"
8#include "beep.h"
9#include "delay.h"
10#include "key.h"
11
12int main(void)
13{
14	// LED 模块初始化，完成时钟使能和 GPIO 配置
15	Led_Init();
16	// BEEP 模块初始化
17	Beep_Init();
18	// KEY 模块初始化
19	Key_Init();
20	
21	u8 key_value = 0;
22	
23	// u8 flag = 1;
24	
25	while (1)
26	{
27		key_value = Key_GetValue();
28		
29		if (KEY_0_VALUE == key_value)
30		{
31			Led0_Ctrl(1);
32		}
33		else if (KEY_1_VALUE == key_value)
34		{
35			Led0_Ctrl(0);
36		}
37		else if (KEY_2_VALUE == key_value)
38		{
39			Beep_Ctrl(1);
40		}
41		else if (KEY_UP_VALUE == key_value)
42		{
43			Beep_Ctrl(0);
44		}
45	
46		Delay_ms(10);
47	}
48}
49

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