IO输入-按键检测
前面我们已经学习了IO口输出功能，现在我们就学习IO的输入功能。
IO口输入
所谓的IO口输入，其实非常简单，就是可以从一个IO口读取连接在IO口上的电路的电平，高电平，读到1，低电平就读到0。
下面是IO口结构图，前面我们已经看过，如果配置为输入时，只要读取输入数据寄存器就可以获取IO口电平了。
在IO口输出章节，我们详细说了IO口配置，其中下面两个配置只是针对输出的，输入无效：
/**
* @brief GPIO Output type enumeration
*/
typedef enum
{
GPIO_OType_PP = 0x00,
GPIO_OType_OD = 0x01
}GPIOOType_TypeDef;
#define IS_GPIO_OTYPE(OTYPE) (((OTYPE) == GPIO_OType_PP) || ((OTYPE) == GPIO_OType_OD))
/**
* @brief GPIO Output Maximum frequency enumeration
*/
typedef enum
{
GPIO_Low_Speed = 0x00, /*!< Low speed */
GPIO_Medium_Speed = 0x01, /*!< Medium speed */
GPIO_Fast_Speed = 0x02, /*!< Fast speed */
GPIO_High_Speed = 0x03 /*!< High speed */
}GPIOSpeed_TypeDef;
按键输入
按键输入是人机交互的一个重要输入手段，最常见的按键就是电脑键盘。 按键输入是IO口输入应用的最简单例子。然而深究起来，按键扫描并没那么简单。
原理图
先看按键原理图
按键的原理比较简单，一个按键两个脚，一个脚接都IO口，一个脚接到地。
当按键按下，两端短路，IO口就接到地，就是低电平。
那没按下时，IO口啥都没接，就是高电平。
为啥是高电平呢？因为IO口在芯片内部可以配置连接一个内部上拉电阻。
如果使用了没有内部上拉电阻的IO，就只能在外部接一个电阻将IO口上拉到高电平。
上拉电阻不能太小，当按键按下时，VCC经过电阻接到地，电流就等于VCC/电阻，太小，漏电流会很大。 普通按键按下的时间比较短，如果是一些状态开关（原理和按键类似），接地可能是一个常态，长时间漏电， 费电。 上拉电阻也不能太大，如果你整一个10M的电阻，很容易耦合干扰，IO口电平乱跳，造成假按键动作。 一般，不是低功耗的设备，4.7K挺好， 低功耗设备，1M差不多。
按键扫描方式
首先，记住流水灯章节提到的问题：芯片跑得很快。从一个IO口读取输入电平，只是一瞬间的事。 第二，手可能会抖动。 第三，机械按键可能会抖动。
用示波器抓按键按下的波形，波形可能如下图，可见状态变化时波形有抖动。
大概的按键流程如下：
这个流程只是判断按下的流程，按键松开同样要做抖动处理。
编码调试
按键属于芯片外设备。 我们在工程目录增加一个board_dev文件夹，在文件夹内添加两个文件： dev_key.c、dev_key.h。 代码具体见源文件。记得添加到MDK工程，头文件路径也要添加。 我们首先调试好IO口输入，如下面代码，通过两个调试信息从串口查看IO口电平。
s32 dev_key_scan(void)
{
uint8_t sta;
sta = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0);
if(sta == Bit_SET)
{
KEY_DEBUG(LOG_DEBUG, "key up\r\n");
}
else
{
KEY_DEBUG(LOG_DEBUG, "key down\r\n");
}
}
将这个函数放到main.c的while循环中运行，在while(1)之前，要调用函数dev_key_init，对按键IO进行初始化，初始化为输入IO口。
/* Infinite loop */
mcu_uart_open(3);
dev_key_init();
while (1)
{
dev_key_scan();
Delay(10);
}
没有按下按键时，串口输出“key up”，按住按键时输出“key down”。由于程序一直运行，LOG会连续不断输出IO口状态。 IO口调试好之后就处理防抖动。 添加防抖处理的扫描函数如下，注意定义变量的时候，使用了volatile跟static关键字。 ```c {.line-numbers} s32 dev_key_scan(void) { volatile uint8_t sta;//局部变量，放在栈空间，进入函数时使用，退出后释放。 static u8 key_sta = 1;//通过static 指定key_sta，函数退出不会释放
sta = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0);
if((sta == Bit_SET) && (key_sta == 0))
{
Delay(5);
sta = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0);
if(sta == Bit_SET)
{
key_sta = 1;
KEY_DEBUG(LOG_DEBUG, "key up\r\n");
return 1;
}
}
else if((sta == Bit_RESET) && (key_sta == 1))
{
Delay(5);
sta = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0);
if(sta == Bit_RESET)
{
key_sta = 0;
KEY_DEBUG(LOG_DEBUG, "key down\r\n");
return 0;
}
}
else
{
/*按键没变化*/
return -1;
}
}
有个要点：
> key_sta变量定义，在函数内定义的是局部变量，但是通过一个static 关键字修饰，即使函数退出，也不释放，下次进入函数，key_sta的值就不会变。
static修饰函数内的局部变量，变量生命周期上，相当于全局变量。使用范围，相当于局部变量，只能在函数内使用。
这个扫描函数的流程完全按照前面的流程图处理：
>第6行读IO口状态
第7行判断状态是不是等于Bit_Set，也就是高电平，并且key_sta等于0，也就是说，上一次的状态是0，状态是按下。
这样做的目的是，我们只处理状态变化。
第9行，延时
第10行，再次读IO状态
第11行，判断状态是否为高电平。
第13行，将按键状态改为1，高电平，松开状态。
第18到28行是按下状态处理，原理跟松开一样。
main函数中，按键按下，点亮LED，按键松开，熄灭LED。
```c
/* Infinite loop */
mcu_uart_open(3);
wjq_log(LOG_INFO, "hello word!\r\n");
dev_key_init();
while (1)
{
s32 key;
key = dev_key_scan();
if(key == 0)
{
GPIO_ResetBits(GPIOG, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2| GPIO_Pin_3);
}
else if(key == 1)
{
GPIO_SetBits(GPIOG, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2| GPIO_Pin_3);
}
Delay(1);
}
重新编译下载进去后即可验证。
优化改造
到此，一个大家在其他教程中常见，基本的按键扫描就实现了。 但是，能用吗？为什么？ 我认为结论是不能用。 有以下问题： 1. 扫描过程去抖动用了硬延时，俗称死等，啥都没干，白白浪费CPU的时间。 2. 应用和驱动耦合在一起，耦合就是强关联。 看上面程序，应用就是main.c中的读到按键后点亮LED。驱动就是按键扫描，也就是dev_key_scan函数。应用直接通过调用驱动获取键值，属于耦合（好的设计应该调用驱动提供的接口）。 耦合有什么不好呢？
- 驱动只有应用要读按键了才进行按键扫描，多个应用怎么办？如果应用执行不及时，按键会丢失吧？。-----驱动受制于应用
- 扫描到按键直接就给应用。------驱动拖累应用
改造后关键代码-扫描
关键思路：每次进入scan函数，只做状态判断。 scan函数可以放到定时器执行，等移植RTOS后，也可以放到线程内。 现在我们先放到main函数的while(1)中，这个循环内有一个Delay，也就相当于间隔10毫秒执行一次scan。 防抖动通过多次扫描实现。 扫描到按键后，将键值写入按键缓冲，至于谁要用，什么时候用，驱动不管。 具体流程请看函数注释。
/**
*@brief: dev_key_scan
*@details: 扫描按键
*@param[in] void
*@param[out] 无
*@retval:
*/
s32 dev_key_scan(void)
{
volatile u8 sta;//局部变量，放在栈空间，进入函数时使用，退出后释放。
static u8 new_sta = Bit_SET;
static u8 old_sta = Bit_SET;
u8 key_value;
static u8 cnt = 0;
if(KeyGd != 0)
return -1;
/*读按键状态*/
sta = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0);
/*
判断跟上次读的状态是不是一样，
原因是，保证防抖过程的状态是连续一样的。
不明白可以想象按键状态快速变化。
这种情况我们不要认为是有按键。
*/
if((sta != new_sta))
{
cnt = 0;
new_sta = sta;
}
/*
与上次得到键值的状态比较，
如果不一样，说明按键有变化
*/
if(sta != old_sta)
{
cnt++;
if(cnt >= DEV_KEY_DEBOUNCE)
{
/*防抖次数达到，扫描到一个按键变化*/
cnt = 0;
key_value = DEV_KEY_PRESS;
/*判断是松开还是按下*/
if(sta == Bit_RESET)
{
KEY_DEBUG(LOG_DEBUG, "key press!\r\n");
}
else
{
key_value += DEV_KEY_PR_MASK;
KEY_DEBUG(LOG_DEBUG, "key rel!\r\n");
}
/*键值写入环形缓冲*/
KeyBuf[KeyW] = key_value;
KeyW++;
if(KeyW>= KEY_BUF_SIZE)
{
KeyW = 0;
}
/*更新状态*/
old_sta = new_sta;
}
}
return 0;
}
应用驱动分离
按键驱动改造后，应用也要同步修改，修改如下。 虽然现在扫描和点灯还是放在main中，不过这个只是当前测试而已。 而且，虽然放在一起，两个模块在逻辑上已经没有关系了。 就算没有点灯程序，按键扫描也会按照自己的设计执行。跟点灯不再强关联。
/* Infinite loop */
mcu_uart_open(3);
wjq_log(LOG_INFO, "hello word!\r\n");
dev_key_init();
dev_key_open();
while (1)
{
/*驱动轮询*/
dev_key_scan();
/*应用*/
u8 key;
s32 res;
res = dev_key_read(&key, 1);
if(res == 1)
{
if(key == DEV_KEY_PRESS)
{
GPIO_ResetBits(GPIOG, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2| GPIO_Pin_3);
}
else if(key == DEV_KEY_REL)
{
GPIO_SetBits(GPIOG, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2| GPIO_Pin_3);
}
}
Delay(1);
}
总结
改造后的程序，完全可以用于实际项目。 在按键驱动中，增加了open和close函数，还有设备描述符。
/*按键设备符*/
s32 KeyGd = -1;
这都是为了后续所有设备驱动统一管理做准备。