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【蓝桥杯嵌入式】【模块】四、按键相关配置及代码模板

news 来源：原创 2025/5/16 14:25:45

1. 前言

最近在准备16届的蓝桥杯嵌入式赛道的国赛，打算出一个系列的博客，记录STM32G431RBT6这块比赛用板上所有模块可能涉及到的所有考点，如果有错误或者遗漏欢迎各位大佬斧正。

本系列博客会分为以下两大类：

1.1. 单独模块的讲解

在这部分，我会分享自己总结的各个模块的相关配置、代码书写模板，涉及到的大致框架如下：

这个框架后续可能会不断更新，欢迎各位给出建议。

这一大类相关的文章链接如下(持续补充中)：

【蓝桥杯嵌入式】【模块】一、系统初始化-CSDN博客

【蓝桥杯嵌入式】【模块】二、LED相关配置及代码模板-CSDN博客

【蓝桥杯嵌入式】【模块】三、LCD相关配置及代码模板-CSDN博客

【蓝桥杯嵌入式】【模块】四、按键相关配置及代码模板-CSDN博客

1.2. 蓝桥杯各届的真题、模拟题复盘及个人答案

在这一部分，我会分享个人练过的所有题的复盘思路及代码，每篇文章结构如下：

这一大类相关的文章链接如下(持续补充中)：

【蓝桥杯嵌入式】【复盘】第13届国赛真题-CSDN博客

以下是本篇博客正文内容：

2. 在cubemx中配置按键

在开发板说明书中，案件相关的io口如下所示：

图1

简单分析电路可知，当按键按下时，对应的io口电平会被拉低。

所以，按键功能的实现，归根结底是对gpio口电平状态的扫描，当检测到io口为低电平时，便说明其对应的按键按下了。

需要注意的是，为了保证系统运行的并发性，io状态扫描这一步一般都放在定时器中断里进行。所以，按键的实质可以总结为io读取电平+定时器中断内扫描。

2.1. cubemx配置按键相关io

图2

根据图1，按键1，2，3，4对应的gpio口分别是PB0、PB1、PB2、PA0，所以，在cubemx中讲这几个io配置为gpio input模式即可，用于读取gpio电平。

2.2. cubemx配置定时器中断

图3

图4

我选择了定时器4，需要注意的是配置定时器中断的溢出周期，这里我选择的是80000000 / 80 / 10000 = 100hz，也就是10ms进一次定时器中断，这个频率用于按键测量一般是没什么问题的。注意，最后要记得使能中断。

3. 按键的单击/短按

3.1. 整体模板

按键单机是考察得最为频繁也是必考的一个点，我的整体模板代码如下：

struct keys {uint8_t key_step;bool key_pin_state;bool key_is_down;
};struct keys key_buf[4] = {0};void key_init(void)
{HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim4);
}void key_scan(void)
{key_buf[0].key_pin_state = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_0);key_buf[1].key_pin_state = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_1);key_buf[2].key_pin_state = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_2);key_buf[3].key_pin_state = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0);for(int i = 0;i < 4;i++){switch(key_buf[i].key_step){case 0:if(key_buf[i].key_pin_state == 0){key_buf[i].key_step = 1;}				else{key_buf[i].key_step = 0;}break;case 1:if(key_buf[i].key_pin_state == 0){key_buf[i].key_step = 2;key_buf[i].key_is_down = 1;}				else{key_buf[i].key_step = 0;key_buf[i].key_is_down = 0;}break;case 2:if(key_buf[i].key_pin_state == 0){
//				key_buf[i].key_step = 1;}				else{key_buf[i].key_step = 0;key_buf[i].key_is_down = 0;}break;}}
}void key_task(void)
{for(int i = 0; i < 4;i++){if(key_buf[i].key_is_down == 1){key_buf[i].key_is_down = 0;}}
}void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{if(htim->Instance == TIM4){key_scan();}
}

以下是一些重要函数设计：

3.2. 按键的初始化

按键的初始化非常简单，只需要开启定时器的中断就行。

HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim4);

使用该函数打开对应计时器的基本定时功能，使得TIM4没10ms就会触发一次中断，进入中断回调函数。

此外，在初始化工作中，还需要声明一个按键结构体：

struct keys {uint8_t key_step;    // 用于标记处于状态机的哪个阶段bool key_pin_state;  // 用于标记按键对应io口的电平bool key_is_down;    // 用于标记按键是否被按下
};struct keys key_buf[4] = {0};    // 有四个按键，所以声明的结构体数组大小为4

这个结构体会用于之后的按键判断及消抖状态机。

3.3. 按键的扫描及消抖

这部分的核心函数是key_scan，在该函数中大致做了以下几步：

1. 读取四个按键各自io口的引脚电平。

2. 构造状态机，实现按键的判定及消抖。

首先，读取引脚电平，通过HAL_GPIO_ReadPin函数便可实现：

    key_buf[0].key_pin_state = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_0);key_buf[1].key_pin_state = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_1);key_buf[2].key_pin_state = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_2);key_buf[3].key_pin_state = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0);

接着，便是最为重要的步骤，基于一个三步骤的状态机，实现按键的状态判断及消抖：

	for(int i = 0;i < 4;i++){switch(key_buf[i].key_step){case 0:if(key_buf[i].key_pin_state == 0){key_buf[i].key_step = 1;}				else{key_buf[i].key_step = 0;}break;case 1:if(key_buf[i].key_pin_state == 0){key_buf[i].key_step = 2;key_buf[i].key_is_down = 1;}				else{key_buf[i].key_step = 0;key_buf[i].key_is_down = 0;}break;case 2:if(key_buf[i].key_pin_state == 0){
//				key_buf[i].key_step = 1;}				else{key_buf[i].key_step = 0;key_buf[i].key_is_down = 0;}break;}}

在一个4次的循环中，我们检测每一个按键对应的io口状态，如果为0，说明此时按键是按下了的，但是我们并不选择在此时便判定按键的状态为“按下”，而是让其进入状态机的第二层，在第二层中会再次判断一遍io口的状态，如果依旧为0，便可确认按键确实是按下了，将按键的状态更新为“按下”(key_buf[i].key_is_down = 1;)。

这个过程实现了消抖，因为按键在按下时可能会有一定的抖动，导致其电平并不稳定，采用双层状态机的设计，便可在抖动发生后进行第二步的判断，如果判定为抖动，则第二次测量的电平不会为0，此时便回到状态机的第一步，实现消抖。

那么为什么状态机还有第三层呢？实际上，这个第三层一般用来进行长按判断，后续会提到。

之后，将该key_scan函数放入定时器中断中，之后便可以没10ms运行一次该函数，使得按键状态的判断并不影响其他逻辑的进行：

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{if(htim->Instance == TIM4){key_scan();}
}

3.4. 按键业务函数

在进行代码编写时，我们一定要有一种异步处理的思想，即判断逻辑在中断中进行，只负责一些标志位的改变，复杂的业务逻辑放在主循环中进行，因此，设计一个key_task任务，将对应按键按下后的处理逻辑放在里面进行：

void key_task(void)
{for(int i = 0; i < 4;i++){if(key_buf[i].key_is_down == 1){key_buf[i].key_is_down = 0;// 根据题目编写该按键对应的业务逻辑}}
}

4. 按键的长按

与之前的代码相比，按键长按的基本框架不变，核心模板代码如下：

struct keys {uint8_t key_step;bool key_pin_state;bool key_is_down;uint32_t key_time;bool key_is_long;
};void key_scan(void)
{key_buf[0].key_pin_state = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_0);key_buf[1].key_pin_state = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_1);key_buf[2].key_pin_state = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_2);key_buf[3].key_pin_state = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0);for(int i = 0;i < 4;i++){switch(key_buf[i].key_step){case 0:if(key_buf[i].key_pin_state == 0){key_buf[i].key_step = 1;}				else{key_buf[i].key_step = 0;key_buf[i].key_is_long = 0;key_buf[i].key_time = 0;}break;case 1:if(key_buf[i].key_pin_state == 0){key_buf[i].key_step = 2;key_buf[i].key_is_down = 1;}				else{key_buf[i].key_step = 0;key_buf[i].key_is_down = 0;key_buf[i].key_is_long = 0;key_buf[i].key_time = 0;}break;case 2:if(key_buf[i].key_pin_state == 0){
//				key_buf[i].key_step = 1;key_buf[i].key_time++;if(key_buf[i].key_time >= 100){key_buf[i].key_is_long = 1;}}				else{key_buf[i].key_step = 0;key_buf[i].key_is_down = 0;key_buf[i].key_is_long = 0;key_buf[i].key_time = 0;}break;}}
}

主要变动如下：

1. 在按键结构体中新增key_time用于计数按键按下的时间，用key_is_long用于标记长按标志位

2. 在状态机的第三层中，如果案件长按，则计数时间会累加，当时间超过题目要求的时间时(模板上是100 * 10ms = 1000ms = 1s)，长按标志位便会置1，之后在业务函数中便可根据该标志位做判断。

这里的核心是key_time，实际在考试时，所运用的整体模板可能不同，具体见下面的易错点。

4.1. 易错点

在考试时，常常遇到的要求是按键长按后松开时，才触发对应的长按逻辑，此时模板代码中关于计数时间和计数标志的清0便可能发生改变，如下面的例子所示：

void key_scan(void)
{key_buffer[0].key_pin_state = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_0);key_buffer[1].key_pin_state = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_1);key_buffer[2].key_pin_state = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_2);key_buffer[3].key_pin_state = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0);for(uint8_t i = 0; i < 4; i++){switch(key_buffer[i].key_step){case 0:if(key_buffer[i].key_pin_state == 0){key_buffer[i].key_step = 1;}	else{key_buffer[i].key_step = 0;}break;case 1:if(key_buffer[i].key_pin_state == 0){key_buffer[i].key_step = 2;key_buffer[i].key_is_down = 1;}	else{key_buffer[i].key_step = 0;key_buffer[i].key_is_down = 0;}break;case 2:if(key_buffer[i].key_pin_state == 0){key_buffer[i].key_time++;if(key_buffer[i].key_time >= 100){key_buffer[i].key_is_long = 1;}}	else{key_buffer[i].key_step = 0;key_buffer[i].key_is_down = 0;}break;}}
}void key_task(void)
{for(uint8_t i = 0;i < 4;i++){if(key_buffer[i].key_is_down == 1){switch(i){case 0:// 按键1的业务逻辑break;case 1:// 按键2的业务逻辑	break;case 2:// 按键3的业务逻辑	break;case 3:if(show_num == 0){// 使用key4_flag 来标记按键4是否被按下key4_flag = 1;break;}}if(key_buffer[3].key_is_down == 0){if(key4_flag == 1){key4_flag = 0;if(key_buffer[3].key_is_long == 1){// 长按逻辑}else{// 短按逻辑}}// 相关标志位清0key_buffer[3].key_is_long = 0;key_buffer[3].key_time = 0;}}
}

上面是13届国赛的按键核心代码，可以发现的是，其与之前的模板代码的核心区别是将key_time和key_is_long的清零逻辑放到了key_task中进行，并且使用了一个key4_flag标志位，这个标志位执行这样的作用：当按键4按下之后，该标志位会置1，但此时不进行任何的逻辑，之后等按键4松开之后，会判断该标志位，如果为1，说明是按下后松开，此时再判断长按标志位，实现对应的功能；如果此时key4_flag本身为0，说明此时按键4只是单纯的没有被按下，直接跳过即可。

5. 按键的双击

按键双击定义为在0.7s内连续按下按键两次，所以我的思路是在按键第一次按下之后开始计时，若700ms内按键再次按下，为双击；否则为单击。

我采用的模板代码如下：

void key_task(void)
{for(int i = 0; i < 4;i++){if(key_buf[i].key_is_down == 1){key_buf[i].key_is_down = 0;switch(i){case 0:key1_flag++;if(key1_flag == 2){printf("key1 double click\n");}break;}}}
}uint32_t key1_cnt = 0;
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{if(htim->Instance == TIM4){key_scan();if(key1_flag >= 1){key1_cnt++;if(key1_cnt >= 70){key1_cnt = 0;key1_flag--;}}}
}

使用key1_flag标志位，当按键1按下时，其值增加，同时在定时器中断中，会判断计数器，计数器每超过700ms都会让key1_flag减1，只有当0.7s内连续按下两次按键1，才能触发双击，printf打印日志。