第二篇：按键交互入门：STM32 GPIO输入与消抖处理

本文目标：掌握STM32 GPIO的输入功能，通过读取按键状态控制LED亮灭（实现“按键开关灯”），并学习硬件/软件消抖方法。这是人机交互的基础，也是后续更复杂输入设备（如传感器、触摸屏）的起点！

一、为什么学按键输入？

在嵌入式系统中，“输入”是与用户交互的核心方式之一。按键是最简单的输入设备——通过检测引脚电平变化（按下时接地/接VCC，松开时悬空/上拉），我们可以实现开关控制、模式切换等功能。通过本实验，你将学会：

1. GPIO输入模式的配置方法（浮空/上拉/下拉输入）；
2. 如何读取引脚电平（GPIO_ReadInputDataBit()）；
3. 按键抖动的原理与消抖技巧（硬件滤波 or 软件延时）；
4. 中断 vs 轮询（本实验用轮询，后续文章会讲中断优化）。

二、硬件准备（基于上一篇的LED实验扩展）

1. 核心器件

• STM32F103C8T6开发板（与上一篇相同，已实现LED闪烁）；

• 独立按键模块（或直接使用开发板上的用户按键，常见标注为“KEY”或“BTN”）；

• 杜邦线/面包板（若用分立元件搭按键电路）。

2. 按键电路设计（重点！）

按键的本质是一个机械开关，按下时连通两个引脚，松开时断开。为了稳定检测按键状态，必须设计合理的电路：
方案1：上拉输入 + 按键接地（推荐！）

• 原理：GPIO引脚通过内部上拉电阻（或外接10kΩ上拉电阻）默认保持高电平（3.3V），当按键按下时，引脚被拉低至GND（0V），通过检测电平变化判断按键状态。

• 接线（以开发板常见按键为例）：

• 按键一端接 GPIO引脚（如PA1）；

• 按键另一端接 GND；

• GPIO引脚配置为 上拉输入模式（GPIO_Mode_IPU），无需外接电阻（若开发板已内置上拉则直接用，否则需外接10kΩ上拉电阻到VCC）。

常见开发板按键接法：比如某点原子战舰板的KEY0~KEY3通常是“低电平有效”（按下时接GND，松开时通过上拉电阻保持高电平），本文假设你的按键也是这种设计——按下时PA1为低电平（0V），松开时PA1为高电平（3.3V）。

方案2：下拉输入 + 按键接VCC（较少用）

• 按键一端接VCC（3.3V），另一端接GPIO引脚，GPIO配置为下拉输入（GPIO_Mode_IPD），按下时引脚为高电平，松开时为低电平。

本文选择方案1（上拉输入 + 按键接地），因为STM32内部通常提供上拉选项，且电路更简洁（无需额外电阻）。

三、软件工具链（复用上一篇环境）

• Keil MDK（已安装，无需重新配置）；

• STM32标准库（已添加GPIO和RCC驱动，本文需新增按键逻辑）。

四、开发环境配置（复用上一篇工程）

直接在上一篇的“LED_Blink”工程中修改，无需新建工程：

1. 打开之前的Keil工程（如 LED_Blink.uvprojx）；
2. 在工程中添加新的源文件 key.c 和头文件 key.h（可选，本文直接写在 main.c 中简化流程）；
3. 确保已包含标准库的头文件（stm32f10x.h）和上一篇配置的Include Paths。
   也阔以直接复制上次的工程，在里面增加按键的检测代码
   

五、按键控制LED的代码实现

1. 硬件连接确认

• 假设按键连接到 PA1引脚（若你的按键接在其他引脚，如PC13或开发板自带KEY，修改代码中的 GPIOA → 对应端口，GPIO_Pin_1 → 对应引脚号）；

• LED仍连接到 PA0引脚（与上一篇一致）。

• 电路逻辑：按键按下时PA1为低电平（0V），松开时PA1为高电平（3.3V）；LED低电平点亮（共阳接法，即LED负极接PA0）。

2. 代码逻辑设计

• 目标：当按键按下时，LED状态反转（亮→灭 或 灭→亮）；松开后保持当前状态。

• 步骤：

1. 初始化PA1为上拉输入（检测按键电平）；

2. 初始化PA0为推挽输出（控制LED）；

3. 主循环中不断读取PA1的电平：
   ◦ 若检测到低电平（按键按下），等待消抖后，反转LED状态；

   ◦ 否则（按键松开），不做操作。

4. 完整代码（修改自上一篇的 main.c）

#include "stm32f10x.h"  // STM32标准库头文件// 延时函数（用于消抖）
void Delay(uint32_t time) {for(uint32_t i = 0; i < time; i++) {for(uint32_t j = 0; j < 5000; j++);  // 空循环消耗时间}
}int main(void) {GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;  // GPIO配置结构体// 1. 开启GPIOA时钟（PA0和PA1都属于GPIOA）RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);// 2. 初始化PA0为推挽输出（控制LED）GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;          // PA0引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;   // 推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  // 输出速度GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);// 3. 初始化PA1为上拉输入（检测按键）GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;          // PA1引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;      // 上拉输入（默认高电平，按下时低电平）GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);uint8_t led_state = 0;  // LED状态：0=灭（PA0高电平），1=亮（PA0低电平）while(1) {  // 主循环// 读取PA1的电平：GPIO_ReadInputDataBit(GPIOx, GPIO_Pin_x) 返回 0（低电平）或 1（高电平）if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_1) == 0) {  // 检测到按键按下（低电平）Delay(20);  // 简单软件消抖（延时20ms，过滤机械抖动）if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_1) == 0) {  // 再次确认按键仍按下（避免误触发）led_state = !led_state;  // 反转LED状态if (led_state == 1) {GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);  // LED亮（PA0低电平）} else {GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);    // LED灭（PA0高电平）}// 等待按键释放（避免长按重复触发）while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_1) == 0); }}}
}

关键代码解析：

• GPIO输入配置：GPIO_Mode_IPU 表示上拉输入（引脚默认高电平，按下时被拉低到GND）；若你的按键是“按下时接VCC，松开时接地”（低电平有效），则需改用 GPIO_Mode_IPD（下拉输入）。

• 电平读取：GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_1) 返回 0（低电平，按键按下）或 1（高电平，按键松开）。

• 消抖处理：机械按键在按下/释放瞬间会产生5~20ms的电平抖动（快速的高低跳变），直接读取会导致多次误触发。这里用两种消抖方法：

  • 软件延时消抖：检测到低电平后，延时20ms（大部分抖动已结束），再确认一次电平是否仍为低；

  • 按键释放等待：反转LED状态后，循环检测按键是否释放（避免长按时重复触发状态反转）。

关于按键逻辑的常见设计：

• 如果你的按键是“按下时LED亮，松开时LED灭”（长按控制），只需去掉“反转状态”和“等待释放”的逻辑，直接通过当前电平控制LED即可；

• 如果你的开发板按键是“低电平有效”（按下时PA1=0V，松开时PA1=3.3V），但代码中误判了电平（比如把高电平当按下），请检查 if (GPIO_ReadInputDataBit(…) == 0) 中的条件是否符合实际硬件。

六、常见问题解决

1. 按键按下后LED无反应
   • 检查硬件：按键是否接对引脚（PA1？）、是否真的按下（用万用表测PA1电压：按下时应为0V，松开时为3.3V）；

   • 检查GPIO配置：PA1是否配置为上拉输入（GPIO_Mode_IPU），PA0是否为推挽输出；

   • 检查电平逻辑：如果按键按下时PA1是高电平（比如接VCC），则需修改判断条件为 if (GPIO_ReadInputDataBit(…) == 1)，并调整上拉/下拉模式。

2. 按键抖动导致多次触发
   • 增加消抖延时（如从20ms改为30ms）；

   • 更稳定的方法是“状态机消抖”（记录前几次的按键状态，通过连续稳定状态判断有效按下），后续文章会详细讲解。

3. LED状态反转不符合预期
   • 确认LED的接法：如果LED正极接PA0、负极接GND（共阴接法），则高电平LED亮，低电平LED灭，需修改 GPIO_SetBits/ResetBits 的逻辑；

   • 本文假设LED是共阳接法（负极接PA0，正极接VCC），因此PA0低电平→LED亮，高电平→LED灭。

七、总结与下一步

现在，你已经实现了STM32的第一个交互功能——通过按键控制LED开关！这不仅巩固了GPIO输入/输出的配置方法，还学习了实际开发中必须处理的“按键消抖”问题。

下一步学习建议：

1. 尝试修改按键引脚（如改用PC13，开发板常见用户按键），调整代码中的端口和引脚号；
2. 实验不同消抖方法（比如去掉软件延时，观察按键抖动导致的误触发）；
3. 思考：如果想实现“长按按键LED渐亮/渐灭”，该如何扩展代码？