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|  V1.0  |  2020-07-03  |  gingko  |  初次建立  | 

===== 实验二：GPIO输入实验——读取ARM按键状态 =====

==== 一、 实验目的与意义 ====

  - 了解STM32 GPIO结构。
  - 了解STM32 GPIO 特征。
  - 掌握按键判断（判键）方法。
  - 掌握STM32 HAL库中GPIO属性的配置方法。
  - 掌握KEILMDK 集成开发环境使用方法。
==== 二、 实验设备及平台 ====

  - iCore4 双核心板[[https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c-s.w4004-22598974120.15.5923532fsFrHiE&id=551864196684|点击购买]]。
  - JLINK（或相同功能）仿真器[[https://item.taobao.com/item.htm?id=554869837940|点击购买]]。
  - Micro USB线缆。
  - Keil MDK 开发平台。
  - STM32CubeMX开发平台。
  - 装有WIN XP（及更高版本）系统的计算机。
==== 三、 实验原理 ====

=== 1、按键简介 ===

  * 按键是一种机械器件，按键两端分别对应某电路的两个断点，我们可以通过按键接通和断开控制该电路的电压等参数，我们利用按键做的应用通常有控制继电器、键盘、复位等。随着应用的扩展，按键已成为电路板上不可或缺的一部分。
  * 按键主要有以下四种类型：（本次实验使用的是常开带复位按键）。
    * （1）常开带复位：初始默认状态是开路，当受力按下时按键使电路连通，受力结束后其自动返回开路状态。
    * （2）常开带不复位：初始默认状态是开路，每按下一次按键改变一次开闭状态。
    * （3）常闭带复位：初始默认状态是连通，当受力按下时按键使电路开路，受力结束后其自动返回连通状态。
    * （4）常闭不带复位：初始默认状态是连通，每按下一次按键改变一次开闭状态。
=== 2、按键消抖 ===

  * 使用手动按键的时候, 由于机械抖动可能造成按键的错误识别。一般手动按下按键然后释放, 按键两片金属膜接触的时间大约为50ms，按键松开到稳定的时间为5-10ms。因此，如果在首次检测到按键被按下后延时20ms 左右再次检测，即可确认是否真的有按键被按下，从而消除按键抖动造成的错误识别。本实验通过给于一定延时后再进行检测，从而有效的避免了按键抖动带来的误判。
  * 本实验中按键的一端与STM32 PB9相连，另外一端接地，且PB9外接一个1K电阻大小的上拉电阻，初始化时把PB9设置成输入模式，当按键弹起时，PB9由于上拉电阻的作用呈高电平（3.3V）；当按键按下时，PB9直接被按键短接到GND，呈低电平，因此判断PB9的电平变化可得到按键状态。原理图如下图所示。
{{ :icore4:icore4_arm_hal_2_1.png?direct |}} 
==== 四、 实验程序 ====

=== 1、主函数 ===
<code c>
int main(void)
{
  static int led_work_status = 0;//三色LED灯工作状态
  static int key_status = KEY_UP;//按键松开状态
  /* 配置MCU */
  /* 重置所有外围设备，初始化Flash接口和Systick */
  HAL_Init();
  /* 配置系统时钟 */
  SystemClock_Config();
  /* 初始化所有已配置的外围设备 */
  MX_GPIO_Init();
  LED_RED_ON; //初始化LED状态，红灯亮
  /* 无限循环 */
　//按键按下一次切换一次LED状态
  while (1)
  {
        if(ARM_KEY_STATE == KEY_UP)key_status = KEY_UP;
        if(key_status == KEY_UP){
            if(ARM_KEY_STATE == KEY_DOWN){
                HAL_Delay(20);           //按键消抖
                if(ARM_KEY_STATE == KEY_DOWN){
                    key_status = KEY_DOWN;
                    led_work_status += 1;
                    if(led_work_status > 2)led_work_status = 0;
                    //操作LED
                    switch(led_work_status){
                        case 0:
                            LED_RED_ON;
                            LED_GREEN_OFF;
                            LED_BLUE_OFF;
                            break;
                        case 1:
                            LED_RED_OFF;
                            LED_GREEN_ON;
                            LED_BLUE_OFF;
                            break;
                        case 2:
                            LED_RED_OFF;
                            LED_GREEN_OFF;
                            LED_BLUE_ON;
                            break;
                        default:
                            break;
                    }        
                }
            }
        }
  　}
}
 
</code>
=== 2、GPIO初始化 ===
<code c>
/*引脚对应
    PB2------------ARM_LED_RED (红色LED)
    PA9------------ARM_LED_BLUE(蓝色LED)
    PA10-----------ARM_LED_GREEN(绿色LED)
    
    PB9------------ARM_KEY(ARM按键)
*/
/** 将引脚配置为
        * Analog
        * Input 
        * Output
        * EVENT_OUT
        * EXTI
*/
void MX_GPIO_Init(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

  /* GPIO端口时钟使能 */
  __HAL_RCC_GPIOH_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

  /*配置 PB2引脚输出高电平 */
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);
  /*配置PA9、PA10引脚输出高电平 */
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10, GPIO_PIN_SET);

  /*配置GPIO引脚：PB2 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;//引脚输出模式
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;     //上拉输出
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;//最大输出速度
  HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

  /*配置GPIO引脚: PA9 PA10 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

  /*配置GPIO引脚: PB9，ARM_KEY引脚 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;//输入模式
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
  HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
}
 
</code>
=== 3、GPIO写入电平函数 ===
<code c>
void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)
{   /* 检查参数 */
  assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));
  assert_param(IS_GPIO_PIN_ACTION(PinState));
  if(PinState != GPIO_PIN_RESET)
  {
    GPIOx->BSRR = GPIO_Pin;
  }
  else
  {
    GPIOx->BSRR = (uint32_t)GPIO_Pin << 16;
  }
 
</code>
 
  * 实验中通过调用HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)函数来实现对GPIO引脚高低电平的写入。
=== 4、GPIO读出电平函数 ===
  * 通过此函数读取指定的输入端口引脚的电平状态。
<code c>
GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{
  GPIO_PinState bitstatus;
  /* 检查参数 */
  assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));
  if((GPIOx->IDR & GPIO_Pin) != (uint32_t)GPIO_PIN_RESET)//判断引脚状态
  {
    bitstatus = GPIO_PIN_SET;
  }
  else
  {
    bitstatus = GPIO_PIN_RESET;
  }
  return bitstatus;//返回引脚状态
}
 
</code>
=== 5、宏定义LED引脚操作和按键状态 ===
<code c>
#define LED_RED_ON HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_RESET)
#define LED_RED_OFF HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_SET)

#define LED_BLUE_ON HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_RESET)
#define LED_BLUE_OFF HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_SET)

#define LED_GREEN_ON HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_10,GPIO_PIN_RESET)
#define LED_GREEN_OFF HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_10,GPIO_PIN_SET)

#define ARM_KEY_STATE  HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_9)

#define KEY_UP GPIO_PIN_SET
#define KEY_DOWN GPIO_PIN_RESET

</code>
  * 定义好上面的宏定义之后，就可以直接通过直接操作宏定义来读取ARM_KEY状态。
==== 五、 实验步骤 ====
  - 把仿真器与iCore4的SWD调试口相连（直接相连或者通过转接器相连）；
  - 把iCore4通过Micro USB线与计算机相连，为iCore4供电；
  - 打开Keil MDK 开发环境，并打开本实验工程；
  - 烧写程序到iCore4上；
  - 也可以进入Debug 模式，单步运行或设置断点验证程序逻辑。
==== 六、 实验现象 ====
  * 该按键每按下一次，LED改变一次状态。