怎样通过库函数操作stm32f407上的按键去LED小灯以及蜂鸣器的控制呢

今天我要通过库函数操作stm32f407上的按键实现控制LED小灯以及蜂鸣器，实现的功能如下：

• KEY0键控制LED0的亮灭
  
• KEY1键控制LED1的亮灭
  
• KEY2键同时控制控制LED0和LED1的亮灭转换
  
• WK_UP键控制蜂鸣器
  
  

  这篇文章同时会涉及到LED和蜂鸣器，相当于是对前两次的学习进行一个复习，可能在前两篇文章中没有考虑到的细节今天都会尽量考虑进去，希望这篇文章可以更好的帮助到大家对GPIO的理解，废话不多说，下面正式开始。
LED的初始化配置

  想要点亮LED，首先我们需要确定LED在stm32f407开发板上的硬件威廉希尔官方网站 连接，如下图所示：

从图上可以看出，两个LED属于共阳极连接，也就是说，当GPIO口输出高电平时，LED熄灭，当GPIO口输出低电平时，LED点亮，那么只需要配置好GPIO的输出，即可实现LED的亮灭，所以，我们还得知道控制LED的GPIO口是哪一个，毕竟stm32f4有70个用于控制LED的GPIO口；

我们可以从从上图中看到，控制LED0的是GPIOF_9，控制LED1的是GPIOF_10，同时我们还可以看到GPIOF_8是用来控制蜂鸣器(BEEP)的。知道了LED的硬件连接后，接下来就可以开始通过库函数配置我们的GPIO了。
  通过库函数来配置GPIO，我们需要用到的库函数是GPIO_Init，对于这个函数，有如下的说明：
void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);
从GPIO_Init的函数原型可以看出，需要用到两个参数，这两个参数分别是：

• GPIO_TypeDef* GPIOx：用来指明配置的GPIO是7组GPIO中的哪一组，这里控制LED用到的是GPIOF，所以该参数只需填入宏定义GPIOF即可
  
• GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct：从参数名字就可以知道这个参数是一个结构体的地址，所以在这里为了更好的说明，我们自定义一个结构体：
  
  

GPIO_InitTypeDef led_gpio;
该结构体的成员呢有以下几个：

  uint32_t GPIO_Pin;  //该参数对应的是某组GPIO中的某一个，毕竟一组GPIO有16个GPIO引脚
                                            //就如前面说到控制LED0的GPIO口是GPIOF_9;控制LED1的GPIO口是GPIOF_10;
  /*下面这几个参数我就放到正文里细说吧*/
  GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;  
  GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;
  GPIOOType_TypeDef GPIO_OType;  
  GPIOPuPd_TypeDef GPIO_PuPd;
GPIO_InitStruct的后面4个参数就是用于配置GPIO模式寄存器的，我在第一篇文章里说到，配置GPIO的模式需要用到4个寄存器，如果你没有看过我的第一篇文章的话，没有关系，我再来详细的说明一下：这里说到的寄存器分别是：

• GPIOx_MODER：GPIO端口模式寄存器
  
• GPIOx_OSPEEDR：GPIO端口输出速度寄存器
  
• GPIOx_OTYPER：GPIO端口输出类型寄存器
  
• GPIOx_PUPDR：GPIO端口上拉/下拉寄存器
  
  

分别对应着GPIO_InitStruct的后四个成员
下面我就来具体说说要控制LED，这4个GPIOF分别需要怎么配置：
>GPIOF_MODER
  GPIOF_MODER寄存器可选的配置分别有：输入模式(复位状态)，通用输出模式，复用功能模式，模拟模式，这里很容易想到，我们要向控制LED0，需要通过GPIOF_9输出高电平或低电平，所以毫无疑问我们需要将GPIOF_MODER寄存器配置成通用输出模式，对于该寄存器的四种模式在库函数中有如下的说明：

GPIO_Mode_IN   = 0x00, /*输入模式*/
GPIO_Mode_OUT  = 0x01, /*通用输出模式*/
GPIO_Mode_AF   = 0x02, /*复用功能模式*/
GPIO_Mode_AN   = 0x03  /*模拟模式*/


在此我们只需选择GPIO_Mode_OUT即可，一句话代码如下：
  led_gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
>GPIOF_OSPEEDR
  GPIOF_OSPEEDR寄存器可选的配置分别有：2MHz，25MHz，50MHz，100MHz，在此我们选择100MHz的端口输出速度（对于速度的选择我也不太明白会有啥影响，或者说选择的标准是啥，希望明白的大佬可以在评论区里解答下，非常感谢），对于这4中选择在库函数中有如下定义：

typedef enum
{
  GPIO_OType_PP = 0x00,        //推挽输出
  GPIO_OType_OD = 0x01        //开漏输出
}GPIOOType_TypeDef;


所以一句话代码如下：
  led_gpio.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
>GPIOx_OTYPER
  GPIOF_OSPEEDR寄存器可选的配置分别有：推挽输出，开漏输出，在此我们选择推挽输出模式（同样不明白这两种模式的区别以及选择标准，希望有大佬可以在评论区解答下，感谢），对于这两种输出模式在库函数中有如下的定义：

GPIO_PuPd_NOPULL = 0x00,
GPIO_PuPd_UP     = 0x01,
GPIO_PuPd_DOWN   = 0x02


所以一句话代码如下：
  led_gpio.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
>GPIOx_PUPDR
  GPIOF_OSPEEDR寄存器可选的配置分别有：浮空，上拉，下拉，GPIOF_OSPEEDR的配置就比较自由，在此我选择上拉，以确保开发板上电时是熄灭的，对于这3种模式在库函数中有如下定义：

GPIO_PuPd_NOPULL = 0x00,
GPIO_PuPd_UP     = 0x01,
GPIO_PuPd_DOWN   = 0x02


所以一句话代码如下
  led_gpio.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
到此，LED的GPIO配置就完成了，注意LED0和LED1配置的GPIO_pin是有区别的，同时不要忘了在调用GPIO_Init之前，一定要先使能GPIOF的外设时钟，这里需要用到的函数为：
  void RCC_AHB1PeriphClockCmd(uint32_t RCC_AHB1Periph, FunctionalState NewState)
对于该函数的第1个参数用来指明初始化的是哪一个外设时钟，有如下定义（只截取了一段）：

#define RCC_AHB1Periph_GPIOA             ((uint32_t)0x00000001)
#define RCC_AHB1Periph_GPIOB             ((uint32_t)0x00000002)
#define RCC_AHB1Periph_GPIOC             ((uint32_t)0x00000004)
#define RCC_AHB1Periph_GPIOD             ((uint32_t)0x00000008)
#define RCC_AHB1Periph_GPIOE             ((uint32_t)0x00000010)
#define RCC_AHB1Periph_GPIOF             ((uint32_t)0x00000020)
#define RCC_AHB1Periph_GPIOG             ((uint32_t)0x00000040)


在此我们选择RCC_AHB1Periph_GPIOF即可，对于第2个参数是用于说明是否要初始化的，具体的定义如下：
  #define IS_FUNCTIONAL_STATE(STATE) (((STATE) == DISABLE) || ((STATE) == ENABLE))
很明显我们要选择ENABLE
那么到这里第一个阶段的工作就完成了，我们可以将以上的代码封装成一个LED初始化的.c文件，只需要在main函数中调用即可，led_init.c代码如下：

void led_init(void){
        GPIO_InitTypeDef led_gpio;        //定义的GPIO模式初始化结构体
        /*使能GPIOF外设时钟*/
        RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF,ENABLE);
        /*配置控制LED的GPIOF_9和GPIOF_10*/
        led_gpio.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9||GPIO_Pin_10;//采用或运算可同时对LED1和LED0进行初始化
        led_gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
        led_gpio.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
        led_gpio.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
        led_gpio.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
        GPIO_Init(GPIOF,&led_gpio);
}


BEEP(蜂鸣器)的初始化配置

  在了解了GPIO的配置过程后，后续的共组就容易的多了。同样的，想要配置好BEEP,首先我们需要先知道BEEP的硬件是怎样连接的，从而知道应该对哪一个GPIO口进行配置，从前面的LED的硬件连接图上可以找的BEEP连接的是GPIOF_8,那么下面我直接上代码，详细的内容见代码的注释，毕竟今天的重点是按键：

void beep_init(){
        GPIO_InitTypeDef beep_gpio;        //定义的GPIO模式初始化结构体
        /*使能GPIOF外设时钟*/
        RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF,ENABLE);
        /*配置控制BEEP的GPIOF_8*/
        beep_gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;        //配置GPIO模式为通用输出模式
        beep_gpio.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;        //配置GPIO输出模式为推挽输出
        beep_gpio.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;                //选择配置8号引脚
        beep_gpio.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;                //配置GPIO端口为上拉模式
        beep_gpio.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;        //配置GPIO输出速度为100MHz
        GPIO_Init(GPIOF,&beep_gpio);        //调用GPIO初始化函数
}


KEY的初始化配置与扫描

KEY的初始化配置

  首先逃不掉的还是硬件连接图：

  从图中可以看出，对于按键KEY0，KEY1，KEY2,当它们连接到的GPIO端口为上拉模式时，如按键按下，此时GPIO口读到低电平，若按键没有按下，则GPIO口读到高电平，二对于KEY_UP来说就正好相反,当它对应的GPIO口为下拉模式时，没有按键按下，GPIO口读到第电平，按键按下则读到高点配，也就意味着我们对KEY_num和KEY_UP的配置是不一样的，同时，我们现在需要的不再是GPIO的通用输出模式，而是输入模式了，而且此处我们不需要再配置GPIO的输出模式(即推挽输出或者开漏输出)，有了这样的认识后，我么们再来确定需要配置哪写GPIO口吧：


由上图可以知道，对于KEY0，KEY1，KEY2需要配置的GPIO分别是GPIOE_4，GPIOE_3，GPIOE_2，而KEY_UP配置的GPIO是GPIOA_0。在此，模仿LED与BEEP的配置过程可以有一下代码：

void key_init(void){
        GPIO_InitTypeDef key_gpio;        //定义GPIO初始化的结构体
        /*使能GPIOE和GPIOA的外设时钟*/
        RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE|RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);
        /*配置GPIOE_4 & GPIOE_3 & GPIOE_2*/
        key_gpio.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_2;//采用或运算可同时对KEY0,KEY1和KEY2进行初始化
        key_gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;                //配置GPIO模式为输入模式
        key_gpio.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//配置GPIO输出速度为100MHz
        key_gpio.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;                //配置GPIO端口为上拉模式
        GPIO_Init(GPIOE,&key_gpio);                                //调用GPIO初始化函数
        /*ÅäÖÃGPIOA_0*/
        key_gpio.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;                        //对KEY_UP进行初始化
        key_gpio.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_DOWN;        //配置GPIO端口为下拉模式
        GPIO_Init(GPIOA,&key_gpio);                                //调用GPIO初始化函数       
}


KEY的扫描

  想要按下不同的按键实现不同的功能，就需要知道按下的键是哪一个，然后通过按下的按键控制相应的设备，就需要循环扫描按键以确定键值，下面使用伪代码说明一下按键扫描的过程：

//key_scan.c
void key_scan{
        if(有按键按下){
                延时10ms消抖;
                if(确实有按键按下)       
                        return 键值
                else return 无效值;
        }
}
//main.c
int main(){
        while(1){
                int key = key_scan();
                switch(key){
                        case 1 : 点亮LED;break;
                        case 2 : 熄灭LED;break;
                        ...
                }
                延时10ms
        }
}       
这样便实现了通过按键控制不同设备了，但是存在一个问题，当我按下某一个按键不放时，key_scan函数永远检测到有按键按下并且返回该键键值，再main函数中就会一直点亮或熄灭LED，如何避免呢，在此可以很巧妙的运用static定义一个静态的变量作为按键按下与否的标志位(简单来说就是保存一下上一次按键的结果)，直接上伪代码解释(只需再原来的按键扫描的基础上修改即可)

//key_scan.c
void key_scan{
        static KEY_STATE = 1;
        if(KEY_STATE = 1 && 有按键按下){
                延时10ms消抖;
                KEY_STATE = 0        //按键有效从而更新状态
                if(确实有按键按下)       
                        return 键值
                else if(没有按键按下)        KEY_STATE= 1;//重新更新状态       
        }
        return 0；
}
可能不好理解，可以试着多循环几次应该就会明朗许多，那么具体的按键扫描函数如下所示：

u8 key_scan(u8 mode){
        static u8 key_state = 1;
        if(mode) key_state = 1;
        if(key_state && (KEY0 == 0 || KEY1 == 0 || KEY2 == 0 || WKUP == 1)){
                delay_ms(10);
                key_state = 0;
                if(KEY0 == 0)        return 1;
                else if(KEY1 == 0)        return 2;
                else if(KEY2 == 0)        return 3;
                else if(WKUP == 1)        return 4;
        }else if(KEY0 == 1 && KEY1 == 1 && KEY2 == 1 && WKUP == 0)
                key_state = 1;
        return 0;       
}


在此需要说明的是：判断是否有按键按下，我们需要调用函数实现
GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_4)
在以上的按键扫描函数中KEY0 == 0这样的表示即为GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_4)，是在头文件中进行了宏定义而已，具体如下：

//key.h
#define KEY0 GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_4)
#define KEY1 GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_3)
#define KEY2 GPIO_ReadInputDataBit(GPIOE,GPIO_Pin_2)
#define WKUP GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_0)


分别对应判读KEY0，KEY1，KEY2以及KEY_UP是否按下。
至此所有的流程都已搞定，接下啦就是main函数的类容了：

int main(void){
        u8 key;
        delay_init(168);
        led_init();
        beep_init();
        key_init();
        LED0 = 0;
        LED1 = 0;
        while(1){
                key = key_scan(0);
                if(key){
                        switch(key){
                                case LED0_PRES:        LED0 = !LED0; break;
                                case LED1_PRES:        LED1 = !LED1; break;
                                case BEEP_PRES:        BEEP = !BEEP; break;
                                case CHAG_PRES:        {
                                        LED0 = !LED0;
                                        LED1 = !LED1;
                                }
                                break;
                        }
                }else delay_ms(10);
        }
}
同样这里需要注意的是对于LED和蜂鸣器的操作我采用了位操作的方式，位操作的相关内容可以参考我上一篇的文章，这里也是采用的宏定义方式，具体如下：

//led.h
#define LED0 PFout(9)
#define LED1 PFout(10)
//beep.h
#define BEEP PFout(8)