嵌入式技術(shù)及應(yīng)用（STM32CubeMX版）課件 任務(wù)12 用鍵盤控制秒表的運行

任務(wù)12用鍵盤控制秒表的運行任務(wù)要求在任務(wù)11的基礎(chǔ)上增加S0、S1兩個按鍵。S0鍵作啟動/停止鍵，奇數(shù)次按S0鍵，啟動秒表走時，秒表在當前顯示秒數(shù)的基礎(chǔ)上計時。例如，當前數(shù)碼管顯示的是05，第1次或者第3次按S0鍵后，秒表在5秒的基礎(chǔ)上計時，依次顯示06，07，……。偶數(shù)次按S0鍵，秒表停止走時，顯示時間一直保持不變。S1鍵為清0鍵，按S1鍵，秒表停止走時，顯示數(shù)值為0。上電時，秒表停止計時，數(shù)碼管顯示0秒。知識儲備

1．鍵盤的基本知識（1）鍵盤處理流程單片機系統(tǒng)中所用的鍵盤有獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤兩種。鍵盤接口的基本任務(wù)主要有4個方面：⑴判斷是否有鍵按下；⑵去抖動；⑶確定所按下鍵的鍵值，即確定是何鍵按下；⑷對按鍵功能進行解釋。在一次按鍵操作中，由于按鍵的機械特性的原因，鍵按下或釋放都有一個彈跳的抖動過程，抖動的時間一般為5～15ms，其波形圖如圖5-16所示。圖5-16

抖動波形圖

1．鍵盤的基本知識（1）鍵盤處理流程按鍵抖動必須消除，否則會引起按鍵識別錯誤。去抖動的方法有硬件去抖動和軟件去抖動兩種方法。硬件去抖動的方法是，在按鍵兩端并上一個小電容，或者用R-S觸發(fā)器組成的閂鎖電路來去抖動。軟件法是采取延時的方法來回避抖動期，其具體的做法是，檢測到有鍵按下或者有鍵釋放后，延時5ms～15ms左右的時間，再去讀按鍵輸入情況，此時抖動期已過，所讀的按鍵輸入是按鍵穩(wěn)定按下或釋放狀態(tài)。鍵盤處理的一般流程如圖5-17所示。圖5-17

鍵盤處理流程

1．鍵盤的基本知識（2）獨立式鍵盤接口⑴獨立式鍵盤的接口電路其電路如圖5-18所示，其中，圖a為所有按鍵接在同一個GPIO口上的鍵盤電路，圖b為按鍵接在不同的GPIO口上的鍵盤電路。圖中，K1～K4為按鍵，R1～R4為上拉電阻，其作是，將按鍵按下與釋放的機械動作轉(zhuǎn)換成單片機可識別的高低電平，例如，在圖b中，K1按下后，PC13=0，K1釋放后，PC13=1。電容C1～C4為去抖動濾波電容，它們分別與各按鍵并聯(lián)。從圖5-18可以看出，獨立鍵盤電路的特點是，按鍵的一端接地，另一端接并行口的某一根I/O口線，I/O口線外接上拉電阻。若并行口內(nèi)部有上拉電阻，可不接上拉電阻。

1．鍵盤的基本知識（2）獨立式鍵盤接口（a）按鍵位于同一GPIO口中（b）按鍵位于不同GPIO口中圖5-18

獨立式鍵盤接口電路

1．鍵盤的基本知識（2）獨立式鍵盤接口⑵獨立式鍵盤的處理程序鍵盤處理程序的執(zhí)行時間一般在幾毫秒以內(nèi)，而一次按鍵按下的時間一般為幾十毫秒乃至上百毫秒。鍵盤處理需要注意的問題是，要防止一次按鍵按下被多次解釋執(zhí)行(連擊鍵除外)。鍵盤處理可以放在main函數(shù)中，也可以放在10ms定時中斷服務(wù)函數(shù)中。

1．鍵盤的基本知識（2）獨立式鍵盤接口鍵盤的處理方法是，用位變量keytreated標識按鍵是否已處理，該變量可以是全局變量，也可以是靜態(tài)的局部變量。keytreated=0表示按鍵未處理，keytreated=1表示按鍵已處理。用keytreated標志位與按鍵是否按下來控制按鍵解釋程序的執(zhí)行，延時去抖動后，如果無鍵按下或者是鍵按下已處理（keytreated=1），則不進行按鍵功能的解釋處理。如果檢測到有鍵按下，并且鍵按下未處理（keytreated=0），則確定按鍵的位置后再對按鍵進行解釋處理，按鍵解釋處理結(jié)束后再將keytreated位置1，以阻止下一次循環(huán)時，對同一鍵按下進行重復解釋。另外，為了保證下次有鍵按下時程序能正常處理按鍵，按鍵釋放后，還需要將keytreated清0。按鍵處理的流程如圖5-19所示。

1．鍵盤的基本知識（2）獨立式鍵盤接口圖5-19

鍵盤處理的流程圖

1．鍵盤的基本知識（2）獨立式鍵盤接口不同的電路實現(xiàn)上述流程圖的代碼略有不同，其差別在于判斷是否有鍵按下、確定按鍵的位置以及按鍵功能解釋的方法不同。按鍵位于同一個GPIO口時，一般是讀GPIO口的輸入，然后判斷輸入值中按鍵所在位是否為1來確定是否有鍵按下，再用switch-case語句確定是何鍵按下并進行按鍵功能解釋。以圖5-18（a）所示的電路為例，在main函數(shù)中進行鍵盤處時，main函數(shù)的框架結(jié)構(gòu)詳寫鏈接文檔。

1．鍵盤的基本知識（2）獨立式鍵盤接口【說明】①本程序也適合于后面介紹的矩陣式鍵盤處理。不同的鍵盤其獲取鍵值的方法不同，在實際使用中需要根據(jù)具體情況作適當變換。②在key()函數(shù)中，第23行代碼的功能是，讀PE口的輸入，并消除PE0～PE7、PE13～PE15的輸入影響。本例中，讀按鍵輸入讀的是PE口的輸入，由于PE0～PE7、PE13～PE15并不是有效的按鍵輸入引腳，它們的輸入是不確定的（與其外接電路有關(guān)），為了方便后續(xù)的分析判斷，我們必須將這些不確定的無效位設(shè)置成0或者1，本例中，我們是將其設(shè)置成1。

1．鍵盤的基本知識（2）獨立式鍵盤接口③對于按鍵位于同一GPIO口的獨立式鍵盤而言，按鍵的輸入值中包含了按鍵的鍵值信息，即按鍵的輸入值實際上就是按鍵的編碼值。輸入值的某位為0，則表示對應(yīng)的按鍵按下。對于圖5-18(a)所示電路，按鍵接在PE8～PE12引腳上，在PE口的輸入值中，D0～D7、D13～D15為無效位。去掉無效位的輸入后，若PE口輸入值為1111101011111111B，則是K1、K3鍵按下。程序中可以不單獨使用scan()函數(shù)獲取鍵值。

1．鍵盤的基本知識（2）獨立式鍵盤接口【例】STM32的PE口外接3只按鍵，PD口外接一位數(shù)碼管顯示電路，如圖5-20所示。編寫程序?qū)崿F(xiàn)以下功能：上電時數(shù)碼顯示0，按S1顯示數(shù)據(jù)加1，按S2顯示數(shù)據(jù)減1，按S3顯示數(shù)據(jù)清0。圖5-20

例題中電路圖

1．鍵盤的基本知識（2）獨立式鍵盤接口【解】電路中，數(shù)碼管的位選腳（com腳）接正電源VCC，因此數(shù)碼為共陽極數(shù)碼管。實現(xiàn)本例功能的思路是，用全局變量num保存數(shù)碼管的顯示值，在鍵盤處理程序中依按鍵的功能對num分別進行加1、減1或清0處理，然后在數(shù)碼管顯示程序中對num中的數(shù)進行顯示，這樣就可以實用按鍵調(diào)整數(shù)碼管的顯示值。本例的程序詳見鏈接文檔例題程序按鍵位于不同GPIO口時，一般用if語句直接判斷各按鍵是否按下，再用if-else語句確定是何鍵按下并進行按鍵功能解釋。以圖5-18（b）所示的電路為例，鍵盤處理程序的框架結(jié)構(gòu)詳見鏈接文檔。

1．鍵盤的基本知識（3）矩陣式鍵盤接口⑴矩陣式鍵盤的接口電路由PE8～PE11、PE12～PE15口線與外部16個按鍵構(gòu)成的矩陣式鍵盤電路如圖5-21所示。由圖可以看出，矩陣式鍵盤采用行列電路結(jié)構(gòu)，行線為輸入口(圖中PE8～PE11口線)，外接有上拉電阻，列線為輸出口，按鍵位于行線與列線的交叉處，一端接行線，另一端接列線。圖5-21

矩陣鍵盤接口電路

1．鍵盤的基本知識（3）矩陣式鍵盤接口(2)矩陣式鍵盤的處理程序1）判斷是否有鍵按下判斷矩陣式鍵盤是否有鍵按下的方法是，將列線全部輸出0后再讀行線輸入，若行線輸入為全1，則無鍵按下，否則有鍵按下。例如，在圖5-21的矩陣式鍵盤中，若S5按下，PE12～PE15全部輸出0（即二進制數(shù)0000）后讀PE8～PE11的輸入。這時，第1行與第1列因S5按下而導通，第1行被拉至低電平，PE9=0，行線PE8～PE11的輸入就不再是全1了。必須注意的是，若PE9=0，并不能確定是S5鍵按下，因為S4、S5、S6、S7任意一鍵按下都會導致PE9=0。判斷是否有鍵按下的程序段如下：

1．鍵盤的基本知識（3）矩陣式鍵盤接口123456789uint16_ttmp;HAL_GPIO_WritePin(GPIOE,0xf000,GPIO_PIN_RESET);//4根列線(PE12～PE15)輸出0tmp=GPIOE->IDR|0xf0ff; //讀4根行線(PE8～PE11)的輸入，并將無效位置1if(tmp!=0xffff) //判斷是否有鍵按下{ //有鍵按下時的處理}else{ //無鍵按下時的處理}

1．鍵盤的基本知識（3）矩陣式鍵盤接口2）確定按鍵的位置確定按鍵位置的方法是，先將第0列輸出低電平，其他列輸出高電平，讀行線輸入，這時檢查的是S0、S4、S8、S12這4個按鍵的狀態(tài)。若讀得的行輸入為全1，則表示與第0列相接的4個鍵無鍵按下。再將第1列輸出低電平，其他各列輸出高電平，讀行線輸入，這時檢查的是S1、S5、S9、S13這4個按鍵的狀態(tài)。若讀得的行輸入仍為全1，則表示與第1列相接的4個鍵無鍵按下。依此類推，再查下一列，直到所有列檢查完畢，則必有一列輸出低電平時，行輸入不為全1。

1．鍵盤的基本知識（3）矩陣式鍵盤接口若第j列輸出低電平，其他列輸出高電平時，讀行線輸入不是全1，則表示按鍵位于第j列，此時應(yīng)退出循環(huán)，再查看是哪一根行線為低電平，如果是第i根行線為低電平，則按鍵位于第i行，按鍵的鍵值keyval=i×每行按鍵數(shù)+j。上述方法可以概括為，列線逐列輸出低電平，然后檢查行線輸入，若行線輸入為全1，則繼續(xù)下一列輸出。若第j列輸出0時，行輸入不為全1，則查輸入為0的行線號。確定按鍵位置的流程圖如圖5-22所示。圖5-22

確定按鍵位置程序流程圖

1．鍵盤的基本知識（3）矩陣式鍵盤接口確定按鍵位置的程序【說明】

第15行～第33行的功能是，檢查第j列是否有鍵按下，并確定按鍵所在的行號。這部分代碼也可以用逐根行線判斷的方式來實現(xiàn)，其代碼如鏈接所示。實現(xiàn)方法與步驟任務(wù)12的硬件電路如圖5-23所示。

1．搭建電路圖5-23

任務(wù)12的電路圖

實現(xiàn)方法與步驟任務(wù)12只是在任務(wù)11的基礎(chǔ)上添加了2只按鍵電路，其硬件初始化代碼可通過修改任務(wù)11的硬件初始化代碼而成，其生成過程如下：步驟（1）在“D:\ex”文件夾中新建Task12子文件夾。（2）將任務(wù)11的STM32CubeMX工程文件Task11.ioc（位于“D:\ex\Task11”文件夾中）復制到Task12文件夾中，并將其改名為Task12.ioc。2．生成硬件初始化代碼

實現(xiàn)方法與步驟步驟（3）雙擊Task12.ioc文件圖標，打開任務(wù)12的STM32CubeMX工程文件，然后按照任務(wù)5中介紹的方法，在STM32CubeMX工程文件中將PC13、PD13配置成輸入引腳，并將其設(shè)置為上拉輸入模式。（4）保存STM32CubeMX工程文件，然后點擊“GENERATECODE”按鈕，STM32CubeMX就會生成任務(wù)12的初始化代碼。2．生成硬件初始化代碼

實現(xiàn)方法與步驟任務(wù)12需要控制秒表的啟動、停止以及清0。其編程思路是，用變量sec保存秒表的秒時間，用變量entim控制秒表的運行，entim=0時，秒表停止運行，entim=1時，秒表走時。在其他模塊中，只需要控制entim、sec的值，就可以實現(xiàn)秒表的啟動、停止和清0。由于entim和sec這2個變量需在多個模塊中使用，程序中要將這2個變量定義成全局變量。任務(wù)12中，仍然是在main.c文件中編寫秒表程序，其修改后的程序如鏈接所示。（其中，第4～5行、第21～22行、第30行為修改部分。）3．修改秒表程序

實現(xiàn)方法與步驟步驟（1）將D:\ex\Task11文件夾中的User子文件夾以及文件夾中的文件（任務(wù)11中的顯示程序文件）復制到D:\ex\Task12文件夾中。（2）按照任務(wù)11中介紹的方法在任務(wù)12的Keil工程中新建User組，并將User文件夾中的Display.c文件添加至User組中。（3）將User文件夾添加到include目錄中。（4）按照程序編寫規(guī)范的要求將上述程序代碼添加至main.c文件的對應(yīng)位置處。再將程序下載至開發(fā)板中并運行程序，我們可以看到數(shù)碼顯示的是00，秒表處于停止狀態(tài)，如果將程序中第4行代碼改為“uint8_tentim=1;”，則秒表與任務(wù)11一樣可以正常計時。

實現(xiàn)方法與步驟任務(wù)12中，S1鍵為清0鍵，它只有一種功能，可以直接照按前面介紹的方法編寫程序。S0鍵為啟動/停止鍵，它有2種功能，與S0鍵按下的次數(shù)有關(guān)。其編程思路是，用變量keycnt記錄S0鍵按下的次數(shù)，當S0按下且沒處理過時，就將keycnt的值加1，然后對keycnt的值進行判斷，若為奇數(shù)，則啟動秒表走時，若為偶數(shù)，就停止秒表走時。其中，判斷keycnt的值是否為奇數(shù)的方法可以是，判斷keycnt的最低位是否為1。用key.c文件保存按鍵處理程序，其接口文件為key.h。按照上述思路，key.c文件的內(nèi)容如鏈接所示。4．添加鍵盤處理程序

實現(xiàn)方法與步驟【思考】去掉第21行代碼會是什么結(jié)果？去掉第22行代碼會是什么結(jié)果？去掉第21、22行代碼又是什么結(jié)果？請先分析再上機實踐。（key.h文件）

實現(xiàn)方法與步驟步驟（1）新建key.c和key.h文件，并將其保存至D:\ex\Task12\User文件夾中，然后在key.c和key.h文件中添加上述程序代碼。（2）將key.c文件添加至User組中。（3）在main.c文件添加調(diào)用鍵盤處理函數(shù)key()的相關(guān)代碼，添加代碼后main.c文件的結(jié)構(gòu)如下：

實現(xiàn)方法與步驟123456789101112…#include"Display.h"#include"key.h"…i