【STM32 + HAL库】之 6 --- GPIO 输入模式，读取按键电平

 目录

第一部分、GPIO 输入模式 要点

第二部分、CubeMX 配置        

第三部分、代码编写

第四部分、编译+烧录代码

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本篇目标：

        通过 按键，点亮\关闭 LED灯，学会:

        ①、通过CubeMX，配置引脚的输入模式 
        ②、调用函数，读取引脚电平状态
        ③、了解上、下拉电阻钳位的作用
 

        不聊底层理论，5分钟干完！      

     

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友情约定：本系列的前五篇，为了方便新手玩家熟悉CubeMX、Keil的使用，会详细地截图每一步CubeMX、Keil的操作，并做上标记。之后的篇章，仅截图主要步骤页面。希望新手玩家熟记本篇的基本操作。

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第一部分、GPIO 输入模式 要点

          

重要概念：电平

        上篇，我们通过点亮LED灯，控制引脚输出高、低电平。 

        但是，还没有解释：电平。 

        常规通信的电信号有：电压(大小）、电压差（差分）、电平（高低）、电流（大小）等。  

        这里迅速地了解一下 电平 的概念。

        电平：逻辑电平，它的标准、分类，非常啰嗦，如有兴趣可读此文： 常见的逻辑电平

        下面整理几条STM32的电平要点，以供速食：

        ①：电平 = 逻辑电平 = TTL; (这里特指TTL，其它的不陈述，用啥再说啥）。

        ②：两种状态：高电平、低电平。

        ③：高电平 = 置1 = 3.3V;  (输入时高于2.0V、输出时高于2.4V，就判断为高电平) ;

        ④：低电平 = 置0 = 0V; （输入时低于1.2V、输出时低于0.8V，就判断为低电平）;

        要注意一下，与STM32通信的一些设备，如RS485, 它的输出电平有可能是5V。

        STM32F4系列的引脚，绝大部分都是5V电平包容的，但是F1系列，引脚并不都是5V包容。一定要注意通信双方的电平差别、冲突、保护，别炸了芯片。

        

输入模式

        输入的电压信号，大抵有两类：

        电平输入：给引脚一个电压信号，信号经内部施密特触发器后，变成电平结果（0V、3.3V）;

        模拟输入：给引脚一个电压信号，经ADC，将模拟信号(0~3.3V)， 变成数字结果(0~4095);

        常用的F1、F4系列对于引脚输入模式的划分，有所区别。

        F1系列，输入模式包括：电平输入(浮空、上下拉）、模拟输入，即没有模拟模式。

        F4系列，输入模式仅指电平输入(浮空、上下拉）；它有独立的模拟模式，用于ADC和DAC。

        约定：下面所述输入模式，特指：电平输入

        引脚在输入模式时，I/O端口位内部结构、走向，如下图：

        上图解读，只有一个重点：外部电压信号，经施密特触发器后，变成了高、低电平。

        看不懂也没毛关系，绝大部分的新手也是看不懂！路过就好，有一定积累后再回头看。

输入模式下的3种内部上下拉状态

        当把引脚配置为输入模式后，我们可以通过配置，把引脚配置为三种电平钳位状态：        

        ① 浮空输入：内部上、下拉电阻，都没打开，引脚电平悬空，电平状态由外部决定;

        ② 上拉输入：打开内部上拉电阻，引脚外部悬空时，引脚是高电平状态。

        ③ 下拉输入：打开内部下拉电阻，引脚外部悬空时，引脚是低电平状态。

        三者的差别，在于上、下拉电阻是否打开。

上下拉、浮空,  有啥意义？

        很多新手不明白上、下拉电阻的作用（下面简称：上、下拉）。

        上、下拉，是为了在闲时把电路钳定在一个固定的电平。

        芯片引脚内部的上、下拉，是一个很弱的上下拉，电阻值比较大，阻值大约50K。当外部有电平变化时，引脚电平会跟随变动。

        举一个例子，深化一下上、下拉的作用。

        下图，是一个按键的原理图：

        我们看第一个按键的电路，它的信号接入引脚：PA0。

        按图，设计预期是:  按键未按下--PA0保持低电平0V,  按键按下后--PA0是高电平3.3V。

        我们来一个疑问：

        当，按键未按下，而且在没有内外上、下拉的情况下（浮空），PA0的电平是0V还是3.3V？

        绝大部分的新手玩家会认为是：0V。错！

        答案是：不确定。有可能是0V, 也有可能是3.3V，而且可能是不断地随机变化。 

        我们需要切记一点：引脚在输入模式时，浮空状态下（引脚悬空），电平不确定。

        这种不确定的状态，按键就达不到设计预期效果了。             

        如何修改电路？

        方法1：在PA0端，增加外部电路，给它一个10K的下拉电阻，闲时钳位在0V;

        方法2：GPIO内部上、下拉，置低电平，闲时钳位在低电平0V。这种方法最简单。

        现在，我们大概明白芯片内部上下拉的作用和意义了。     

输入模式  常常应用于：

• 按键
• 触发信号

输入模式 注意坑区：

• 电平的电压<=3.3V;  在5V容忍的引脚上，可以<=5V。
• 读取到的，是电平，而不是电压。

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第二部分、CubeMX 配置

        引脚配置输入模式，可以用编写代码的方式进行配置，也可以通过CubeMX配置。

        建议新手使用CubeMX进行配置、初始化。这样更简单、直观，也减少代码出错。

        注意：CubeMX只能按我们配置，生成初始化代码，按键的逻辑代码还是要手写的。

        

步骤 1、打开原理图，记录LED所用引脚。

        打开板子的原理图，找到 按键 部分：

        通过上图，我们可以得知：

        按键1，使用PA0,  闲时应该置低电平钳位(下拉），按下时为高电平;

        按键2，使用PA1,  闲时应该置高电平钳位(上拉），按下时为低电平;

        按键3，使用PA4,  闲时应该置高电平钳位(上拉），按下时为低电平;

步骤2、打开 CubeMX 工程       

        ①  如果还没有新建工程，参考：STM32CubeMX 新建工程;

        ②  如果已有CubeMX生成的工程，双击*.ioc 文件打开CubeMX，对现有工程进行配置;

        ③  我们可以复制之前篇章的”延时函数 流水灯"的工程文件夹，修改文件夹名称，在其原有基础上进行操作。注意，只能修改文件夹名称（可以有中文），但不能修改工程名称，否则生成时出错！！

​步骤3、配置引脚

        ①  在搜索输入框（下图标记1），输入 PA0 (删除前后空格)，将闪烁提示引脚位置 (标记2);   

              技巧1：也可以搜索SPI、I2C等功能，相应功能引脚就会闪烁。

              技巧2：芯片图形，可以通过鼠标拖动位置、滚轮放大缩小。

              技巧3：引脚颜色，黄色 - 不可配置、绿色 - 已配置、灰色 - 闲置状态。

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        ④  点击芯片中PA0引脚，将弹出功能选择框（下图标记1）;

        ⑤  选择：GPIO_Input，即输出模式。选择后，会增加PA0至列表（标记2）;

        ⑥  点击列表中的PA0，将展开更详细的配置（标记3）。

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        ⑦   引脚详细参数解释（上图标记3）

               按原理图，我们给PA0, 设置下拉（闲时低电平），还给它取了一个别名（非必须） 

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        ⑧ 按上述方法，可能给其它按键进行配置，如：

            KEY_2：PA1、输入模式、上拉(闲高按低），注意区分，PA0是下拉（闲低按高)

            KEY_3：PA4、输入模式、上拉(闲高按低）   

        配置完成后，目前引脚使用如下：

步骤四、生成代码

        点击“GENERATE CODE",  开始生成代码。

        其它的配置，如晶振、时钟树等，因为是复制了工程文件夹，所以延用着原来的配置。

        技巧提示：CubeMX在新建工程时，即第一次生成，不支技中文路径、名称。第一次生成后，可以对工程文件夹重命名中文名称、复制到新路径，不影响后续生成。这样的操作方便复制移植。但是，不能修改项目名称，否则生成失败。

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        稍等数秒，进度条跑完后，会弹出询问对话框，点击关闭。

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        至此，CubeMX对引脚配置工作，已完成！

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第三部分、代码编写

步骤一、打开Keil工程

        这里分两种情况：

        情况1：进行CubeMX配置前，如果已打开此Keil工程，切回Keil，会自动弹出对话框：

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        “提示：工程文件被修改了，是否加载更新后的文件？”   

        这里，我们点击“是”, Keil就会自动把文件更新好，无需重新打开工程加载新的文件。

        这自动检测的功能，方便得很！相当的赞！

        情况2：在进行CubeMX配置前，没有打开Keil工程，就需要自行打开工程。

                     打开工程目录。

​                    在文件夹MDK-ARM里，有一个绿色图标文件，即为Keil工程入口文件。

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步骤二、查看CubeMX生成的代码        

        CubeMX配置时，我们把PA0、PA1、PA4引脚配置为输入模式，并设置了电平。

        其生成的代码，在gpio.c文件中，如下图：

        CubeMX已经按我们的配置，生成了初始化代码（60~69行);  

​        

步骤三、在main.c文件中编写自己的控制代码

        CubeMX生成的，是初始化代码，而功能性的逻辑、控制代码，是需要我们自己手写的。

        在Keil左侧文件管理器中，双击Core > main.c，即可在编辑区打开main.c文件 。

        main.c, 向下滚动至大约85行，找到while函数部分 。         

        我们在while尾部，添加按键的代码，包括电平状态读取、动作控制。   

        再次提醒：CubeMX生成的工程，用户代码，必须：写在配对的BEGIN与END注释行之间。

        否则，下次使用CubeMX重新生成时，配对注释行外的用户代码会被干掉。切记！

        添加代码，如下：

函数解释:       

        HAL_GPIO_ReadPin（引脚端口，引脚编号);  // 读取引脚电平状态

        参数：

        引脚端口：参数范围 GPIOA ~ GPIOH

        引脚编号：参数范围 GPIO_PIN_0 ~ GPIO_PIN_15 ;  注意：英文字母要大写

        返回值：

        当引脚电平为低（0V）, 返回：0，即枚举值的：GPIO_PIN_RESET

        当引脚电平为高（3.3V）, 返回：1，即枚举值的：GPIO_PIN_SET

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第四部分、编译+烧录代码

步骤一、编译代码

        点击工具栏 "Bulid" 按钮，对工程进行编译。

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        编译过程，底部信息栏输出编译过程相关信息。

        编译完成后，会报告汇总有多少个错误、警告。

        当出现：0 errors字样，即为编译通过，无语法等错误。Warning警告的数量不影响。

        技巧1：当有错误时，向上滚动信息栏，找到第一个error描述行，双击可跳转到需要修改处。

        注意1：每次编译，会自动删除旧axf文件，必须 0 errors，才能生成新的axf烧录文件。

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步骤二、烧录代码

        当上一步编译、修改至 0 Error后，单击菜单栏中的 “Load” 按钮，开始烧录代码。

        注意1：如果工程还没进行过仿真器的参数设置，需要设置一次仿真器参数。

        参考文章：【STM32 + HAL库】之 4 --- 设置仿真器CMSIS-DAP参数、烧录代码_cubemx可以烧录程序吗-CSDN博客

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        当烧录完成后，信息栏输出如下提示：

​

    

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        至此，我们的按键状态读取，已完成。

        复习一下重点：

        ①、CubeMX配置 输入模式;

        ②、通过函数 HAL_GPIO_ReadPin( )  读取引脚电平状态;

        ③、上、下拉作用;

        如有某些不详尽、错误的地方，欢迎留言指正，按需更新细节。