【星云 Orbit-F4 开发板】03a. 按键玩法一：独立按键定时中断扫描法

【星云 Orbit-F4 开发板】03b. 按键玩法一：独立按键中断扫描法

概述

本教程基于STM32F407 HAL库，实现模块化的定时中断按键扫描功能，采用去抖动算法与自锁机制确保稳定检测。代码分为按键模块、蜂鸣器模块、定时器模块及主程序，结构清晰，便于移植扩展。

目录结构

Project/  
├── Inc/  
│   ├── key.h          // 按键模块头文件  
│   ├── beep.h         // 蜂鸣器模块头文件  
│   ├── timer.h        // 定时器模块头文件  
├── Src/  
│   ├── key.c          // 按键模块实现  
│   ├── beep.c         // 蜂鸣器模块实现  
│   ├── timer.c        // 定时器模块实现  
│   ├── main.c         // 主程序  

模块化代码实现

1. 按键模块 (key.h/key.c)

功能：封装按键初始化与扫描逻辑，支持多按键独立检测。

// key.h
#ifndef __KEY_H
#define __KEY_H

#include "stm32f4xx_hal.h"

#define KEY_NUM         2       // 按键数量
#define DEBOUNCE_TIME   20      // 去抖动时间阈值（单位：ms）

// 按键结构体
typedef struct {
    GPIO_TypeDef *port;         // GPIO端口
    uint16_t pin;               // GPIO引脚
    uint8_t is_pressed;         // 当前按键状态（1:按下, 0:释放）
    uint8_t lock;               // 自锁标志
    uint16_t debounce_cnt;      // 去抖动计数器
} Key_TypeDef;

// 全局按键数组声明（在key.c中定义）
extern Key_TypeDef keys[KEY_NUM];

void KEY_Init(void);            // 按键初始化
void KEY_Scan(void);            // 按键扫描（需在定时中断中调用）

#endif

// key.c
#include "key.h"

// 定义两个按键的硬件配置
Key_TypeDef keys[KEY_NUM] = {
    {GPIOA, GPIO_PIN_0, 0, 0, 0}, // Key1: PA0（下拉输入）
    {GPIOA, GPIO_PIN_1, 0, 0, 0}  // Key2: PA1（下拉输入）
};

// 按键初始化
void KEY_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    
    // 使能GPIOA时钟
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    
    // 配置按键引脚为下拉输入
    GPIO_InitStruct.Pin = keys[0].pin | keys[1].pin;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

// 按键扫描函数（需在1ms定时中断中调用）
void KEY_Scan(void) {
    for (uint8_t i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
        uint8_t current_state = HAL_GPIO_ReadPin(keys[i].port, keys[i].pin);
        
        if (current_state == GPIO_PIN_SET) { // 检测到高电平（按键按下）
            if (keys[i].lock == 0) {         // 首次检测到按下
                keys[i].debounce_cnt++;
                if (keys[i].debounce_cnt >= DEBOUNCE_TIME) {
                    keys[i].is_pressed = 1;  // 标记按键按下
                    keys[i].lock = 1;        // 自锁，防止重复触发
                    keys[i].debounce_cnt = 0;
                }
            }
        } else { // 按键释放
            keys[i].lock = 0;
            keys[i].debounce_cnt = 0;
            keys[i].is_pressed = 0;         // 清除按下标记
        }
    }
}

2. 蜂鸣器模块 (beep.h/beep.c)

功能：控制蜂鸣器鸣叫时间，支持短鸣触发。

// beep.h
#ifndef __BEEP_H
#define __BEEP_H

#include "stm32f4xx_hal.h"

#define BEEP_PORT       GPIOB
#define BEEP_PIN        GPIO_PIN_0
#define BEEP_SHORT_MS   40      // 短鸣持续时间（ms）

void BEEP_Init(void);           // 蜂鸣器初始化
void BEEP_Trigger(uint16_t duration_ms);  // 触发蜂鸣器

#endif

// beep.c
#include "beep.h"

static volatile uint16_t beep_counter = 0;  // 蜂鸣器计时器

// 蜂鸣器初始化
void BEEP_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    
    // 使能GPIOB时钟
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    
    // 配置蜂鸣器引脚为推挽输出
    GPIO_InitStruct.Pin = BEEP_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(BEEP_PORT, &GPIO_InitStruct);
    
    HAL_GPIO_WritePin(BEEP_PORT, BEEP_PIN, GPIO_PIN_RESET); // 初始关闭
}

// 触发蜂鸣器（duration_ms: 持续时间）
void BEEP_Trigger(uint16_t duration_ms) {
    beep_counter = duration_ms;
    HAL_GPIO_WritePin(BEEP_PORT, BEEP_PIN, GPIO_PIN_SET); // 启动蜂鸣器
}

// 更新蜂鸣器状态（需在1ms定时中断中调用）
void BEEP_Update(void) {
    if (beep_counter > 0) {
        beep_counter--;
        if (beep_counter == 0) {
            HAL_GPIO_WritePin(BEEP_PORT, BEEP_PIN, GPIO_PIN_RESET); // 关闭
        }
    }
}

3. 定时器模块 (timer.h/timer.c)

功能：配置TIM3定时器，提供1ms中断用于按键扫描与蜂鸣器控制。

// timer.h
#ifndef __TIMER_H
#define __TIMER_H

#include "stm32f4xx_hal.h"

void TIMER_Init(void);  // 定时器初始化

#endif

// timer.c
#include "timer.h"
#include "key.h"
#include "beep.h"

TIM_HandleTypeDef htim3;

// 定时器初始化
void TIMER_Init(void) {
    TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
    TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};

    htim3.Instance = TIM3;
    htim3.Init.Prescaler = 84 - 1;       // 84MHz / 84 = 1MHz
    htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim3.Init.Period = 1000 - 1;       // 1ms中断周期 (1MHz / 1000)
    htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    HAL_TIM_Base_Init(&htim3);

    sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
    HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim3, &sClockSourceConfig);

    sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
    sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
    HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim3, &sMasterConfig);

    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3); // 启动定时器中断
}

// 定时器中断回调函数
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
    if (htim->Instance == TIM3) {
        KEY_Scan();     // 按键扫描
        BEEP_Update();  // 更新蜂鸣器状态
    }
}

4. 主程序 (main.c)

功能：模块初始化与按键服务处理。

#include "main.h"
#include "key.h"
#include "beep.h"
#include "timer.h"

int main(void) {
    HAL_Init();
    KEY_Init();     // 初始化按键
    BEEP_Init();    // 初始化蜂鸣器
    TIMER_Init();   // 初始化定时器

    while (1) {
        // 检测按键触发
        for (uint8_t i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
            if (keys[i].is_pressed) {
                BEEP_Trigger(BEEP_SHORT_MS); // 触发蜂鸣器
                keys[i].is_pressed = 0;      // 清除按键状态
            }
        }
    }
}

逻辑详解

1. 模块化设计

   • 按键模块：封装GPIO配置与扫描逻辑，支持多按键独立检测。
   • 蜂鸣器模块：提供触发接口与状态更新，分离控制逻辑。
   • 定时器模块：统一管理中断，确保1ms精准调度。

2. 去抖动机制

   • 在KEY_Scan()中，通过debounce_cnt累计中断次数，超过阈值后标记按键按下，避免抖动误触发。

3. 自锁标志

   • 按键按下后设置lock标志，防止长按重复触发；释放后自动复位。

4. 蜂鸣器控制

   • 触发时设置beep_counter，定时中断中递减至0后关闭，确保鸣叫时间精确。

总结

本代码通过模块化设计，将按键扫描、蜂鸣器控制与定时器管理分离，提升了代码可读性与可维护性。采用HAL库标准接口，便于移植到其他STM32系列。实际应用中，可根据需求调整按键数量、去抖动时间及硬件配置。