【西门子杯工业嵌入式-3-如何使用KEY】

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一、课程概述

1.1 本讲主题

本讲主要讲解如何将GD32F4的GPIO口作为输入端使用，通过读取按键的状态控制LED灯的开关，实现基本的人机交互控制逻辑。

1.2 学习目标

了解GPIO输入的基本原理。

学会处理按键抖动问题（软件消抖）。

掌握使用GPIO读取按键状态的方法。

实现3个按键控制2个LED的实验功能。

熟悉结构化编程方式（文件模块化、宏定义管理硬件资源）。

二、GPIO输入原理与按键特性

2.1 常开按键工作方式

按键在未按下时是断开的，按下时闭合。

所以在未按下时，GPIO引脚读取到的是高电平。

按下后，通过拉低引脚，读取到的是低电平。

2.2 按键抖动现象

按键在闭合或断开的瞬间会出现快速抖动（机械弹性引起）。

抖动持续时间约为5ms~20ms，导致读取状态不稳定。

必须采取消抖处理以确保程序逻辑的准确性。

2.3 消抖方式

硬件消抖：通过电容、RC电路过滤抖动（更稳定但成本增加）。

软件消抖：程序中加入延时避开抖动阶段（本实验使用）。

检测到按下状态 → 延时 → 再次确认状态 → 返回有效状态。

加入等待松手逻辑，防止按住不放被重复触发。

三、实验功能设计

3.1 控制逻辑描述

使用三个独立按键控制两个LED灯的状态：
按键 功能描述 控制对象

按键	功能描述	控制对象
K1	状态翻转（亮↔灭）	LED1
K2	点亮LED	LED2
K3	熄灭LED	LED2

3.2 引脚资源分配

自定义5个GPIO端口：

2个用于LED输出。

3个用于按键输入。

所有定义通过宏定义在头文件中实现，便于管理与移植。

四、程序结构与文件组织

4.1 文件模块划分

文件名	功能描述
key.h / key.c	按键 GPIO 初始化与状态读取
led.h / led.c	LED 初始化与控制逻辑
function.c	主循环控制逻辑

五、关键代码解析

5.1 宏定义（key.h & led.h）

为每个按键和LED定义宏，例如：

#define KEY1_PIN GPIO_PIN_0
#define KEY1_PORT GPIOA
#define LED1_PIN GPIO_PIN_5
#define LED1_PORT GPIOB

5.2 按键初始化（key.c）

void key_init(void) {rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA); // 启用端口时钟gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PUPD_NONE, KEY1_PIN | KEY2_PIN | KEY3_PIN);
}

5.3 按键状态读取（含软件消抖）

uint8_t key_state(uint16_t pin, uint32_t port) {if (gpio_input_bit_get(port, pin) == RESET) {delay_1ms(10);  // 软件延时消抖if (gpio_input_bit_get(port, pin) == RESET) {while (gpio_input_bit_get(port, pin) == RESET); // 等待释放return 1;}}return 0;
}

5.4 LED控制逻辑（function.c 中主循环）

while (1) {if (key_state(KEY1_PIN, KEY1_PORT)) {gpio_bit_toggle(LED1_PORT, LED1_PIN);}if (key_state(KEY2_PIN, KEY2_PORT)) {gpio_bit_set(LED2_PORT, LED2_PIN);}if (key_state(KEY3_PIN, KEY3_PORT)) {gpio_bit_reset(LED2_PORT, LED2_PIN);}
}

六、项目配置与调试要点

6.1 工程结构管理

在 Hardware 文件夹下建立 key 文件夹。

创建并加入 key.c 和 key.h 文件到工程中。

添加头文件引用路径，确保编译器能找到新建文件。

6.2 断电操作提示

在断电状态下拔插杜邦线，以免损坏MCU引脚。

七、实验效果演示

7.1 实验现象

按下按键1：LED1状态翻转。

按下按键2：LED2点亮。

按下按键3：LED2熄灭。

八、课程总结与思考

8.1 本讲收获

学会将GPIO作为输入使用。

理解并实现软件消抖处理。

掌握结构化文件编写和端口宏定义方法。

实现基础的按键控制LED功能。

8.2 思考题

如果使用GD32开发矩阵键盘，与在51单片机上实现有什么不同？
提示方向：考虑两者的GPIO资源、扫描方法、中断处理能力、处理效率等差异。