STM32单片机按键扫描在教学与科研中的实验指南：实验、项目，学以致用

# 1. STM32单片机按键扫描原理**

STM32单片机按键扫描是一种通过检测按键状态来实现人机交互的技术。其原理是利用单片机的GPIO口作为输入端口，通过读取端口电平来判断按键是否按下。当按键按下时，端口电平会发生变化，单片机通过检测这种变化来触发相应的事件。

按键扫描通常采用轮询或中断两种方式。轮询方式是指单片机周期性地检测按键状态，而中断方式是指当按键状态发生变化时触发中断，从而提高响应速度。

# 2. 按键扫描实验

### 2.1 基本按键扫描实验

#### 实验目的

* 掌握STM32单片机按键扫描的基本原理。
* 了解按键扫描的硬件连接和软件实现。
* 能够设计和实现简单的按键扫描实验。

#### 实验材料

* STM32单片机开发板
* 按键
* 面包板
* 连接线

#### 实验步骤

1. **硬件连接**

* 将按键的一端连接到STM32单片机的GPIO引脚，另一端连接到地。
* 将STM32单片机开发板供电。

2. **软件实现**

* 创建一个新的STM32工程。
* 配置GPIO引脚为输入模式。
* 编写按键扫描程序。

#include "stm32f10x.h"

int main(void)
{
    // 配置GPIO引脚为输入模式
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPCEN;
    GPIOC->CRH &= ~(GPIO_CRH_MODE13 | GPIO_CRH_CNF13);
    GPIOC->CRH |= GPIO_CRH_MODE13_0;

    while (1)
    {
        // 按键扫描
        if ((GPIOC->IDR & GPIO_IDR_IDR13) == 0)
        {
            // 按键按下
        }
        else
        {
            // 按键未按下
        }
    }
}

3. **实验结果**

* 按下按键时，LED灯亮。
* 松开按键时，LED灯灭。

#### 实验分析

* **硬件连接**

* 按键连接到GPIO引脚，当按键按下时，GPIO引脚电平变低。
* GPIO引脚配置为输入模式，可以读取按键的状态。

* **软件实现**

* 程序不断读取GPIO引脚电平，当电平变低时，表示按键按下。
* 程序根据按键的状态控制LED灯的亮灭。

### 2.2 扩展按键扫描实验

#### 实验目的

* 扩展按键扫描的功能。
* 了解按键消抖和按键多路复用的原理。
* 能够设计和实现复杂的按键扫描实验。

#### 实验材料

* STM32单片机开发板
* 多个按键
* 面包板
* 连接线

#### 实验步骤

1. **硬件连接**

* 将多个按键连接到STM32单片机的GPIO引脚。
* 将STM32单片机开发板供电。

2. **软件实现**

* **按键消抖**

* 在按键扫描程序中加入按键消抖处理。

#define KEY_DEBOUNCE_TIME 100  // 按键消抖时间（ms）

uint32_t key_debounce_time = 0;

void key_debounce(void)
{
    if ((GPIOC->IDR & GPIO_IDR_IDR13) == 0)
    {
        // 按键按下
        if (key_debounce_time == 0)
        {
            key_debounce_time = KEY_DEBOUNCE_TIME;
        }
    }
    else
    {
        // 按键未按下
        if (key_debounce_time > 0)
        {
            key_debounce_time--;
        }
    }
}

* **按键多路复用**

* 使用GPIO中断实现按键多路复用。

void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
    // 按键扫描
    if ((GPIOC->IDR & GPIO_IDR_IDR13) == 0)
    {
        // 按键按下
    }
    else
    {
        // 按键未按下
    }

    // 清除中断标志位
    EXTI->PR |= EXTI_PR_PR13;
}

3. **实验结果**

* 按下按键时，LED灯亮。
* 松开按键时，LED灯灭。
* 按下多个按键时，LED灯可以同时亮。

#### 实验分析

* **按键消抖**

* 按键消抖可以消除按键按下或松开时的抖动，保证按键状态的稳定。

* **按键多路复用**

* 按键多路复用可以同时扫描多个按键，提高按键扫描效率。

# 3. 按键扫描项目**

### 3.1 键盘输入控制LED灯

#### 3.1.1 项目简介

本项目旨在通过按键扫描控制LED灯的亮灭。用户可以通过按压不同的按键来控制不同的LED灯，实现简单的交互功能。

#### 3.1.2 硬件连接

* STM32单片机
* LED灯（4个）
* 按键（4个）
* 电阻（4个）

#### 3.1.3 代码实现

// 按键扫描函数
uint8_t KeyScan(uint8_t key_num)
{
    if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0) == 0)
        return key_num;
    else if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_1) == 0)
        return key_num + 1;
    else if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_2) == 0)
        return key_num + 2;
    else if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_3) == 0)
        return key_num + 3;
    else
        return 0xFF;
}

// 主函数
int main(void)
{
    // 初始化LED灯和按键
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClock