STM32-按键及传感器模块

本内容是基于江协科技STM32视频整理而得。

1. 按键及传感器模块

1.1 按键简介

按键：常见的输入设备，按下导通，松手断开；
按键抖动：由于按键内部使用的是机械式弹簧片来进行通断的，所以在按下和松手的瞬间会伴随一连串的抖动；
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1.2 传感器模块简介

传感器模块：传感器元件（光敏电阻/热敏电阻/红外接收管等）的电阻会随外界模拟量的变化而变化，通过与定值电阻分压即可得到模拟电压输出，再通过电压比较器进行二值化即可得到数字电压输出。
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N1是传感器代表的可变电阻，其阻值可以根据环境的光线、温度等模拟量进行变化。
C2是一个滤波电容，是为了给中间的电压输出进行滤波的，用来滤除一些干扰，保证输出电压波形的平滑。
R1是和N1进行分压的定值电阻，R1和N1串联，一端连接在VCC正极，一端接在GND负极，构成基本的分压电路。
当N1阻值变小时，下拉作用就会增强，中间的AO端的电压就会拉低，极端情况下，N1阻值为0，AO输出被完全下拉，输出0V。当N1阻值变大，下拉作用就会减弱，中间的引脚由于R1的上拉作用，电压就会升高，极端情况下，N1阻值无穷大，相当于断路，输出电压被R1拉高至VCC。AO是模拟电压输出，就直接通过排针输出了。
数字输出就是对AO进行二值化的输出，二值化是通过芯片LM393完成的，LM393是一个电压比较器芯片，里面有两个独立的电压比较器电路。VCC接到了电路的VCC，GND接到了电路的GND。C1是一个电源供电的滤波电容。电压比较器就是一个运算放大器，当IN+>IN- 时，输出接VCC，IN+<IN-时，输出接GND。
IN-接了一个电位器，这个电位器的接法也是分压电阻的原理，拧动电位器，IN-就会生成一个可调的阈值电压。
LED1是电源指示灯，LED2是DO输出电平指示灯，低电平点亮，高电平熄灭，R5上拉电阻是为了保证默认输出高电平的。

1.2.1 光敏电阻传感器

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传感器电阻为光敏电阻时，光照强度降低，当无光照时，电阻呈高阻状态，IN+=VCC，IN+ > IN-，DO输出高电平；光照强度升高，电阻值降低，IN+=GND，IN+ < IN-，DO输出低电平。

1.3 硬件电路

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上面两种接法按键按下时引脚是低电平，松手是高电平，
下面两种接法按键按下时引脚是高电平，松手是低电平。

1.4 GPIO读取输出寄存器和读取输入寄存器的库函数

  1. **uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);**用来读取输入数据寄存器某一个端口的输入值，返回值代表引脚的高低电平。
    image.png
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  2. **uint16_t GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);**用来读取整个输入数据寄存器的，返回值是16位的，代表端口值
    image.png

  3. **uint8_t GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);**用来读取输出数据寄存器的某一个位的，用于输出模式下，用来看一下输出的是什么。
    image.png

  4. **uint16_t GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);**用来读取整个输出数据寄存器的，
    image.png

2. 按键控制LED代码

2.1 硬件连接

两个按键控制两个LED，KEY1控制LED1，KEY2控制LED2。实现功能：按键按下，LED亮，按键再按下，LED灭。
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2.2 代码实现流程

  1. 按键代码：
    1. 初始化：开启GPIO时钟；初始化GPIO，引脚配置为上拉输入；
    2. 获取按键值：读PB1和PB11输入寄存器的值，若为0，则表明按键按下，设PB1的按键值为1，PB11的按键值为2；由于按键按下及按键松手都会有抖动，因此需要设置一段延时来进行消抖。
  2. LED代码：
    1. 初始化：开启GPIO时钟；初始化GPIO，引脚配置为推挽输出；
    2. 分别开启和关闭LED1和LED2：PA1和PA2为低电平时点亮LED；高电平时熄灭LED。
    3. LED状态翻转：获取PA1和PA2端口输出寄存器的状态，如果为0（即端口为低电平），则将其置高电平，否则，置低电平。（实现功能：如果现在LED是亮的，则按键按下，LED熄灭；如果LED是熄灭的，则按键按下，LED点亮）

2.4 代码

  • 按键代码

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"

void Key_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_11;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}

uint8_t Key_GetNum(void)
{
	uint8_t KeyNum = 0;
	// 读取PB1端口的值，返回值就是输入寄存器某一位的值，0代表低电平，1代表高电平
	// 读取GPIO_Pin_1端口的值==0，就代表按键按下，
	if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0)
	{
		// 按键刚按下，会有个抖动，所以需要Delay一段时间，
		Delay_ms(20);
		// 检测一下按键松手的情况，因为按键一般是松手之后才会有动作的，
		// 如果按键一直按下，就卡在while循环里，直到松手，
		while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0)
		// 松手之后再Delay_ms(20),消除按键松手的抖动
		Delay_ms(20);
		KeyNum = 1;// 用变量将键码1传递出去
	}
	if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11) == 0)
	{
		Delay_ms(20);
		while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11) == 0)
		Delay_ms(20);
		KeyNum = 2;
	}
	return KeyNum;
}
  • LED代码
/*led代码*/

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"

void LED_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
}

void LED1_ON(void)
{
	GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
}

void LED1_OFF(void)
{
	GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
}

// LED的状态取反
void LED1_Turn(void)
{
	// 调用GPIO_ReadOutputDataBit函数，读取当前的端口输出状态，
	// 当前输出0，就给它置1，否则就置0。这样就实现了端口的电平翻转
	if (GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_1) == 0)
	{
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
	}
	else
	{
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
	}
}

void LED2_ON(void)
{
	GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
}

void LED2_OFF(void)
{
	GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
}

void LED2_Turn(void)
{
	if (GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_2) == 0)
	{
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
	}
	else
	{
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
	}
}

/*main代码*/

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "LED.h"
#include "Key.h"

uint8_t KeyNum;

int main()
{
	LED_Init();
	Key_Init();
	
	while(1)
	{
		// 实现按下按键，led亮，再按一下按键，led灭
		
		KeyNum = Key_GetNum();
		if (KeyNum == 1)
		{
			LED1_Turn();
		}
		if (KeyNum == 2)
		{
			LED2_Turn();
		}
		
	}
}

3. 光敏传感器控制蜂鸣器代码

3.1 硬件连接

蜂鸣器I/O口接PB12，光敏传感器DO接PB13。
实现功能：光敏传感器被遮挡，输出1：蜂鸣器开启；否则，蜂鸣器关闭。
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3.2 代码流程

  1. 光敏传感器代码：
    1. 开启GPIOB时钟，配置为上拉输入模式；
    2. 获取光敏传感器的输出的高低电平；有遮挡时，输出高电平，无遮挡时，输出低电平。
  2. 蜂鸣器代码：
    1. 开启GPIOB时钟，配置为推挽模式；
    2. 开启和关闭蜂鸣器：低电平开启蜂鸣器，高电平关闭蜂鸣器。
    3. 蜂鸣器状态翻转：蜂鸣器PB12输出寄存器状态为0，则将PB12设置为高电平；否则输出当期引脚输出高电平，则设置PB12为低电平。

3.3 代码

/*光敏传感器代码*/
/**
  * 函    数：光敏传感器初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void LightSensor_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);		//开启GPIOB的时钟
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);						//将PB13引脚初始化为上拉输入
}

/**
  * 函    数：获取当前光敏传感器输出的高低电平
  * 参    数：无
  * 返 回 值：光敏传感器输出的高低电平，范围：0/1
  */
uint8_t LightSensor_Get(void)
{
	return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_13);			//返回PB13输入寄存器的状态
}

/*蜂鸣器代码*/
#include "stm32f10x.h"                  // Device header

/**
  * 函    数：蜂鸣器初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void Buzzer_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);		//开启GPIOB的时钟
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);						//将PB12引脚初始化为推挽输出
	
	/*设置GPIO初始化后的默认电平*/
	GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);							//设置PB12引脚为高电平
}

/**
  * 函    数：蜂鸣器开启
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void Buzzer_ON(void)
{
	GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);		//设置PB12引脚为低电平
}

/**
  * 函    数：蜂鸣器关闭
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void Buzzer_OFF(void)
{
	GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);		//设置PB12引脚为高电平
}

/**
  * 函    数：蜂鸣器状态翻转
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void Buzzer_Turn(void)
{
	if (GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_12) == 0)		//获取输出寄存器的状态，如果当前引脚输出低电平
	{
		GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);						//则设置PB12引脚为高电平
	}
	else														//否则，即当前引脚输出高电平
	{
		GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);						//则设置PB12引脚为低电平
	}
}

/*main代码*/
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "Buzzer.h"
#include "LightSensor.h"

int main(void)
{
	/*模块初始化*/
	Buzzer_Init();			//蜂鸣器初始化
	LightSensor_Init();		//光敏传感器初始化
	
	while (1)
	{
		if (LightSensor_Get() == 1)		//如果当前光敏输出1
		{
			Buzzer_ON();				//蜂鸣器开启
		}
		else							//否则
		{
			Buzzer_OFF();				//蜂鸣器关闭
		}
	}
}

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