【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。

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目录结构

1. Project/  
2. ├── Inc/  
3. │   ├── key.h          // 按键模块头文件  
4. │   ├── beep.h         // 蜂鸣器模块头文件  
5. │   ├── timer.h        // 定时器模块头文件  
6. ├── Src/  
7. │   ├── key.c          // 按键模块实现  
8. │   ├── beep.c         // 蜂鸣器模块实现  
9. │   ├── timer.c        // 定时器模块实现  
10. │   ├── main.c         // 主程序  

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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。

1. // key.h
2. #ifndef __KEY_H
3. #define __KEY_H
5. #include "stm32f4xx_hal.h"
7. #define KEY_NUM         2       // 按键数量
8. #define DEBOUNCE_TIME   20      // 去抖动时间阈值（单位：ms）
10. // 按键结构体
11. typedef struct {
12.     GPIO_TypeDef *port;         // GPIO端口
13.     uint16_t pin;               // GPIO引脚
14.     uint8_t is_pressed;         // 当前按键状态（1:按下, 0:释放）
15.     uint8_t lock;               // 自锁标志
16.     uint16_t debounce_cnt;      // 去抖动计数器
17. } Key_TypeDef;
19. // 全局按键数组声明（在key.c中定义）
20. extern Key_TypeDef keys[KEY_NUM];
22. void KEY_Init(void);            // 按键初始化
23. void KEY_Scan(void);            // 按键扫描（需在定时中断中调用）
25. #endif

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1. // key.c
2. #include "key.h"
4. // 定义两个按键的硬件配置
5. Key_TypeDef keys[KEY_NUM] = {
6.     {GPIOA, GPIO_PIN_0, 0, 0, 0}, // Key1: PA0（下拉输入）
7.     {GPIOA, GPIO_PIN_1, 0, 0, 0}  // Key2: PA1（下拉输入）
8. };
10. // 按键初始化
11. void KEY_Init(void) {
12.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
13.    
14.     // 使能GPIOA时钟
15.     __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
16.    
17.     // 配置按键引脚为下拉输入
18.     GPIO_InitStruct.Pin = keys[0].pin | keys[1].pin;
19.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
20.     GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN;
21.     HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
22. }
24. // 按键扫描函数（需在1ms定时中断中调用）
25. void KEY_Scan(void) {
26.     for (uint8_t i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
27.         uint8_t current_state = HAL_GPIO_ReadPin(keys[i].port, keys[i].pin);
28.         
29.         if (current_state == GPIO_PIN_SET) { // 检测到高电平（按键按下）
30.             if (keys[i].lock == 0) {         // 首次检测到按下
31.                 keys[i].debounce_cnt++;
32.                 if (keys[i].debounce_cnt >= DEBOUNCE_TIME) {
33.                     keys[i].is_pressed = 1;  // 标记按键按下
34.                     keys[i].lock = 1;        // 自锁，防止重复触发
35.                     keys[i].debounce_cnt = 0;
36.                 }
37.             }
38.         } else { // 按键释放
39.             keys[i].lock = 0;
40.             keys[i].debounce_cnt = 0;
41.             keys[i].is_pressed = 0;         // 清除按下标记
42.         }
43.     }
44. }

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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。

1. // beep.h
2. #ifndef __BEEP_H
3. #define __BEEP_H
5. #include "stm32f4xx_hal.h"
7. #define BEEP_PORT       GPIOB
8. #define BEEP_PIN        GPIO_PIN_0
9. #define BEEP_SHORT_MS   40      // 短鸣持续时间（ms）
11. void BEEP_Init(void);           // 蜂鸣器初始化
12. void BEEP_Trigger(uint16_t duration_ms);  // 触发蜂鸣器
14. #endif

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1. // beep.c
2. #include "beep.h"
4. static volatile uint16_t beep_counter = 0;  // 蜂鸣器计时器
6. // 蜂鸣器初始化
7. void BEEP_Init(void) {
8.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
9.    
10.     // 使能GPIOB时钟
11.     __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
12.    
13.     // 配置蜂鸣器引脚为推挽输出
14.     GPIO_InitStruct.Pin = BEEP_PIN;
15.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
16.     GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
17.     GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
18.     HAL_GPIO_Init(BEEP_PORT, &GPIO_InitStruct);
19.    
20.     HAL_GPIO_WritePin(BEEP_PORT, BEEP_PIN, GPIO_PIN_RESET); // 初始关闭
21. }
23. // 触发蜂鸣器（duration_ms: 持续时间）
24. void BEEP_Trigger(uint16_t duration_ms) {
25.     beep_counter = duration_ms;
26.     HAL_GPIO_WritePin(BEEP_PORT, BEEP_PIN, GPIO_PIN_SET); // 启动蜂鸣器
27. }
29. // 更新蜂鸣器状态（需在1ms定时中断中调用）
30. void BEEP_Update(void) {
31.     if (beep_counter > 0) {
32.         beep_counter--;
33.         if (beep_counter == 0) {
34.             HAL_GPIO_WritePin(BEEP_PORT, BEEP_PIN, GPIO_PIN_RESET); // 关闭
35.         }
36.     }
37. }

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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。

1. // timer.h
2. #ifndef __TIMER_H
3. #define __TIMER_H
5. #include "stm32f4xx_hal.h"
7. void TIMER_Init(void);  // 定时器初始化
9. #endif

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1. // timer.c
2. #include "timer.h"
3. #include "key.h"
4. #include "beep.h"
6. TIM_HandleTypeDef htim3;
8. // 定时器初始化
9. void TIMER_Init(void) {
10.     TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
11.     TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
13.     htim3.Instance = TIM3;
14.     htim3.Init.Prescaler = 84 - 1;       // 84MHz / 84 = 1MHz
15.     htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
16.     htim3.Init.Period = 1000 - 1;       // 1ms中断周期 (1MHz / 1000)
17.     htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
18.     HAL_TIM_Base_Init(&htim3);
20.     sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
21.     HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim3, &sClockSourceConfig);
23.     sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
24.     sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
25.     HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim3, &sMasterConfig);
27.     HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3); // 启动定时器中断
28. }
30. // 定时器中断回调函数
31. void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
32.     if (htim->Instance == TIM3) {
33.         KEY_Scan();     // 按键扫描
34.         BEEP_Update();  // 更新蜂鸣器状态
35.     }
36. }

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4. 主程序 (main.c)

功能：模块初始化与按键服务处理。

1. #include "main.h"
2. #include "key.h"
3. #include "beep.h"
4. #include "timer.h"
6. int main(void) {
7.     HAL_Init();
8.     KEY_Init();     // 初始化按键
9.     BEEP_Init();    // 初始化蜂鸣器
10.     TIMER_Init();   // 初始化定时器
12.     while (1) {
13.         // 检测按键触发
14.         for (uint8_t i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
15.             if (keys[i].is_pressed) {
16.                 BEEP_Trigger(BEEP_SHORT_MS); // 触发蜂鸣器
17.                 keys[i].is_pressed = 0;      // 清除按键状态
18.             }
19.         }
20.     }
21. }

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逻辑详解

• 模块化筹划
  
  
  
  • 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。
    
  
  
• 去抖动机制
  
  
  
  • 在KEY_Scan()中，通过debounce_cnt累计中断次数，超过阈值后标志按键按下，避免抖动误触发。
    
  
  
• 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。
    
  
  
• 蜂鸣器控制
  
  
  
  • 触发时设置beep_counter，定时中断中递减至0后关闭，确保鸣叫时间正确。
    
  
  

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总结

本代码通过模块化筹划，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目、去抖动时间及硬件配置。

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