概述

CPU和外设通信的方式有轮训和中断两种方式；所谓轮训就是主动询问某个状态，看看是否是某个值，如果是则采取行动；中断则是一旦发生了，会主动通知CPU；
本章来研究一下通过如何轮训的方式来响应按键事件。

代码概览

#include "stm32f10x_gpio.h"
#include "stm32f10x_rcc.h"
#include "../lib/STM32F10x_StdPeriph_Driver/inc/stm32f10x_exti.h"
#include "../lib/STM32F10x_StdPeriph_Driver/inc/misc.h"
#include "../lib/STM32F10x_StdPeriph_Driver/inc/stm32f10x_gpio.h"

void delay(unsigned int time)
{
    unsigned int i = 0;
    while (time--)
    {
        i = 1000000;
        while (i--)
            ;
    }
}

u8 key_read()
{
    u8 result = 0;
    result = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_12);

    return result;
}

void led_init()
{
    GPIO_InitTypeDef led;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
    led.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
    led.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    led.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOC, &led);
    GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_13, Bit_SET);
}

void key_init()
{
    GPIO_InitTypeDef key;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    key.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;
    key.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;
    // led.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &key);
    // GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_12, Bit_RESET);
}

void led_opr(int opr){
    if(1 == opr){
        GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_13, Bit_SET);
    }else{
        GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_13, Bit_RESET);
    }
}

int main(void)
{
    led_init();
    key_init();
    key_nvid_init();
    while (1)
    {
        if (1 == key_read())
        {
            GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_13, Bit_RESET);
        }
        else
        {
            GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_13, Bit_SET);
        }
    }
    return 1;
}

Main函数

从main函数入手，来抽丝剥茧，把轮训方式的实现搞掂。

int main(void)
{
    led_init();
    key_init();
    while (1)
    {
                if (1 == key_read())
                {
                        GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_13, Bit_RESET);
                }
                else
                {
                        GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_13, Bit_SET);
                }
    }
    return 1;
}

LED初始化

void led_init()
{
    GPIO_InitTypeDef led;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
    led.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
    led.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    led.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOC, &led);
    GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_13, Bit_SET);
}

这个在“STM32（4）：基于构件库的点亮LED”有详细介绍，左拐即可看到，使能总线，做PC13的初始化/配置工作，然后配置生效，最后执行了一步操作设置PC13为SET，即高电平，这样实现了灭灯的效果，这样，在操作按下按键的时候，可以实现点亮效果。

键盘操作初始化

void key_init()
{
    GPIO_InitTypeDef key;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    key.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;
    key.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;
    GPIO_Init(GPIOB, &key);
}

可以看到，键盘初始化和LED初始化非常类似：

第一步是定义初始化GPIO配置结构体；

第二步是配置GPIO；

第三步是生效GPIO配置；

使用到的引脚

键盘某个按键和GPIOB12引脚相连，另外一端和3v3端口相连；当按键按下的时候，PB12和3.3v电源相连，于是PB12变成了高电平（取值为1），后面就可以根据PB12的值是高电平还是低电平来决定灯的亮灭。

file

上拉电阻 vs. 下拉电阻

GPIO的工作模式为IPD，即Input Push Down，下拉电阻，为什么选择这个工作模式呢？首先是外设要将电平信息传输到GPIO引脚，所以方向是输入（Input），按键在没有按下的情况下是浮空，所以需要通过下拉电阻将浮空电平下拉倒低电平。

什么是浮空？前面我们看到一个引脚，比如LED的PC13，一端要么接着电源（VCC），要么接地；接电源是高电平，接地是低电平，泾渭分明，但是还有一种情况就是既没有接地也没有接电源，其中按键就是这样情况，下按情况下，PB12和3V3的电源联通，PB12是高电平；但是，没有下按的情况下，其实一种未知的装态，电平介于高低电平之间，且电压值未知的一种状态；

对于浮空状态需要明确电平状态，比如在本次按键点亮等的场景，因为按键在按下的状态，明确应该是高电平，所以没有按下的状态应该是低电平的状态；所以需要通过设置工作模式下拉电阻的，这样浮空状态，因为有下拉电阻电路，将会被处理为低电平。

那么什么是下拉电阻？如下图所示，如果外设在联通的时候，GPIO端口（x取值范围是A，B，C等端口组，不同级别的STM32提供的端口组数量不一样，y的取值范围是0~15，共计16个引脚）应该高电平，那么在浮空/ 悬空（开关断开）的时候状态就应该低电平，怎么能够让断开的时候是低电平呢？就是在GPIO上面增加一个下拉电阻，因为开关断开，所以相当于串联了一个无限大的电阻，处于懒惰，或者说前软怕硬的电路特性，电路走的就是下拉电阻支路，于是GPIOxy在接口浮空的请跨年，处于低电平装填；

file

类似的是上拉电阻，使用的场景正好和下拉电阻相反，适合于开关另一端接地，浮空的状态应该是高电平状态的场景（开关接通，因为接地，所以铁定端口呈现的是低电平），如下所示，需要构造一个上拉电阻电路，依据电路的欺软怕硬的特性，走的是上拉电阻的支路，于是开关断开，指定的接口呈现的是高电平：

file

下面是完整的物理电路图：

file
可以看到在电路内部会有上拉/下拉电阻电路，来实现浮空处理；

GPIO速度

在LED的配置中，是需要指定工作速度，但是在KEY的配置中却没有了工作速度，这个是因为指定的GPIO_Speed其实是一个采样速度，即采样GPIO引脚的状态，例如如果指定为10MHz，即每秒10x1000000次采样，用来获取信号量，所以GPIOSpeed按照奎斯特定理，采样频率至少是要信号频率的2倍以上才能够比较准确地还原原始信号，一般实际的工作中，是5~10倍；

所以只有引脚为输出模式的引脚需要设定速度，因为一旦一个引脚被配置为输出模式，就代表是有信号输入到这个引脚，然后再从这个引脚中输出；既然是有信号，那么如果一个引脚想要表达这个信号就需要采样，采样就需要指定速度；

比如我们在点亮LED的源码解读中，信号就是在while循环里面灯的亮灭，信号的频率就是由while语句里面的delay函数决定的，然后把信号写入到PC13上面：

int main(void)
{
        ... ...
        while (1)
        {
                GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_13, Bit_SET);
                delay_2(1);
                GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_13, Bit_RESET);
                delay_2(1);
        }
}

芯片的CPU将会将会基于采样频率（GPIO_Speed）来采集，即由硬件层面来进行采样；其实真正起作用的是采样的结果，采样结果直接决定了LED灯的亮灭：

file

输入vs.输出

那么，回过头来，再来看我们键盘的GPIO配置，作为PB13输入引脚，代表引脚的数据并不是由软件主动写入，输入输出是站在STM32内部芯片的角度来说的，所谓的输入是指，外设将数据到写入GPIO口，需要STM32芯片获取，比如本节按键相应，就是由外设（按键）将自己的电平状态写入到PB12；
输出，则是由STM32内部电路产生信号，写到GPIO口；比如LED灯里面控制PC13的高低电平，就是由软件层面直接控制到STM32电路实现的，所以如果是软件层面直接来配置GPIO口（寄存器）的值，就是输出；

file

封装灯的亮灭

void led_opr(int opr){
if(1 == opr){
GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_13, Bit_SET);
}else{
GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_13, Bit_RESET);
}
}

这个函数实现了根据参数，决定向PC13写高电平还是低电平；这里面的写法在“STM32（4）：基于构件库的点亮LED”里面有说明，这里将其封装为一个函数，就是为了便于重复调用；Bit_Set就是设置高电平，Bit_Rest就是低电平，还记得LED的物理电路图吗？

如果PC13设置为1，和VCC3V3端电压一致，形成不了电压差，所以LED灯处于熄灭的状态，设置PC13为0，LED2两端有电压差，于是产生电流（电流方向是VCC到PC13，电子方向是PC13到VCC，高中物理知识哦）。

GPIO_WriteBit则是（STM32固件库的）库函数，用于向GPIO引脚写入高低电平值。

轮训方式通信

while (1)
{
        if (1 == key_read())
        {
                GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_13, Bit_RESET);
        }
        else
        {
                GPIO_WriteBit(GPIOC, GPIO_Pin_13, Bit_SET);
        }
}

下面这一段就是通过轮训方式获取PB12的状态（通过key_read函数），然后根据PB12的状态来设置PC13的状态；所谓的轮训方式，就是不断的获取指定引脚的状态；

轮训和后面要将的中断形成鲜明对比；就像上海的有的快递，送到了指定地点，不通知你，于是你只能一遍一遍的刷新手机，看看是否已经送到，送到了下去去取，这个就是类似于“轮训通信”；而有的良心快递送到之后，回短信或者电话通知你，接到通知之后，你直接下楼取快递即可，这个就是“中断通信”；

读取引脚状态

我们看一下key_read()的实现：

u8 key_read()
{
        u8 result = 0;
        // delay(1);
        result = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_12);

        return result;
}

这里直接调用的（STM32固件库的）库函数GPIO_ReadInputDataBit函数实现了对于PB12的读取，这里如果担心频繁调用影响性能，可以在key_read或者main主函数的while轮训实现通过调用delay函数实现延迟；轮训方式的缺点就是耗费CPU时间，需要CPU不断的进行轮训；不同中断的主动通知，需要主动的不断的访问；中断优点就会节省CPU时间，但是并非所有事件都能够采用中断通知，在STM32里面预制的中断种类只有256个（其中16个内部中断，240个外部中断）。

总结

本章中主要介绍了通过轮训的方式实现基于按键来实现LED等亮灭控制；主要的步骤有LED初始化，按键初始化以及轮训读取PB12的引脚状态；

需要掌握的是轮训通信机制的原理以及实现，还有引脚控制相关上拉/ 下拉电阻，GPIO速度以及引申出来的输入/ 输出概念，