GPIO輸入——按鍵檢測(cè)

按鍵檢測(cè)使用到GPIO外設(shè)的基本輸入功能，本章中不再贅述GPIO外設(shè)的概念，如您忘記了可重新回到第八章節(jié)進(jìn)行閱讀。

12.1. 硬件設(shè)計(jì)

按鍵機(jī)械觸點(diǎn)斷開(kāi)、閉合時(shí)，由于觸點(diǎn)的彈性作用，按鍵開(kāi)關(guān)不會(huì)馬上穩(wěn)定接通或一下子斷開(kāi)，使用按鍵時(shí)會(huì)產(chǎn)生 圖12_1中的帶波紋信號(hào)，需要用軟件消抖處理濾波，不方便輸入檢測(cè)。

本實(shí)驗(yàn)用到的野火啟明6M5開(kāi)發(fā)板的按鍵帶硬件消抖功能，它利用電容充放電的延時(shí)，消除了波紋，從而簡(jiǎn)化軟件的處理，軟件只需要直接檢測(cè)引腳的電平即可。

瑞薩設(shè)計(jì)的微處理器（MCU）擁有硬件數(shù)字濾波的功能用來(lái)實(shí)現(xiàn)去除按鍵帶來(lái)的紋波影響， 不過(guò)前提是按鍵用在外部中斷作為按鍵信號(hào)輸入的情況下使用， 通過(guò)使用數(shù)字濾波的方式能夠替代掉用電容式濾波的方法來(lái)消除紋波， 從而減少我們?cè)谟布系拈_(kāi)發(fā)成本。

野火啟明6M5開(kāi)發(fā)板的按鍵電路圖如 圖12_2所示，圖中RA6M5芯片的P004、P005引腳分別通過(guò)一個(gè)10KΩ的貼片電阻連接到電源的正極,所以按鍵在沒(méi)有被按下的時(shí)候，GPIO引腳的輸入狀態(tài)為高電平狀態(tài)， 分別又通過(guò)串聯(lián)一個(gè)100Ω的貼片電阻和一個(gè)按鍵接地，所以按鍵在被按下的時(shí)候，GPIO引腳的輸入狀態(tài)為低電平狀態(tài)。 只要我們檢測(cè)引腳的輸入電平，即可判斷按鍵是否被按下。

若您使用的實(shí)驗(yàn)板按鍵的連接方式或引腳不一樣，只需根據(jù)我們的工程修改引腳即可，程序的控制原理相同。

12.2. 按鍵程序設(shè)計(jì)

使用瑞薩官方提供的FPS庫(kù)進(jìn)行編程，瑞薩官方提供的FPS庫(kù)具有方便、快捷、簡(jiǎn)潔的特性。 在下面會(huì)教大家如何使用FPS庫(kù)進(jìn)行編程。

12.2.1. 新建工程

對(duì)于 e2 studio 開(kāi)發(fā)環(huán)境：拷貝一份我們之前的 e2s 工程模板 “11_GPIO_LED” ， 然后將工程文件夾重命名為 “12_Key” ，最后再將它導(dǎo)入到我們的 e2 studio 工作空間中。

對(duì)于 Keil 開(kāi)發(fā)環(huán)境：拷貝一份我們之前的 Keil 工程模板 “11_GPIO_LED” ， 然后將工程文件夾重命名為 “12_Key” ，并進(jìn)入該文件夾里面雙擊 Keil 工程文件，打開(kāi)該工程。

工程新建好之后，在工程根目錄的 “src” 文件夾下面新建 “key” 文件夾， 再進(jìn)入 “key” 文件夾里面新建 key 驅(qū)動(dòng)的源文件和頭文件：“bsp_key.c” 和 “bsp_key.h”。 工程文件結(jié)構(gòu)如下。

文件結(jié)構(gòu)

12_Key
├─ ......
└─ src
   ├─ led
   │  ├─ bsp_led.c
   │  └─ bsp_led.h
   ├─ key
   │  ├─ bsp_key.c
   │  └─ bsp_key.h
   └─ hal_entry.c

警告

注意：對(duì)于使用 Keil 開(kāi)發(fā)環(huán)境的用戶(hù)，將代碼文件放到 “src” 文件夾下之后， Keil 軟件并不會(huì)自動(dòng)將它們加入到工程，這時(shí)候需要打開(kāi) RASC FSP 配置界面， 點(diǎn)擊一次單擊右上角的 “Generate Project Content” 按鈕，從而 “src” 文件夾下的代碼文件就會(huì)被自動(dòng)加進(jìn)工程中。 接著關(guān)閉 FSP 配置界面返回到 Keil，然后進(jìn)行一次編譯會(huì)彈出一個(gè)提示框提示工程結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，點(diǎn)擊確定即可。 對(duì)于使用 e2 studio 的用戶(hù)則不需如此。

12.2.2. FSP配置

接下來(lái)我們要在fsp里配置芯片的引腳相關(guān)的屬性。

在打開(kāi) “FSP” 配置界面后， 在 “FSP” 配置界面里面點(diǎn)開(kāi) “Pins” -> “Ports” -> “P0” -> “P004” ， 然后將連接到按鍵的IO引腳的 “Mode” 屬性配置為 “Input Mode” ，其他的屬性默認(rèn)即可，LED引腳的配置同上節(jié)一樣配置。

Pin Configuration 頁(yè)面的 IOPORT 屬性介紹：

IOPORT 屬性介紹

配置完成之后的配置界面如圖所示。

配置完成之后按下快捷鍵“Ctrl + S”保存，最后點(diǎn)右上角的 “Generate Project Content” 圖標(biāo)， 讓軟件根據(jù)我們的設(shè)置自動(dòng)生成配置代碼即可。

對(duì)于 Keil 這邊 RASC 的 FSP 配置也是一樣的，需要先通過(guò) RASC 軟件打開(kāi) Keil 工程相關(guān)的 FSP 配置界面。 具體的方法在前面的章節(jié)已經(jīng)詳述過(guò)了，這里不再重復(fù)說(shuō)明。

12.3. 按鍵程序思路

使用瑞薩的FSP對(duì)軟件設(shè)計(jì)的思路非常地簡(jiǎn)單：首先通過(guò)R_IOPORT_Open函數(shù)初始化配置 LED 引腳，之后使用R_IOPORT_PinRead 函數(shù)來(lái)獲取當(dāng)前引腳的電平的狀態(tài)。

12.3.1. R_IOPORT_PinRead 函數(shù)

通過(guò) R_IOPORT_Open 函數(shù)初始化相應(yīng)的引腳之后，我們使用R_IOPORT_PinRead函數(shù)來(lái)獲取引腳的電平的狀態(tài)。 我們通過(guò)分析R_IOPORT_PinRead函數(shù)，最主要的是通過(guò)p_pin_value這個(gè)枚舉類(lèi)型來(lái)獲取IO的狀態(tài)。

fsp_err_t R_IOPORT_PinRead (ioport_ctrl_t * const p_ctrl, bsp_io_port_pin_t pin, bsp_io_level_t * p_pin_value)

注解

bsp_io_port_pin_t枚舉來(lái)決定需要獲取的引腳，通過(guò)bsp_io_level_t來(lái)獲取當(dāng)前GPIO的狀態(tài)。

e_bsp_io_level枚舉

/* IOPORT 實(shí)例控制塊 */
 typedef enum e_bsp_io_level
 {
     BSP_IO_LEVEL_LOW = 0,              ///< Low
     BSP_IO_LEVEL_HIGH                  ///< High
 } bsp_io_level_t;

12.3.2. 主函數(shù)

在while(1)里不斷調(diào)用R_IOPORT_PinRead函數(shù)，并判斷其返回值，若返回值表示按鍵按下，則LED燈的點(diǎn)亮，否則LED燈滅掉。

完整代碼如下：

代碼清單12_4

代碼清單 12-4：主函數(shù)

void hal_entry(void)
 {
     fsp_err_t      err;                                                                 //
     err = R_IOPORT_Open(&g_ioport_ctrl, &g_bsp_pin_cfg);                                //初始化引腳
     assert(FSP_SUCCESS == err);                                                         //判斷是否初始化成功


     bsp_io_level_t Pin_P004;                                                            //定義獲取函數(shù)的結(jié)構(gòu)體
     while(1)
     {
         R_IOPORT_PinRead(&g_ioport_ctrl,BSP_IO_PORT_00_PIN_04, &Pin_P004);              //運(yùn)行函數(shù)并把獲取的數(shù)據(jù)賦值結(jié)構(gòu)體
         if(Pin_P004 == BSP_IO_LEVEL_LOW){                                               //判斷按鍵有沒(méi)有按下
             R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_04, BSP_IO_LEVEL_HIGH);//點(diǎn)亮LED
         }else if(Pin_P004 == BSP_IO_LEVEL_HIGH){                                        //判斷按鍵有沒(méi)有松開(kāi)
             R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_04_PIN_04, BSP_IO_LEVEL_LOW); //關(guān)閉LED
         }
     }

 #if BSP_TZ_SECURE_BUILD
     /* Enter non-secure code */
     R_BSP_NonSecureEnter();
 #endif
 }

注解

使用這種方式來(lái)獲取IO口的狀態(tài)相對(duì)會(huì)比較復(fù)雜，下面將介紹一種新的寫(xiě)法來(lái)簡(jiǎn)化這一個(gè)過(guò)程，可以使程序看起來(lái)更簡(jiǎn)單，讓我們開(kāi)發(fā)起來(lái)更加的順暢。

12.4. 封裝 Key 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

R_key_read函數(shù)

/*
 * 按鍵讀取函數(shù) 輸入引腳 返回當(dāng)前引腳的狀態(tài)
 * */
 uint32_t R_key_read(bsp_io_port_pin_t key)
 {
     bsp_io_level_t state;
     R_IOPORT_PinRead(&g_ioport_ctrl, key, &state);
     return state;
 }

我們這里對(duì)R_IOPORT_PinRead進(jìn)行一次封裝，為什么要加這一層封裝呢，因?yàn)樵趯?duì)R_IOPORT_PinRead編程中多了一個(gè)指向型bsp_io_port_pin_t枚舉類(lèi)型數(shù)據(jù)， 每當(dāng)程序中增加一個(gè)需要讀取的IO口時(shí)我們就需要增加一個(gè)枚舉類(lèi)型數(shù)據(jù)，這樣大大增加了我們程序的冗余程度。 我們封裝的過(guò)程中通過(guò)輸入當(dāng)前的引腳，然后return返回當(dāng)前的狀態(tài)，這樣簡(jiǎn)化了我們進(jìn)行程序的編寫(xiě)。

Key_Scan函數(shù)

/*
 * 按鍵掃描函數(shù)判斷你的手是否松開(kāi)
 */
 uint32_t Key_Scan(bsp_io_port_pin_t key)
 {
     if(R_key_read(key) == BSP_IO_LEVEL_HIGH)
     {
         return KEY_OFF;
     }
     else
     {
         do  //等待按鍵釋放
         {
             R_key_read(key);
         } while (BSP_IO_LEVEL_LOW == R_key_read(key));
     }
     return KEY_ON;
 }

這是一個(gè)對(duì)R_IOPORT_PinRead函數(shù)的使用案例，當(dāng)按下按鍵的時(shí)候單片機(jī)會(huì)檢測(cè)手是否松開(kāi)當(dāng)手離開(kāi)的時(shí)候返回KEY_ON數(shù)值，當(dāng)按鍵沒(méi)有被按下的時(shí)候Key_Scan函數(shù)則返回KEY_OFF的數(shù)值， 下面是一個(gè)Key_Scan函數(shù)的實(shí)踐案列。

主函數(shù)hal_entry()

void hal_entry(void)
 {
     while(1)
     {
         if( Key_Scan(KEY_SW2_PIN) == KEY_ON )   //掃描判斷按鍵
         {
             LED1_ON;    //宏定義LED開(kāi)
             LED2_ON;
             LED3_ON;
         }
         if( Key_Scan(KEY_SW3_PIN) == KEY_ON )
         {
             LED1_OFF;   //宏定義LED關(guān)
             LED2_OFF;
             LED3_OFF;
         }
     }

 #if BSP_TZ_SECURE_BUILD
     /* Enter non-secure code */
     R_BSP_NonSecureEnter();
 #endif
 }

在 “hal_entry.c” 文件中添加對(duì)頭文件 “bsp_key.h” 的包含， 然后將 hal_entry 入口函數(shù)的內(nèi)容改為如上所示。

12.5. 下載驗(yàn)證

把編譯好的程序下載到開(kāi)發(fā)板并復(fù)位，按下按鍵可以控制LED燈亮滅。