【嵌入式学习笔记】Key模块解析

前言

本系列学习笔记是本人跟随米醋电子工作室学习嵌入式的学习笔记，自用为主，不是教学或经验分享，若有误，大佬轻喷，同时欢迎交流学习，侵权即删。

一、GPIO 引脚的三种：输入模式

在连接按键之前，我们必须了解单片机 GPIO (通用输入/输出) 引脚作为输入时，有三种基础的"性格设定"：上拉 (Pull-up) 、下拉 (Pull-down) 和 浮空 (Floating)。它们决定了引脚在没有明确外部信号时（比如按键没按下）的默认电平状态，这对于稳定读取按键至关重要。

1.1. 上拉 (Pull-up) ⬆️ ------ 默认"开"

它是啥？ 想象引脚内部有一根"橡皮筋"轻轻地把它往"高电平"（通常是电源 VCC）拉。当没有更强的力量（比如按键按下接地）作用时，它就保持在高电平。

为啥用？ 防止引脚"悬空"乱飘。就像一个开关，默认是开着的，只有你按下时才关断。

何时用？ 当你需要引脚在空闲时稳定地输出高电平，或者连接的按键按下时会把引脚拉到低电平 (GND)。这是最常见的按键连接方式之一。

1.2. 下拉 (Pull-down) ⬇️ ------ 默认"关"

它是啥？ 和上拉相反，这次"橡皮筋"是把引脚往"低电平"（地线 GND）拉。默认状态是低电平。

为啥用？ 同样是为了防止悬空，提供一个明确的默认状态。

何时用？ 当你需要引脚空闲时稳定在低电平，或者连接的按键按下时会把引脚接到高电平 (VCC)。相对上拉来说，用得稍微少一些。

1.3. 浮空 (Floating / High-Impedance) 👻 ------ "随波逐流"

它是啥？ 引脚内部既不上拉也不下拉，像个与世无争的"隐士"。它的电平完全由外部连接决定。如果什么都没接，它的状态就像空气中的羽毛，极其不稳定，容易受到各种电磁干扰。

为啥用？ 有些特定场景需要引脚呈现高阻态，不影响外部电路（比如模拟信号输入，或者需要外部电路精确控制电平）。但在简单的数字输入，尤其是按键检测中，极少使用浮空模式，因为它太容易"受惊"了。

注意！ 直接用浮空模式连接按键通常是不可靠的，你需要外部电路（比如外部上拉或下拉电阻）来明确默认电平。

✨ 小结

⬆️上拉: 默认高电平 (VCC)，按键通常接到 GND。
⬇️下拉: 默认低电平 (GND)，按键通常接到 VCC。
👻浮空: 无默认电平，易受干扰，一般不直接用于按键。

正确选择和配置输入模式是按键能够被可靠读取的前提。对于大多数简单的按键电路，使用单片机内部的上拉或下拉功能是最方便有效的方式。

二、常规按键驱动（无组件库）代码解析

2.1. 代码整体说明

该代码是嵌入式中最基础的按键驱动实现方式，无依赖第三方库，通过 "状态对比法" 检测按键按下事件，实现按键 1 控制 LED0 翻转功能。核心逻辑为 "读取硬件状态→对比历史状态→识别按键事件→执行业务逻辑"，适合入门理解按键驱动的底层原理。

2.2. 完整代码逐行解析

cpp 复制代码

#include "key_app.h"

// 全局变量：存储按键状态（核心状态变量）
uint8_t key_val, key_old, key_down, key_up;

/**
 * @brief 读取按键硬件状态（底层GPIO操作）
 * @return 按键编号（1-6对应6个按键，0表示无按键按下）
 */
uint8_t key_read()
{
	uint8_t temp = 0;  // 初始值0（无按键按下）
	
	// 逐个读取GPIO引脚电平，判断按键是否按下
	// 硬件逻辑：按键为上拉输入，按下时引脚为低电平（GPIO_PIN_RESET）
	if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE, GPIO_PIN_15) == GPIO_PIN_RESET ) temp = 1;
	if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE, GPIO_PIN_13) == GPIO_PIN_RESET ) temp = 2;
	if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE, GPIO_PIN_11) == GPIO_PIN_RESET ) temp = 3;
	if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE, GPIO_PIN_9) == GPIO_PIN_RESET ) temp = 4;
	if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE, GPIO_PIN_7) == GPIO_PIN_RESET ) temp = 5;
	if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET ) temp = 6;

	return temp;
}

/**
 * @brief 按键任务函数（需周期性调用，如10ms/次）
 * @note 核心逻辑：通过"当前状态-历史状态"对比识别按键事件
 */
void key_task()
{
	// 1. 读取当前按键状态
	key_val = key_read();
	
	// 2. 计算按键按下/松开事件（位运算核心逻辑）
	// key_down：仅当"当前按下"且"历史未按下"时为非0（按下事件）
	key_down = key_val & (key_old ^ key_val);
	// key_up：仅当"当前松开"且"历史按下"时为非0（松开事件）
	key_up = ~key_val & (key_old ^ key_val);
	
	// 3. 更新历史状态（为下一次对比做准备）
	key_old = key_val;
	
	// 4. 业务逻辑：按键1按下时，翻转LED0状态
	if(key_down == 1)
	{
		ucLed[0] ^= 1;  // ^=1 表示翻转（1→0，0→1）
	}
}

2.3. 核心变量与逻辑说明

变量名	作用
`key_val`	本次扫描读取的当前按键状态（1-6 表示对应按键按下，0 表示无按键）
`key_old`	上一次扫描的历史按键状态（用于与当前状态对比）
`key_down`	按键按下事件标志（仅在 "从无到有" 时为对应按键编号，其余时间为 0）
`key_up`	按键松开事件标志（仅在 "从有到无" 时为对应按键编号，其余时间为 0）

关键位运算解析（事件识别核心）

key_old ^ key_val：异或运算，结果为 1 的位表示 "状态变化"（按下 / 松开）；
key_val & (key_old ^ key_val)：仅保留 "状态变化且当前按下" 的位→识别按下事件；
~key_val & (key_old ^ key_val)：仅保留 "状态变化且当前松开" 的位→识别松开事件。

三、使用组件库的核心思想

在嵌入式开发中，外设管理（如按键、LED、传感器等）是常见需求。直接从零开发不仅耗时，还容易忽略边界场景（如按键消抖、多事件识别）。高效的开发方式是优先选用成熟的开源组件库：

成熟库经过多场景验证，稳定性更高，能减少重复造轮子的成本；
通用性强的库往往适配多种硬件环境，便于移植和维护；
可基于库的设计思想学习外设管理的核心逻辑（如状态机、事件驱动），提升自身设计能力。

本次学习的 easy_button（GitHub 地址）是一款针对嵌入式按键管理的轻量库，解决了传统按键驱动在组合按键、资源占用、多事件识别等方面的不足，非常适合多按键场景（如键盘、控制面板）。

3.1.基于 easy_button 库的按键驱动代码解析

整体框架说明

该代码基于easy_button库实现了 6 个按键的管理，支持单击 / 双击控制 LED、组合键（复制 / 粘贴 / 剪切）功能。核心逻辑分为参数配置 、硬件适配 、事件处理 、初始化 和周期性扫描 五部分，充分复用了easy_button库的事件驱动机制。

核心代码解析

1. 按键参数配置（`defaul_ebtn_param`）

cpp 复制代码

const ebtn_btn_param_t defaul_ebtn_param = EBTN_PARAMS_INIT(
    20,     // 按下消抖20ms
    20,     // 释放消抖20ms
    50,     // 单击最短按下50ms
    500,    // 单击最长按下500ms
    300,    // 多击间隔300ms
    500,    // 长按周期500ms
    5       // 最多支持5连击
);

作用：定义按键检测的时间规则，是easy_button库识别事件的核心依据。
关键参数说明：
- 消抖时间（20ms）：过滤按键机械抖动，确保状态稳定后才识别为有效状态。
- 单击时间范围（50~500ms）：按下到释放的时间在此区间内，才视为有效单击。
- 多击间隔（300ms）：两次点击的间隔小于 300ms，视为连击（如双击、三击）。
- 长按周期（500ms）：长按状态下，每 500ms 触发一次KEEPALIVE事件（本代码未使用）。

2. 按键 ID 与硬件映射（`user_button_t`）

cpp 复制代码

typedef enum
{
    USER_BUTTON_0 = 0,  // 对应GPIOE.15
    USER_BUTTON_1,      // 对应GPIOE.13
    USER_BUTTON_2,      // 对应GPIOE.11
    USER_BUTTON_3,      // 对应GPIOE.9
    USER_BUTTON_4,      // 对应GPIOE.7
    USER_BUTTON_5,      // 对应GPIOB.0
    USER_BUTTON_MAX,    // 按键总数（6个）
} user_button_t;

作用：将 6 个物理按键（对应不同 GPIO）抽象为唯一 ID，便于软件管理。
USER_BUTTON_MAX用于标记按键总数，方便后续数组大小计算（如btns数组、ucLed数组）。

3. 按键数组初始化（`btns`）

cpp 复制代码

static ebtn_btn_t btns[] = 
{
    EBTN_BUTTON_INIT(USER_BUTTON_0, &defaul_ebtn_param),
    EBTN_BUTTON_INIT(USER_BUTTON_1, &defaul_ebtn_param),
    // ... 其余4个按键初始化
};

作用：静态注册按键，将每个按键 ID 与参数配置关联，是easy_button库管理按键的基础数据结构。
EBTN_BUTTON_INIT宏：初始化按键结构体（包含 key_id、参数指针等），库通过该数组遍历所有按键。

4. 硬件状态读取函数（`prv_btn_get_state`）

cpp 复制代码

uint8_t prv_btn_get_state(struct ebtn_btn *btn)
{
    switch (btn->key_id)
    {
    case USER_BUTTON_0:  // 按键0 → GPIOE.15
        return !HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE, GPIO_PIN_15);
    // ... 其余按键的GPIO读取
    default:
        return 0;
    }    
}

作用：easy_button库的核心回调函数，用于读取按键的实时硬件状态，是软件与硬件的桥梁。
逻辑说明：
- 假设按键硬件为上拉输入（未按下时引脚为高电平，按下时为低电平）。
- HAL_GPIO_ReadPin返回GPIO_PIN_SET（高电平，未按下）或GPIO_PIN_RESET（低电平，按下）。
- 取反（!）后，返回1表示按键按下，0表示松开，符合库对 "活跃状态" 的定义。

5. 事件处理函数（`prv_btn_event`）

该函数是按键逻辑的核心，处理easy_button库上报的事件（ONCLICK、ONPRESS等）。

（1）单击 / 双击控制 LED（`EBTN_EVT_ONCLICK`事件）

cpp 复制代码

if (evt == EBTN_EVT_ONCLICK)
{
    uint16_t click_cnt = ebtn_click_get_count(btn); // 获取连击次数
    switch (btn->key_id)
    {
    case USER_BUTTON_0:
        if (click_cnt == 1) ucLed[0] = 1;  // 单击：LED0亮
        else if (click_cnt == 2) ucLed[0] = 0; // 双击：LED0灭
        // ... 其余按键类似
    }
}

逻辑：ONCLICK事件在按键释放且符合单击时间规则时触发，通过ebtn_click_get_count获取连击次数，分别控制 LED 的亮灭。

（2）组合键逻辑（`EBTN_EVT_ONPRESS`事件）

cpp 复制代码

if (evt == EBTN_EVT_ONPRESS)
{
    if (prv_btn_get_state(&btns[USER_BUTTON_0]) == 1) // 按键0按下时
    {
        switch (btn->key_id)
        {
        case USER_BUTTON_1: // 0+1：复制LED状态到缓存
            for (int i=0; i<USER_BUTTON_MAX; i++)
                ucLed_copy[i] = ucLed[i];
            break;
        case USER_BUTTON_2: // 0+2：粘贴缓存到LED
            for (int i=0; i<USER_BUTTON_MAX; i++)
                ucLed[i] = ucLed_copy[i];
            break;
        case USER_BUTTON_3: // 0+3：剪切（复制后清零LED）
            for (int i=0; i<USER_BUTTON_MAX; i++)
            {
                ucLed_copy[i] = ucLed[i];
                ucLed[i] = 0;
            }
            break;
        }
    }
}

逻辑：ONPRESS事件在按键按下且消抖完成后触发。当按键 0 处于按下状态时，检测其他按键的按下事件，实现复制、粘贴、剪切功能。
依赖：通过prv_btn_get_state实时检查按键 0 的状态，确保组合键的有效性。

6. 初始化与周期性扫描

（1）初始化函数（app_ebtn_init）

cpp 复制代码

void app_ebtn_init(void)
{
    ebtn_init(btns, EBTN_ARRAY_SIZE(btns), NULL, 0, prv_btn_get_state, prv_btn_event);
}

作用：初始化easy_button库，参数包括：
- 静态按键数组（btns）及数量；
- 组合按键数组（此处为NULL，未使用库自带的组合键功能，而是自定义实现）；
- 状态读取回调（prv_btn_get_state）和事件回调（prv_btn_event）。

（2）周期性扫描任务（btn_task）

cpp 复制代码

void btn_task(void)
{
    ebtn_process(HAL_GetTick());
}

作用：调用库的核心处理函数ebtn_process，传入系统时间（HAL_GetTick()获取 ms 级时间）。
机制：ebtn_process会周期性扫描所有按键状态，与历史状态对比，根据参数配置判断并触发事件（如ONCLICK、ONPRESS），最终调用prv_btn_event处理。
建议：任务周期一般为 5~20ms（与消抖时间匹配），确保状态检测及时。

核心设计思想

硬件与软件解耦 ：通过prv_btn_get_state隔离硬件 GPIO 操作，库只关心 "1（按下）/0（松开）" 的逻辑状态，便于移植到不同硬件。
事件驱动 ：基于库的事件机制（ONCLICK、ONPRESS等），上层逻辑无需关心扫描细节，只需响应事件，简化代码。
灵活复用 ：通过参数配置（defaul_ebtn_param）调整按键特性，无需修改核心逻辑；组合键功能通过自定义判断实现，比库自带组合键更灵活。

ebtn 库使用总结

🧩定义参数与按键: 使用宏精心配置按键行为 (时间、ID)。
📞提供回调函数: 实现 `get_state_fn` (读硬件) 和 `evt_fn` (处理事件)。
🚀初始化: 调用 `ebtn_init` 注册按键和回调，并配置组合键。
⏱️周期处理: 必须在定时器中断 (最佳) 或主循环中，以固定间隔 (如 5-20ms) 调用 `ebtn_process(HAL_GetTick())`。
🎉处理事件: 在 `evt_fn` 中根据 `key_id` 和 `evt` 类型编写简洁的事件响应代码，避免阻塞。

遵循这五个步骤，你就能充分利用 ebtn 库，告别繁琐的按键处理逻辑，专注于实现更有趣的应用功能！

【嵌入式学习笔记】Key模块解析

前言

一、GPIO 引脚的三种：输入模式

1.1. 上拉 (Pull-up) ⬆️ ------ 默认"开"

1.2. 下拉 (Pull-down) ⬇️ ------ 默认"关"

1.3. 浮空 (Floating / High-Impedance) 👻 ------ "随波逐流"

二、常规按键驱动（无组件库）代码解析

2.1. 代码整体说明

2.2. 完整代码逐行解析

2.3. 核心变量与逻辑说明

三、使用组件库的核心思想

3.1.基于 easy_button 库的按键驱动代码解析

1. 按键参数配置（defaul_ebtn_param）

2. 按键 ID 与硬件映射（user_button_t）

3. 按键数组初始化（btns）

4. 硬件状态读取函数（prv_btn_get_state）

5. 事件处理函数（prv_btn_event）

（1）单击 / 双击控制 LED（EBTN_EVT_ONCLICK事件）

（2）组合键逻辑（EBTN_EVT_ONPRESS事件）

6. 初始化与周期性扫描

ebtn 库使用总结

1. 按键参数配置（`defaul_ebtn_param`）

2. 按键 ID 与硬件映射（`user_button_t`）

3. 按键数组初始化（`btns`）

4. 硬件状态读取函数（`prv_btn_get_state`）

5. 事件处理函数（`prv_btn_event`）

（1）单击 / 双击控制 LED（`EBTN_EVT_ONCLICK`事件）

（2）组合键逻辑（`EBTN_EVT_ONPRESS`事件）