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STM32——按键输入控制小灯亮灭

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本文字数： 5.6k 阅读时长 ≈ 5 分钟
前两篇博客分别讲了单灯闪烁和三色LED流水灯，都是涉及到GPIO输出的功能，这次学习输入的功能——用两个按键分别控制两个LED，实现"按下亮、松开灭"和"按一下翻转状态"两种常见的按键逻辑.硬件还是同一块 keysking 集成开发板，板载了两个按键和两个LED。

硬件原理

按键电路

开发板上的两个按键分别连接在以下引脚：

按键 引脚 信号 说明
KEY1 PB12 按下=低电平，松开=高电平 板载上拉电阻
KEY2 PB13 按下=低电平，松开=高电平 内部上拉（芯片内部准备好了，只需要在CubeMX中配置，无需外加电阻）

按键电路原理：一端接地，另一端通过上拉电阻连接到GPIO引脚。按下时引脚读到低电平，松开时读到高电平。

image-20260726221901495

LED 电路

LED 引脚 控制信号
🟢 绿色 PA7 GPIO 高电平亮
🔴 红色 PB0 GPIO 高电平亮

key_schematic

CubeMX 引脚配置

新建项目

芯片选择 STM32F103C8T6，步骤与之前一样，略。

配置 GPIO 引脚

一共四个引脚需要配置：两个LED（输出）、两个按键（输入）。

LED 引脚（输出）：

引脚 功能 User Label 其他参数
PA7 GPIO_Output LED_GREEN 推挽输出、无上下拉、低速
PB0 GPIO_Output LED_RED 推挽输出、无上下拉、低速

led_output

led_output_2

按键引脚（输入）：

引脚 功能 User Label 上下拉
PB12 GPIO_Input KEY1 无（板载已有上拉）
PB13 GPIO_Input KEY2 Pull-up（内部上拉）

pullup_setting

image-20260726222710822

两个关键点：

  1. KEY1（PB12）——板子自带了外部上拉电阻，所以 CubeMX 里 Pull 选 No pull
  2. KEY2（PB13）——这个引脚板子没有外部上拉，需要在 CubeMX 里把 Pull 设为 Pull-up，这样芯片内部会开启上拉电阻

pinout_overview

image-20260726222919932

配置调试接口

这一步绝对不能忘！——System Core → SYS → Debug → Serial Wire。否则烧录一次后 SWD 就被禁用了。

生成代码

Project Manager 设置：

设置项 值
Project Name KEY
Toolchain / IDE CMake

点击 Generate Code，用 VS Code 打开。

VS Code 中编写代码

认识 main.h 中的宏定义

CubeMX 根据 User Label 生成了以下宏：

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// LED
#define LED_GREEN_Pin GPIO_PIN_7
#define LED_GREEN_GPIO_Port GPIOA
#define LED_RED_Pin GPIO_PIN_0
#define LED_RED_GPIO_Port GPIOB

// 按键
#define KEY1_Pin GPIO_PIN_12
#define KEY1_GPIO_Port GPIOB
#define KEY2_Pin GPIO_PIN_13
#define KEY2_GPIO_Port GPIOB

核心逻辑设计

这次要实现两种不同的按键逻辑：

按键 功能 实现方式
KEY1 按下→绿灯亮，松开→绿灯灭 每个循环读取 KEY1 电平，直接控制绿灯
KEY2 每按一次→红灯翻转（亮↔灭） 检测到按键后翻转红灯，等待松开再继续

main.c 代码

打开 main.c，在 while(1) 中编写：

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/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
  // ===== KEY1：按下亮，松开灭 =====
  if (HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port, KEY1_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
  {
      HAL_GPIO_WritePin(LED_GREEN_GPIO_Port, LED_GREEN_Pin, GPIO_PIN_SET);
  }
  else
  {
      HAL_GPIO_WritePin(LED_GREEN_GPIO_Port, LED_GREEN_Pin, GPIO_PIN_RESET);
  }

  // ===== KEY2：按一下翻转红灯 =====
  if (HAL_GPIO_ReadPin(KEY2_GPIO_Port, KEY2_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
  {
      HAL_Delay(10);  // 消抖
      if (HAL_GPIO_ReadPin(KEY2_GPIO_Port, KEY2_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
      {
          HAL_GPIO_TogglePin(LED_RED_GPIO_Port, LED_RED_Pin);

          // 等待按键松开
          while (HAL_GPIO_ReadPin(KEY2_GPIO_Port, KEY2_Pin) == GPIO_PIN_RESET) {}
      }
  }
  /* USER CODE END WHILE */
  /* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */

代码讲解

用到的函数：

函数 作用
HAL_GPIO_ReadPin(端口, 引脚) 读取引脚电平：GPIO_PIN_SET（高）或 GPIO_PIN_RESET（低）
HAL_GPIO_WritePin(端口, 引脚, 电平) 设置引脚高/低电平
HAL_GPIO_TogglePin(端口, 引脚) 翻转引脚电平

KEY1 的逻辑——直接读取直接控制：

每次 while 循环都判断 KEY1 的电平。按下就读到低电平→亮，松开读到高电平→灭。反应很及时，适合开关类控制。

KEY2 的逻辑——边缘触发（按一下变一次）：

KEY2 要的是”按一下变一次”，而不是”按住的时候一直变”。所以多了三步：

  1. 消抖——机械按键按下瞬间会有抖动（几ms内电平反复跳变），加 10ms 延时后再读一次确认，防止误触发
  2. 翻转——确认按下后执行一次 TogglePin
  3. 等待松手——用 while 循环等待按键恢复高电平，防止一次按压被 while 循环反复检测到，造成很短的时间内多次翻转，肉眼看上去效果很差。

解读 MX_GPIO_Init —— 输出与输入引脚的配置

这个项目有四种引脚（两个输出、两个输入），MX_GPIO_Init() 比前两篇复杂了不少：

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static void MX_GPIO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    /* GPIO Ports Clock Enable */
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

    /* 初始电平：两个 LED 默认熄灭 */
    HAL_GPIO_WritePin(LED_GREEN_GPIO_Port, LED_GREEN_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LED_RED_GPIO_Port, LED_RED_Pin, GPIO_PIN_RESET);

    /* ========== 输出引脚配置（与前两篇相同） ========== */

    /* LED_GREEN (PA7) —— 推挽输出 */
    GPIO_InitStruct.Pin = LED_GREEN_Pin;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(LED_GREEN_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

    /* LED_RED (PB0) —— 推挽输出 */
    GPIO_InitStruct.Pin = LED_RED_Pin;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(LED_RED_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

    /* ========== 输入引脚配置（新内容） ========== */

    /* KEY1 (PB12) —— 输入，外部已有上拉，内部不配 */
    GPIO_InitStruct.Pin = KEY1_Pin;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;     // ← 输入模式
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;          // ← 外部已有上拉电阻
    HAL_GPIO_Init(KEY1_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

    /* KEY2 (PB13) —— 输入，开启内部上拉 */
    GPIO_InitStruct.Pin = KEY2_Pin;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;     // ← 输入模式
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;          // ← 内部上拉！关键区别
    HAL_GPIO_Init(KEY2_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
}

新知识点：输入模式配置

输出引脚没什么新内容，重点是两个输入引脚的配置：

GPIO_MODE_INPUT —— 输入模式

之前两篇都是 GPIO_MODE_OUTPUT_PP（输出），这次改成了 GPIO_MODE_INPUT（输入）。输入模式下，GPIO 不再输出电压，而是读取外部信号的电平高低，通过 HAL_GPIO_ReadPin() 获取。

Pull 参数 —— 上下拉电阻的选择

这是本次最有价值的部分——两种按键的上拉电阻配置方式不同：

按键 Pull 参数 原理
KEY1 (PB12) GPIO_NOPULL 板子自带了外部上拉电阻，芯片内部不需要再配
KEY2 (PB13) GPIO_PULLUP 板子没有外部上拉，需要开启芯片内部上拉电阻

为什么需要上拉？看按键电路：

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无上拉：  PB12 -------- 按键 ---- GND
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          悬空！→ 电平不确定，按下是低电平，松开就不知道了

有上拉：  VCC 3.3V
          │
         电阻(10kΩ)
          │
          PB12 -------- 按键 ---- GND
  • 按键松开：上拉电阻把电平拉到 3.3V，读到高电平
  • 按键按下：引脚直接接 GND，读到低电平（电流经过按键到地，不走电阻）

如果没有上拉电阻，按键松开时引脚悬空，电平是浮动的，读到的值可能随机变化。

内部上拉 vs 外部上拉

对比 外部上拉 内部上拉
实现 板子上焊接电阻 芯片内部集成，通过软件配置开启
阻值 可按需选择（通常 4.7kΩ~10kΩ） 固定约 40kΩ（STM32F1）
优点 阻值精确、驱动能力强 省元件、省PCB空间
缺点 占PCB空间、增加BOM成本 阻值偏大、抗干扰稍弱

KEY1 使用外部上拉是因为外部上拉相比内部上拉能提供更稳定的高电平，而 KEY2 使用内部上拉则是为了节省板子空间和成本。

GPIO 模式表（更新版）

加上输入模式后，现在接触到的 GPIO 模式更丰富了：

模式 含义 本篇中的用途
GPIO_MODE_OUTPUT_PP 推挽输出 驱动 LED
GPIO_MODE_INPUT 数字输入 读取按键状态
GPIO_NOPULL 无上下拉 输出引脚 / 外部已有上拉的输入引脚
GPIO_PULLUP 内部上拉 没有外部上拉的输入引脚

编译 & 烧录

  1. VS Code 底部工具栏点击齿轮图标 → 生成
  2. 连接 ST-Link，点击运行和调试 → 选择 STM32Cube:STM32 Launch STLink GDB Server
  3. 点击继续按钮

如果遇到烧录问题（连不上芯片），参考波特律动 FAQ 的解决方法。

效果展示

烧录成功后：

  • 按下 KEY1 → 🟢 绿灯亮
  • 松开 KEY1 → 🟢 绿灯灭
  • 按一下 KEY2 → 🔴 红灯翻转（亮↔灭），每按一次变一次

效果展示视频链接：

https://www.bilibili.com/video/BV1dFg96MEJq/?vd_source=5a111e8d49f70e532d36ddb73be3d0aa

进阶思路

当前代码的局限性

仔细观察 KEY2 的处理逻辑，会发现一个问题：按下 KEY2 还没松开的时候，程序卡死在 while 循环里了。

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while (HAL_GPIO_ReadPin(KEY2_GPIO_Port, KEY2_Pin) == GPIO_PIN_RESET) {}

这行代码的意思是”在这里空转，直到 KEY2 松开”。在这期间：

  • ❌ KEY1 按了没反应（while 循环不检测 KEY1）
  • ❌ 其他任何外设都无法响应
  • ❌ 如果一直不松手，程序就一直卡着

这在只有两个按键、两个LED的 demo 里问题不大，但如果在实际项目里——比如同时要检测多个传感器、控制电机、处理通信——这种”阻塞式等待”的方式就行不通了。

怎么解决？

有以下几种方案，由简单到专业：

方案一：状态机 + 非阻塞延时

不用 while 傻等，而是用变量记录按键状态和时间，每次循环只检查”按键是不是还被按着”。这样即使 KEY2 没松开，main loop 也能去干别的事。

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// 伪代码思路
if (key2_pressed && !key2_released) {
    if (当前时间 - 按下时间 > 消抖时间 && 按键已松开) {
        翻转红灯;
        key2_pressed = false;
    }
}
// 同时还能检测 KEY1、处理其他任务……

方案二：定时器轮询

把按键检测放到定时器中断里，每隔 10ms 采样一次电平，用状态机判断按下和松开。主循环完全解放出来做正事。

方案三：外部中断（EXTI）

最专业的方法。按键按下时触发中断，CPU 暂停当前任务来处理按键，处理完再回去。不需要任何轮询，效率最高。

这也是嵌入式开发的典型学习路径——先学会在 main loop 里轮询，遇到阻塞问题后，自然就会去学中断和定时器。

参考资源