按键开关

淩亂°似流年 2023-01-17 09:21 188阅读 0赞

单片机的外部设备中，独立按键算是最简单一个外设了。对于共阴极的独立按键，对应的GPIO口初始化为高电平。当按键按下后，GPIO口变为低电平；放开按键后，按键回复，GPIO口变为高电平。

对于51单片机而言，不需要配置GPIO口的输入输出模式。所以硬件电路必须要我们自己解决。直接通过一个按键开关把GPIO和GND连起来可以吗？显然不行，Key1一按下，GPIO就与GND连接，GPIO = 0。但是key没有按下时，GPIO是多少呢？不知道，这就是“浮空”状态。

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如果GPIO口通过电阻、开关连接到VCC也会有同样的问题。如下图，当key按下时，GPIO = 1。当key没有按下时，GPIO处于浮空状态。

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上面两个电路的共同问题是：GPIO口有可能出现浮空状态。而我们只需要1或0这两种状态即可。我们利用电阻分压的方式搭建电路。VCC与GND通过一个电阻和key进行连接。然后把GPIO连在电阻和GND之间。key在哪里没有关系。  
当key没有按下时，电阻两端电压相等，没有电流。GPIO = 1。  
当key按下时，电流从VCC流出，经过电阻和key到达GND。电阻上的压降为VCC，所以GPIO口的电压为0。GPIO = 0。  
这个电路的好处是GPIO不是0就是1，永远不会出现“浮空”状态。

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这个电路有一个问题，也就是单片机的GPIO口一定默认为1。如果我们的GPIO必须默认为0，我们该怎么办呢？这就要触动我们的三极管了。  
当key没有按下的时候，三极管不导通，GPIO = 1。  
当key按下的时候，三极管导通，GPIO = 0。  
这种方式可以兼容GPIO默认为0和1这两种情况。  
这个电路中采用的元件就比较多了。另，这只是一个示意图，里面的电阻的阻值和三极管的型号都没有仔细确认过。

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对于STM32系列的单片机，我们可以配置GPIO的输入输出模式。当GPIO设置为浮空输入时，单片机采用如下红色的电路 (上拉开关和下拉开关都打开)。GPIO口的高低电平完全取决于外部电路。采用上面的两种电路都是合适的。但是如果外部电路的结果也是浮空状态 (既不是0，也不是1)，那么这个输入也就是浮空状态。这种情况是要避免的。

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如果我们的GPIO口设置为上拉输入，则单片机内部电路中多了VDD部分。GPIO口默认为1。当key被按下后，单片机内的VDD电压就全部释放在上拉电阻里了，输入为0。这时，我们的电路可以进一步简化为：GPIO口直接连接GND。  
如果外部电路是浮空状态，GPIO仍然为1。综合来说，GPIO口设置为上拉输入是一种比较好的方式。

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如果把GPIO口设置为下拉输入，则单片机内部采用蓝色部分电路。GPIO口默认为0。如果我们的的GPIO口通过key连接着GND，则无论key是否按下都只能输入0了。如果我们把GPIO口连接到VCC上，当key被按下后，VCC直接单片机内的VCC电压就释放在下拉电阻和外部电阻上了。  
如果外部电阻比较大，下拉电阻只承受很小的一部分压降，单片机的输入为0；如果外部电阻比较小，下拉电阻承受大部分压降，单片机的输入为1，但这时电流就有可能比较大，可能会冲击内部电路；如果外部电阻与下拉电阻相当，则输入是不稳定的值。为了避免发生这种情况，也为了简化电路，我们不采用下拉输入的方式。

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总结：  
① 对于51单片机，按键开关电路稍稍复杂。  
② 对于STM32单片机，按键开关电路尽量采用“上拉输入”模式，GPIO口默认为1。  
③ 如果采用第二张图或三极管的那种按键电路，STM32单片机采用“浮空输入”模式也是可以的。其实就是不使用单片机内部电路，而改用外部电路实现罢了。

ps：电路还是要自己搭一遍，否则这些输入输出模式根本就搞不清。

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