【蓝桥杯嵌入式】按键控制LED与LCD（必考三件套）

【蓝桥杯嵌入式】按键控制LED与LCD（必考三件套）

  • 前言
  • LED相关功能的实现
    • LED基础功能函数（点亮、全熄灭、翻转）
    • LED的闪烁与定时点亮熄灭
    • 流水灯的实现
  • 按键的扫描及长短按、双击的实现
    • 按键的短按
    • 按键业务逻辑程序进程
    • 按键的长短按
    • 长短按与双击
  • LCD移植与显示
    • LCD的移植与进程函数
    • LCD与LED冲突的问题解决
    • LCD的高亮显示

前言

按键、LED以及LCD是蓝桥杯每年必考的三个知识点，也作为工程建立的基础与突破口，因此熟练掌握该三个板块内容及其重要：

  1. 本人习惯自建user.c函数，将各种程序放在该文件内，方便程序编写

  2. LCD的实现不需要配置相关IO口，只需要对工程进行移植即可

    LCD_Init();
LCD_SetBackColor(Black);	//设置背景颜色
LCD_SetTextColor(White);	//设置字体颜色
LCD_Clear(Black);			//清屏
LCD_DisplayStringLine(Line4, (unsigned char *)"    Hello,world.   ");	//LCD显示函数

  3. 按键分为短按，长按和双击，长按考频率不高，双击至今还未考过

  4. LCD与LED共用引脚，需要对LCD相关函数进行优化

    u32 temp = GPIOC->ODR;GPIOC->ODR = temp;

  5. 业务逻辑在三个进程函数内实现，进程函数在while(1)中运行

  6. 亘古不变的变量

    uchar ui = 0;		//lcd显示的界面号
char text[20];		//lcd的显存buf
struct keys key[4] = {0,0,0};	//按键结构体变量

注： 本文内容主要实现按键、LCD与LED的底层工程函数与配合使用功能的程序设计，相关cubemx工程配置请参考：【蓝桥杯嵌入式】Cubemx新建工程引脚配置与点亮LED

LED相关功能的实现

LED基础功能函数（点亮、全熄灭、翻转）

点亮一个LED灯

void led_show(uchar led, bool mode)
{HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_SET);					//打开锁存器if(mode)HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_8<<(led-1),GPIO_PIN_RESET);	//点亮一个LED灯elseHAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_8<<(led-1),GPIO_PIN_SET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_RESET);					//关闭锁存器
}

关闭所有LED灯（用于初始化熄灭全部LED，在main.c的while(1)之前调用）

void led_offAll(void)
{HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_SET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_All,GPIO_PIN_SET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_RESET);
}

翻转LED

void led_toggle(uchar led)
{HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_SET);HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_8<<(led-1));HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_RESET);
}

LED的闪烁与定时点亮熄灭

  led的闪烁通过定时器在特定的时间内改变led的亮灭来实现闪烁效果，其中led的闪烁采用系统滴答定时器实现，本人习惯将stm32g4xx_it.c中的滴答定时器中断服务函数SysTick_Handler剪切至user.c中用于控制led的闪烁。
全局变量

bool shake_flag = 0;	//闪烁标志位
bool led_mode = 1;		//led状态
bool sec5_flag = 0;		//5s计时器

led进程函数

void led_process(void)
{//led闪烁if(shake_flag)led_show(1,led_mode);elseled_show(1,0);//5s计时启动，LED8亮if(sec5_flag == 1)led_show(8,1);elseled_show(8,0);
}

led闪烁的定时器中断底层设计
通过系统滴答定时器计时，滴答定时器的定时时间为1ms

uint shake_tick = 0;
u32 sec5_tick = 0;
void SysTick_Handler(void)
{//控制led闪烁if(shake_flag){shake_tick++;//led闪烁频率为1sif(shake_tick >= 500){shake_tick = 0;led_mode = !led_mode;}}//5s计时器if(sec5_flag){sec5_tick++;if(sec5_tick >= 5000){sec5_flag = 0;sec5_tick = 0;}}HAL_IncTick();
}

流水灯的实现

/**********************全局变量*******************/
//流水灯标志位
bool flue_flag = 0;	
bool flue_cnt = 0;u32 led_tick = 0;
void led_process(void)
{//控制进入led的时间 用于控制流水灯速度if(uwTick - led_tick < 150)return;led_tick = uwTick;if(flue_flag){static uchar i = 1;		if(i > 4)				//流水灯的范围{i = 1;led_show(4,0);}led_show(i,1);			//点亮流水灯	led_show(i-1,0);		//熄灭之前的灯i++;					//流水flue_cnt = 1;			//用于只关闭流水范围内的灯一次}else if(flue_cnt && flue_cnt == 1)	//流水结束 关闭流水范围内的灯 关一次{for(uchar  i = 1; i <= 4; i++)led_show(i,0);flue_cnt = 0;}
}

按键的扫描及长短按、双击的实现

  开发板的按键四颗按键分别接在PB0~PB2以及PA0引脚，当按下按键时，IO口被拉低，通过定时器扫描按键IO口电平状态来检测按键是否被按下，按键原理图如下图所示：

定时器中断回调函数
记得在main.c函数的初始化中打开定时器中断！！！

HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6);

重写回调函数

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);

直接去tim.c底下的stm32g4xx_hal_tim.h里面找即可，直接拖到文件末尾，倒数第三个板块的第一个函数。

按键的短按

按键结构体定义：

struct keys{uchar judge_sta;	//状态集	bool key_sta;		//IO口电平bool single_flag;	//短按标志位
};

按键变量的定义

struct keys key[4] = {0,0,0};

其中短按的程序设计逻辑为：

  1. IO口电平为0，按下
  2. 软件消抖（判断是否真实按下）
  3. 松手检测，短按标志置1

短按的定时器扫描实现：

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{if(htim->Instance == TIM6)		//对应的定时器中断	 10ms{//读取IO口电平key[0].key_sta = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_0);key[1].key_sta = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_1);key[2].key_sta = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_2);key[3].key_sta = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0);for(uchar i = 0; i < 4; i++){switch(key[i].judge_sta){case 0:if(key[i].key_sta == 0)			//按键按下key[i].judge_sta = 1;break;case 1:								//消抖 10msif(key[i].key_sta == 0)key[i].judge_sta = 2;elsekey[i].judge_sta = 0;break;case 2:if(key[i].key_sta == 1)			//松手 短按标志置1{key[i].single_flag = 1;key[i].judge_sta = 0;}break;}}}
}

按键业务逻辑程序进程

void key_process(void)
{if(key[0].single_flag == 1)		//按键1按下{//按键1短按业务逻辑程序led_toggle(1);ui = (ui + 1) % 3;	//按键1通常为切换界面LCD_Clear(Black);	//☆切换界面记得需要清屏key[0].single_flag = 0;		//清空按下标志位}if(key[1].single_flag == 1)		//按键2按下{//按键2短按业务逻辑程序led_toggle(2);key[1].single_flag = 0;}if(key[2].single_flag == 1)		//按键3按下{//按键3短按业务逻辑程序led_toggle(3);key[2].single_flag = 0;}if(key[3].single_flag == 1)		//按键4按下{//按键4短按业务逻辑程序led_toggle(4);key[3].single_flag = 0;}/*******以下是有长短按时的业务逻辑，其他按键同理******/if(key[3].long_flag == 1)		//按键4长按{//按键4短按业务逻辑程序led_show(5,1);key[3].long_flag = 0;}if(key[3].double_flag == 1)		//按键4双击{//按键4短按业务逻辑程序led_show(5,0);key[3].double_flag = 0;}
}

按键的长短按

按键结构体的定义

struct keys{uchar judge_sta;	//状态集	bool key_sta;		//IO口电平bool single_flag;	//短按按下标志位uint key_time;		//按键按下时间bool long_flag;		//长按标志位
};

按键变量的定义

struct keys key[4] = {0,0,0,0,0};

长按的程序设计逻辑为：

  1. IO口电平为0，按下，启动计时
  2. 软件消抖（判断是否真实按下）
  3. 计时，若按下时间超过0.8s，长按标志置1
  4. 松手检测，若按下时间小于0.8s，短按标志置1

按键的长短按定时器扫描实现

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{	if(htim->Instance == TIM6)			//对应的定时器中断	 10ms{//读取IO口电平key[0].key_sta = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_0);key[1].key_sta = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_1);key[2].key_sta = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_2);key[3].key_sta = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0);for(uchar i = 0; i < 4; i++){switch(key[i].judge_sta){case 0:if(key[i].key_sta == 0)			//按键按下 时间置0{key[i].judge_sta = 1;key[i].key_time = 0;}break;case 1:								//消抖 10msif(key[i].key_sta == 0)key[i].judge_sta = 2;elsekey[i].judge_sta = 0;break;case 2:if(key[i].key_sta == 1)			//松手{if(key[i].key_time < 80)	//按下时间小于800ms 短按	key[i].single_flag = 1;key[i].judge_sta = 0;}else{key[i].key_time++;if(key[i].key_time >= 80)	//按下时间一旦大于800ms 长按	key[i].long_flag = 1;}break;}}}
}

长短按与双击

按键结构体的定义

struct keys{uchar judge_sta;	//状态集bool key_sta;		//IO口电平uint key_time1;		//第一次按下时间uint key_time2;		//松手后的时间bool single_flag;	//短按标志bool long_flag;		//长按标志bool double_flag;	//双击标志
};

按键变量的定义

struct keys key[4] = {0,0,0,0,0,0,0};

双击的程序设计逻辑为：

  1. IO口电平为0，按下，启动第一次按下计时
  2. 软件消抖（判断是否真实按下）
  3. 计时按下时间
  4. 松手，开始计时松手时间，若再次按下，则进入双击
  5. 松手超过300ms，判断为长短按，结束
  6. 进入双击，消抖
  7. 检测松手，双击标志置1
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{	if(htim->Instance == TIM6)			//对应的定时器中断	 10ms{//读取IO口电平key[0].key_sta = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_0);key[1].key_sta = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_1);key[2].key_sta = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_2);key[3].key_sta = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0);for(uchar i = 0; i < 4; i++){switch(key[i].judge_sta){case 0:if(key[i].key_sta == 0)			//按键按下 时间置0{key[i].judge_sta = 1;key[i].key_time1 = 0;key[i].key_time2 = 0;}break;case 1:								//消抖 10msif(key[i].key_sta == 0)key[i].judge_sta = 2;elsekey[i].judge_sta = 0;break;case 2:if(key[i].key_sta == 1)			//松手key[i].judge_sta = 3;else{key[i].key_time1++;if(key[i].key_time1 >= 80)key[i].long_flag = 1;}break;case 3:if(key[i].key_sta == 1){key[i].key_time2++;if(key[i].key_time2 >= 30)	//长短按{if(key[i].key_time1 < 80)key[i].single_flag = 1;key[i].judge_sta = 0;	}}elsekey[i].judge_sta = 4;		//双击了break;case 4:if(key[i].key_sta == 0)key[i].judge_sta = 5;		//消抖else{if(key[i].key_time1 >= 80)key[i].long_flag = 1;elsekey[i].single_flag = 1;	key[i].judge_sta = 0;}break;case 5:if(key[i].key_sta == 1)		//双击松手{key[i].double_flag = 1;key[i].judge_sta = 0;}break;}}}
}

LCD移植与显示

LCD的移植与进程函数

  LCD的相关引脚配置无需在cubemx中进行配置，只需要将官方提供的lcd.c复制到src文件夹，将lcd.h，fonts.h复制到ins文件夹中即可，并将lcd.c文件添加至工程中，复制例程中main.c的相关配置即可
初始化lcd

LCD_Init();

lcd相关配置

LCD_SetBackColor(Black);	//设置背景颜色
LCD_SetTextColor(White);	//设置字体颜色
LCD_Clear(Black);			//清屏

lcd进程函数

void lcd_process(void)
{if(ui == 0)					//第一个界面显示的内容{sprintf(text,"     Title1 ");LCD_DisplayStringLine(Line1, (unsigned char *)text);	//LCD显示函数/******************其他显示的内如下****************/}else if(ui == 1)		//第二个界面显示的内容{sprintf(text,"     Title2 ");LCD_DisplayStringLine(Line1, (unsigned char *)text);	//LCD显示函数/******************其他显示的内如下****************/}else if(ui == 2)		//第三个界面显示的内容{sprintf(text,"     Title3 ");LCD_DisplayStringLine(Line1, (unsigned char *)text);	//LCD显示函数/******************其他显示的内如下****************/}
}

LCD与LED冲突的问题解决

  对于蓝桥杯的开发板，几乎每题都会遇到LED与LCD显示冲突的情况，这是因为LCD与LED共用了PC8 ~ PC15的引脚，这使得LCD更新显示，PC的引脚电平就无法确定了，使得LCD显示与LED会冲突。

解决办法： 操作LCD之前保存GPIOC相关寄存器的值，对LCD操作结束后，重新恢复原值，对LCD的高亮显示

void LCD_WriteReg(u8 LCD_Reg, u16 LCD_RegValue);
void LCD_WriteRAM_Prepare(void);
void LCD_WriteRAM(u16 RGB_Code);

这三个函数进行处理，即，首行都加上u32 temp = GPIOC->ODR;，尾行都加上GPIO->ODR = temp;即可

如下所示，其他两个函数进行同理操作

void LCD_WriteReg(u8 LCD_Reg, u16 LCD_RegValue)
{u32 temp = GPIOC->ODR;GPIOB->BRR  |= GPIO_PIN_9;GPIOB->BRR  |= GPIO_PIN_8;GPIOB->BSRR |= GPIO_PIN_5;GPIOC->ODR = LCD_Reg;GPIOB->BRR  |= GPIO_PIN_5;__nop();__nop();__nop();GPIOB->BSRR |= GPIO_PIN_5;GPIOB->BSRR |= GPIO_PIN_8;GPIOC->ODR = LCD_RegValue;GPIOB->BRR  |= GPIO_PIN_5;__nop();__nop();__nop();GPIOB->BSRR |= GPIO_PIN_5;GPIOB->BSRR |= GPIO_PIN_8;GPIOC->ODR = temp;
}

LCD的高亮显示

  LCD的高亮显示即设置LCD的背景颜色，若直接设置LCD的背景颜色则是对整个界面设置，因此需要再LCD_DisplayStringLine的内部设置颜色，从而确定高亮显示的位置，改写LCD_DisplayStringLine函数为LCD_DisplayStringLineHight代表高亮显示的函数，其中添加一个参数表示高亮显示的起点，高亮显示的终点或长度可自行决定设置，这里以第九届赛题为例：起始位置为参数，每次高亮长度为2个位置

高亮函数的实现

void LCD_DisplayStringLineHight(u8 Line, u8 *ptr,uint8_t start)
{u32 i = 0;u16 refcolumn = 319;//319;LCD_SetBackColor(Black);	//其他位置保持背景颜色为黑色 while ((*ptr != 0) && (i < 20))	 //	20{if(i >= start && i < (start + 2))LCD_SetBackColor(Green);	//特定位置设置背景颜色为绿色 elseLCD_SetBackColor(Black);	//其他位置保持背景颜色为黑色 LCD_DisplayChar(Line, refcolumn, *ptr);refcolumn -= 16;ptr++;i++;}LCD_SetBackColor(Black);	//其他位置保持背景颜色为黑色 
}

LCD进程函数中调用高亮函数，实现特定位置的高亮显示

void lcd_process(void)
{if(ui == 0)					//第一个界面显示的内容{sprintf(text,"     Title1 ");LCD_DisplayStringLine(Line1, (unsigned char *)text);	//LCD显示函数/******************其他显示的内如下****************/sprintf(text,"     %02d:%02d:%02d  ",12,2,2);switch(choice){case 0:	LCD_DisplayStringLine(Line3,(unsigned char *)text);break;case 1:	LCD_DisplayStringLineHight(Line3,(unsigned char *)text,5);break;case 2:	LCD_DisplayStringLineHight(Line3,(unsigned char *)text,8);break;case 3:	LCD_DisplayStringLineHight(Line3,(unsigned char *)text,11);break;default:break;}}
}

实际效果：

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