GD32的按键控制与状态显示

只看该作者 · 2025-5-9 08:54

引言
本文基于GD32F4xx系列微控制器，通过多个功能模块的实现（GPIO控制、SysTick延时、按键检测、状态机设计），演示嵌入式开发中的常见技术要点。项目最终实现按键模拟电池充电状态显示功能，包含流水灯效果和电量指示。

一、开发环境准备
硬件平台
GD32F450/F470开发板
4个LED灯（PD7-PD10）
3个按键（PD0开始充电，PD1结束充电，PD5电量增加）
软件工具
GCC/Keil编译环境
GD32F4xx固件库
二、核心代码解析
1. GPIO配置（文档22）
// 配置LED和按键引脚
static void GPIO_config() {
// LED配置（PD7-PD10）
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOD);
gpio_mode_set(GPIOD, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_PULLUP,
               GPIO_PIN_7 | GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10);
gpio_output_options_set(GPIOD, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_2MHZ,
                        GPIO_PIN_7 | GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10);

// 按键配置（PD0/PD1/PD5）
gpio_mode_set(GPIOD, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PUPD_PULLUP,
               GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_5);
}

2. SysTick精准延时（文档6/32）
volatile static uint32_t delay;

// 1us延时（基于SysTick中断）
void delay_1us(uint32_t count) {
delay = count;
while(delay != 0);
}

// SysTick中断服务函数
void SysTick_Handler(void) {
if(delay != 0) delay--;
}

3. 按键检测与消抖（文档29）
FlagStatus check_button(GPIO_TypeDef* gpio, uint16_t pin) {
static uint32_t last_time = 0;
if(gpio_input_bit_get(gpio, pin) == RESET) { // 按键按下
      if(systick_cnt - last_time > 20) {    // 20ms消抖
         last_time = systick_cnt;
         return SET;
      }
}
return RESET;
}

4. 电池状态机设计（文档29）
typedef enum {
CHARGE_OFF,
CHARGE_STARTING,
CHARGE_IN_PROGRESS,
CHARGE_COMPLETE
} ChargeState;

ChargeState curr_state = CHARGE_OFF;

void Battery_led_loop() {
switch(curr_state) {
      case CHARGE_STARTING:
         // 流水灯效果
         rotate_leds();
         if(all_leds_on())
            curr_state = CHARGE_IN_PROGRESS;
         break;
      case CHARGE_COMPLETE:
         blink_leds(3); // 闪烁3次
         curr_state = CHARGE_OFF;
         break;
}
}

三、功能实现流程
初始化阶段

配置系统时钟和GPIO
初始化SysTick定时器（1us时基）
按键处理逻辑

PD0按下：启动充电（显示当前电量并流水灯）
PD5按下：电量增加（更新LED显示）
PD1按下：结束充电（LED闪烁后熄灭）
LED显示规则

四、关键调试技巧
LED调试法

在关键代码位置插入LED状态变化，可视化程序执行流程
变量监视

printf("Current power: %d\n", power); // 通过串口输出电量

状态追踪

#define DEBUG_STATE_CHANGE(new_state) \
printf("State changed to: %d\n", new_state)

五、优化方向
引入ADC模块

通过电位器模拟真实电量输入
实现电压检测与电量百分比换算
增加PWM调光

pwm_set_duty(LED_PIN, brightness); // 实现LED亮度渐变

低功耗优化

充电完成进入STOP模式
按键唤醒功能
结语
本文通过GD32F4微控制器实现了完整的电池充电状态显示系统，涵盖GPIO控制、中断处理、状态机设计等嵌入式开发核心技术。读者可根据实际需求扩展ADC检测、网络通信等高级功能，打造更完整的物联网终端设备。
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