STM32单片机基本原理与应用（三）

矩阵键盘工作原理

矩阵键盘由多个独立按键组成，按键的一端接地，一端接MCU的GPIO。当按键没有被按下时，电路其实是一个断路，将单片机该引脚设置成输入上拉状态，读到的电平为高电平。当按下按键时，引脚会被拉低，此时读到的电平为低电平，说明按键已经被按下。
4*4的矩阵键盘，通常采用逐行逐列进行扫描。先扫描第一行，将该行输出高电平，其他行输出低电平，记为0xF7（1111 0111）。然后开始扫描列，控制列的引脚为输入引脚，将其和0XF7相与，如果哪一位为0，那么就证明哪一个被按下。
其本质就是进行逐行扫描和逐列扫描，然后判断是第几行的第几列个按键，进而进行整体按键值得确定。

实验案例

随机按下矩阵键盘按键，可以在TFTLCD屏上观察到相应的数值。

• 实验需要：STM32核心板 和 4*4矩阵键盘
• 电路原理图：
  

其中KR-0对应单片机PC0，KR-1对应PC1，KR-2对应PC2，KR-3对应PC3，KC-0对应PC4，KC-1对应PC5，KC-2对应PC6，KC-3对应PC7。
程序源码：
首先，要对矩阵键盘IO进行初始化，定义好矩阵键盘的行和列。然后需要定义好矩阵键盘扫描函数，用于判断键盘按键是否按下。矩阵键盘扫描函数如下。

u8 keyscan(void)
{ 
	uint8_t LIE,HANG,k,i=0;
	GPIO_Write(GPIOC, 0xF0);                            //D0-D3拉低,D4-D7拉高
	if((GPIO_ReadInputData(GPIOC)&0xF0)!=0xF0)          //有按键按下
	{
	  delay_ms(40);                                     //去抖
	   if((GPIO_ReadInputData(GPIOC)&0xF0)!=0xF0)       //再次判断是否按下
	   {
		   LIE=GPIO_ReadInputData(GPIOC);                 //读取按键按下后得到的代码
		   HANG=LIE;                                      //将代码复制给行
		   LIE=~LIE;                                      //将键码取反，例如：按下某个键得到0111 0000，取反后得到1000 1111
		   LIE=LIE&0XF0;                                  //得到列1000 1111&1111 0000得到1000 0000,得到列数
		   for(i=0;i<4&&((HANG&0xF0)!=0xF0);i++)          //逐次将行拉高，判断列数中原来变低的位是否变高
		   {                                              //读到之前检测到为低的列变高则推出
		       GPIO_Write(GPIOC, (HANG&0xF0)|(0x01<<i));  //进行行扫描，逐次将行口线拉高，列保持为按下的状态
		       HANG=GPIO_ReadInputData(GPIOC);            //读取IO口，用以判断是否扫描到行坐标		   
		   }
		   HANG&=0x0F;                                    //将航值取出
		   k=LIE|HANG;                                    //行列相加则得到键码
		   GPIO_Write(GPIOC, 0xF0);                       //D0-D3拉低,D4-D7拉高,此处用来将行状态初始化为未按下时的状态
	     while((GPIO_ReadInputData(GPIOC)&0xF0)!=0xF0)  //判释放
		   {
		        delay_ms(40);                             //后延消抖。时间需要长一点
		   }
		   return k;                                      //返回键码
	   }
	}	
	return (0);                                         //无键按下，返回0
}

在主函数中实现功能，进行函数调用。为方便验证按键是否按下并方便观察，使其在屏幕中显示，主函数中包含显示功能。主函数如下。

int main(void)
 {	 
 	u8 x=0;
	u8 lcd_id[12];			//存放LCD ID字符串
	u8 key_value;
	u8 buf[20]; 
	 
	delay_init();	    	 //延时函数初始化	  
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);	 //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
	uart_init(115200);	 	//串口初始化为115200
 	LED_Init();			     //LED端口初始化
	LCD_Init();
	KEY_Init(); //矩阵按键初始化！！！   
	
	sprintf((char*)lcd_id,"LCD ID:%04X",lcddev.id);//将LCD ID打印到lcd_id数组。	
	 
	 POINT_COLOR=RED;	  
	 LCD_ShowString(30,40,210,24,24,"STM32 ^_^"); 
	 LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"TFTLCD TEST");
	 LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"STM32F103ZET6");
	 LCD_ShowString(30,110,200,16,16,lcd_id);		//显示LCD ID
	 LCD_ShowString(30,130,200,12,12,"2020/5/4");
	 
	 while(1) 
	{		
		key_value = keyscan();
		if(key_value > 0)
		{		
			LCD_ShowNum(30,170,key_value,4,12);
		}
	} 
}

实验现象：
矩阵键盘从左上角到右下角显示的数值依次为1~16。

红外对管测速原理

红外对管实质上是一种光电转换器件，由发射管和接收管组成。发射管发出的光束经过聚焦后照射到被测物体上。接收管则负责接反射回来的光束，将光信号转换为电信号，产生光电效应。转换的这个电信号的大小取决于接收到的光强度。
为了能够准确地检测物体的移动速度，需要对接收管产生的电信号进行适当的处理。常见的信号处理电路包括放大器、滤波器、比较器等。放大器用于放大微弱的电信号，滤波器用于消除噪声，比较器用于将信号转换为数字信号。

实验案例

在实验中，我们采用定时器中断，实现红外对管的测速。

• 实验需要：STM32核心板+直流电机+蜂鸣器+光电对管
• 电路原理图：
  

LM393会将光电对管输出的电压变化转换为高低电平方波并通过IRS-IO输出到单片机，其中滑动电阻用于控制光电对管的灵敏度。
光电对管的输出口会通过选择开关与单片机的PB13接口相连。
程序源码：
1、中断函数和中断服务程序

void EXTIX_Init(void)
{
 	EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
 	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	INFRARED_Init();
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);	//使能复用功能时钟
	
 //PB13	  中断线以及中断初始化配置 下降沿触发 PB13  //红外对管对应PB13
 GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB,GPIO_PinSource13); 
	EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line13;
	EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;	
	EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
	EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;  // 下降沿
	EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);		//根据EXTI_InitStruct中指定的参数初始化外设EXTI寄存器
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;			//使能红外对管所在的外部中断通道
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x02;	//抢占优先级2， 
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x03;					//子优先级3
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;								//使能外部中断通道
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); 
}
//外部中断13服务程序 
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
	if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line13)==SET)
	{
		count ++ ;	
		BEEP=!BEEP; 	
		EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line13); //清除LINE13 上的中断标志位  
	}	
}

2、主函数

int main(void)
 {		
	delay_init();	    	 //延时函数初始化¯	  
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); /设置NVIC中断分组2：2抢占优先级，2响应优先级
	uart_init(115200);	 //´串口初始化为115200
	DCMOTOR_Init();      //直流电机初始化 
	LCD_Init();
	POINT_COLOR=RED;
	INFRARED_Init();   	//初始化红外对管的硬件接口
	DCMOTOR1 = 1;       //启动直流电机
	LED_Init();      //LED初始化 
	LCD_ShowString(30,40,210,24,24,"STM32 ^_^"); 
	LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"TFTLCD TEST");
	LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"STM32F103ZET6");
	LCD_ShowString(30,130,200,12,12,"2020/5/4"); 
	LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"COUNT:"); 
	TIM3_Int_Init(4999,7199);//10Khz的技术频率，技术到5000为500ms
	EXTIX_Init();		  	//外部中断初始化¯
	count = 0 ;
	timer_count = 0 ;
	while(1)
	{	
		if(timer_count > 0)
		{	
			count_temp = count;
			count = 0;
			timer_count = 0;		
			LCD_ShowNum(78,170,count_temp,4,16);		//当前显示的为1s内转的格数	
			count_temp = 0 ;
		}  
	}
 }

实验现象：
下载成功后，复位，两个直流电机带动码盘转动。通过红外对管检测码盘计数，并在液晶屏上显示0.5秒内码盘转动格子数。