3. 按键输入与中断：GPIO输入模式、轮询与中断方式读取按键、消抖处理

按键，可以说是嵌入式系统里最基础、也最常用的输入设备了。你想想看，从最简单的开关机，到复杂的菜单选择，都离不开它。但就是这个小东西，处理不好，能让你的产品体验一落千丈。今天我们就来聊聊，怎么把按键这件事做扎实。

3.1 GPIO输入模式：你得先会“听”

要让单片机“听”到按键的动作，首先得把GPIO配置成输入模式。这听起来简单，但里面有几个坑，我一个个说。

输入模式分几种？

一般来说，有三种常见的输入模式：

• 浮空输入：引脚电平完全由外部决定。如果外部没接上拉或下拉，电平就是不确定的，容易受干扰。我个人习惯，除非有特殊原因，否则尽量不用。
• 上拉输入：内部有个电阻把电平拉到高。按键没按下时，读到的是高电平；按下后，引脚接地，读到低电平。这是最常用的方式。
• 下拉输入：和上拉相反，内部电阻拉到低。按键按下后读到高电平。用得相对少一些。

配置代码示例（以STM32为例）：

// 配置PA0为输入模式，带上拉
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;  // 上拉
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

嗯，这里要注意，不同的MCU库函数名字不一样，但思路完全一样。配置好之后，你就可以用 HAL_GPIO_ReadPin() 来读取电平了。

3.2 轮询方式：简单但“费CPU”

轮询，说白了就是CPU不停地去问：“按键按下了吗？按下了吗？” 这种方式实现起来最简单，但效率很低。

轮询的典型代码：

while (1) {
    if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET) {
        // 按键被按下
        // 执行相应操作
        HAL_Delay(20); // 简单消抖
        while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET); // 等待松开
    }
    // 其他任务...
}

你看，CPU大部分时间都在空转。如果系统里还有其他任务，比如要处理传感器数据、要刷新屏幕，这种写法就会拖慢整个系统。我在项目中遇到过，一个同事用轮询处理四个按键，结果系统响应变得很迟钝。后来改成中断，问题就解决了。

3.3 中断方式：让CPU“被叫醒”

中断方式就聪明多了。CPU平时该干嘛干嘛，按键按下时，硬件会自动触发一个中断，CPU暂停当前工作，去处理按键事件。处理完再回来继续干活。

配置中断的步骤：

1. 配置GPIO为输入模式（同上）。
2. 使能GPIO中断，并设置触发边沿（上升沿、下降沿或双边沿）。
3. 编写中断服务函数（ISR）。
4. 在主程序中使能全局中断。

中断配置示例：

// 配置PA0中断，下降沿触发（按键按下时）
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING; // 中断模式，下降沿触发
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

// 使能中断线
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);

中断服务函数：

void EXTI0_IRQHandler(void) {
    if (__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_PIN_0) != RESET) {
        // 清除中断标志位
        __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_PIN_0);
        
        // 这里处理按键事件
        // 注意：中断里不要做耗时操作，比如延时
        // 最好只设置一个标志位，在主循环里处理
        key_pressed_flag = 1;
    }
}

3.4 消抖处理：别让按键“抖”个不停

按键是机械结构，按下和松开时，触点会弹跳几次，产生多个脉冲。如果不处理，一次按键可能会被误判成多次。这就是“抖动”。

抖动的波形长什么样？

状态	电平变化	持续时间
按下瞬间	高→低（弹跳）	5~20ms
稳定按下	低	用户按住的时间
松开瞬间	低→高（弹跳）	5~20ms
稳定松开	高	直到下次按下

消抖的两种常用方法：

方法一：软件延时消抖

检测到电平变化后，等个10~20ms再读一次。如果电平稳定了，就认为是有效按键。这是最简单的方法。

if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET) {
    HAL_Delay(20); // 延时20ms
    if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET) {
        // 确认按键按下
    }
}

方法二：状态机消抖（推荐）

用定时器每隔10ms扫描一次按键，通过状态机判断按键状态。这样不阻塞CPU，而且能处理长按、短按等复杂逻辑。

// 简单的状态机消抖
typedef enum {
    KEY_STATE_IDLE,      // 空闲
    KEY_STATE_DEBOUNCE,  // 消抖中
    KEY_STATE_PRESSED    // 确认按下
} KeyState;

KeyState key_state = KEY_STATE_IDLE;

void Key_Scan(void) {
    uint8_t level = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0);
    
    switch (key_state) {
        case KEY_STATE_IDLE:
            if (level == GPIO_PIN_RESET) {
                key_state = KEY_STATE_DEBOUNCE;
            }
            break;
        case KEY_STATE_DEBOUNCE:
            if (level == GPIO_PIN_RESET) {
                key_state = KEY_STATE_PRESSED;
                // 触发按键事件
                key_event = KEY_PRESSED;
            } else {
                key_state = KEY_STATE_IDLE; // 抖动，回到空闲
            }
            break;
        case KEY_STATE_PRESSED:
            if (level == GPIO_PIN_SET) {
                key_state = KEY_STATE_IDLE; // 松开
            }
            break;
    }
}

这个函数放在定时器中断里，每10ms调用一次。你看，没有阻塞，CPU可以干别的事。

好了，这一节的内容就到这里。下一节我们会讲更复杂的输入设备——矩阵键盘，到时候会用到今天学的知识。