3. 按键输入与中断：GPIO输入模式、按键消抖与EXTI配置

按键，是嵌入式系统里最基础、也最容易出幺蛾子的外设。你想想看，一个简单的开关动作，到了单片机眼里却可能变成一连串的“抖动”信号。这一章，我们就来彻底搞定按键输入——从GPIO怎么配，到消抖怎么处理，再到中断怎么用。

3.1 GPIO输入模式：不只是“读引脚”那么简单

很多人觉得GPIO输入就是配个模式、读个电平。其实没那么简单。我刚开始做项目时，就因为在输入模式上偷懒，吃了不少苦头。

STM32的GPIO输入模式，主要有这么几种配置：

配置项	选项	说明
GPIO_Mode	GPIO_Mode_IN_FLOATING	浮空输入，电平由外部决定，不稳定
GPIO_Mode	GPIO_Mode_IPU	上拉输入，默认高电平，按键按下拉低
GPIO_Mode	GPIO_Mode_IPD	下拉输入，默认低电平，按键按下拉高
GPIO_Speed	10MHz / 50MHz	输入模式下速度影响不大，但建议统一配置

我个人习惯：按键电路如果外部已经接了上拉电阻，就用浮空输入；如果外部没接，就用内部上拉。千万别用下拉——你想想看，按键按下拉高，松开后引脚悬空，电平飘忽不定，那画面太美我不敢看。

3.2 按键消抖：硬件与软件两手抓

按键按下和松开的瞬间，机械触点会弹跳，产生一连串的脉冲。这个时间大概5~20ms。如果不处理，单片机可能认为你按了十几次。

消抖有两种方式：硬件消抖和软件消抖。

3.2.1 硬件消抖

硬件消抖，说白了就是用电容把毛刺滤掉。典型电路如下：

VCC → 10kΩ上拉电阻 → 按键 → GND
                         |
                       100nF电容 → GND

电容的作用是吸收弹跳产生的高频分量。RC时间常数τ = R × C，一般取1~10ms。我建议用10kΩ + 100nF，τ ≈ 1ms，效果不错。

3.2.2 软件消抖

软件消抖更灵活，也省钱。核心思路就是：检测到电平变化后，延时一段时间再读一次，确认状态稳定。

我常用的软件消抖流程：

1. 检测到按键按下（电平变化）
2. 延时10~20ms（用定时器或简单循环）
3. 再次读取按键电平
4. 如果状态一致，确认按键动作
5. 等待按键释放（可选，防止重复触发）

代码示例：

uint8_t Key_Scan(void)
{
    static uint8_t last_state = 1;  // 假设上拉，默认高电平
    uint8_t current_state;
    uint8_t key_press = 0;

    current_state = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0);

    if (current_state == 0 && last_state == 1)  // 检测到下降沿
    {
        Delay_ms(20);  // 消抖延时
        current_state = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0);
        if (current_state == 0)  // 确认按下
        {
            key_press = 1;
        }
    }

    last_state = current_state;
    return key_press;
}

3.3 外部中断（EXTI）：让CPU不再“傻等”

轮询按键有个问题：CPU得一直跑循环去读引脚，干不了别的。用中断就不一样了——按键按下时，CPU自动跳去处理，处理完回来继续干正事。

STM32的EXTI（External Interrupt）支持最多16个外部中断线（EXTI0~EXTI15），每个中断线可以映射到多个GPIO引脚，但同一时间只能选一个。

3.3.1 EXTI配置步骤

1. 使能GPIO时钟和AFIO时钟
2. 配置GPIO为输入模式（上拉或浮空）
3. 配置GPIO到EXTI的映射（GPIO_EXTILineConfig）
4. 配置EXTI中断线（触发方式、使能）
5. 配置NVIC中断优先级
6. 编写中断服务函数

代码示例（基于标准库）：

void EXTI_Config(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    // 1. 使能时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

    // 2. 配置GPIO
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;  // 上拉输入
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 3. 映射到EXTI0
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource0);

    // 4. 配置EXTI
    EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;  // 下降沿触发
    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);

    // 5. 配置NVIC
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

// 6. 中断服务函数
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET)
    {
        // 延时消抖（注意：这里不能用阻塞延时！）
        // 建议用定时器或状态机处理
        // 处理按键逻辑

        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);
    }
}

3.4 中断优先级管理：谁先谁后，得有个规矩

STM32的NVIC支持最多16级抢占优先级和16级子优先级（具体取决于芯片型号）。优先级管理说白了就是：当多个中断同时发生时，谁先执行。

NVIC优先级分组：

分组	抢占优先级位数	子优先级位数	说明
NVIC_PriorityGroup_0	0	4	只有子优先级，无抢占
NVIC_PriorityGroup_1	1	3	2级抢占，8级子优先级
NVIC_PriorityGroup_2	2	2	4级抢占，4级子优先级
NVIC_PriorityGroup_3	3	1	8级抢占，2级子优先级
NVIC_PriorityGroup_4	4	0	16级抢占，无子优先级

我个人习惯：用NVIC_PriorityGroup_2，4级抢占够用，4级子优先级也灵活。按键中断一般给个中等优先级（比如抢占2，子优先级0），别太高也别太低。

3.5 本章知识体系

下面这张图，把按键输入与中断的整个知识结构串起来了。你可以把它当作一个快速索引，哪里不会看哪里。

这张图把本章的核心知识点都串起来了。从GPIO输入模式开始，到消抖处理，再到EXTI配置和优先级管理，每一步都有对应的子项。你可以把它当作一个快速索引，哪里不会看哪里。