STM32单片机C语言模块化编程实战：按键控制LED灯详解与示例

  一、开发环境

硬件：正点原子探索者 V3 STM32F407 开发板

单片机：STM32F407ZGT6

Keil版本：5.32

STM32CubeMX版本：6.9.2

STM32Cube MCU Packges版本：STM32F4 V1.27.1

之前介绍了很多关于点灯的方法，比如轮询、定时器中断、PWM、按键点灯等方式，这些文章使用的编程方法都不是模块化分层的编写方式，往往会导致代码可读性差、重用性差、扩展性差以及测试和维护困难等问题。为了避免这些问题，我们实际工作中通常会采用模块化分层的编写方法，这样可以确保代码结构清晰、功能明确，提高代码的可读性和可维护性，同时降低功能之间的耦合度，增强代码的重用性（无论是STM32F103还是STM32F407或是STM32H系列等，直接将文件复制使用）和扩展性。模块化分层的编写方式还有助于实现代码的并行开发，提高开发效率，使得整个项目更加易于管理和维护。

基于之前的按键点灯的程序进行修改，我将为您详细阐述如何使用STM32F407的HAL库，并结合STM32CubeMX配置工具，通过模块化分层方法用按键分别控制两个LED灯，即用引脚PE2和PE3按键分别控制PF9和PF10引脚LED。这一简洁而高效的流程将助您迅速掌握LED和按键模块化分层的编写方法。

LED灯
用drv_led.h和drv_led.c作为一个独立的模块，并提供三个LED驱动程序的接口

int LedDrvInit(BoardLed led);//初始化指定的LED

int LedDrvWrite(BoardLed led, LedStatus status);//设置指定LED的状态

int LedDrvRead(BoardLed led);//读取指定LED的当前状态

按键

用drv_key.h和drv_key.c作为一个独立的模块，并提供两个KEY驱动程序的接口

int KeyDrvInit(BoardKey key);//用于初始化指定的按键。  
int KeyDrvRead(BoardKey key);//用于读取指定按键的状态。  
 

 二、配置STM32CubeMX

1. 启动STM32CubeMX，新建STM32CubeMX项目：​
2. 选择MCU：在软件中选择你的STM32型号-STM32F407ZGT6。​

3. 选择时钟源：

4. 配置时钟：
5. ​使能Debug功能：Serial Wire
6. ​HAL库时基选择：SysTick
7. ​配置LED引脚：当前硬件的LED灯的引脚是PF9和PF10：在Pinout & Configuration标签页中，找到LED连接的GPIO端口，并设置为输出模式，通常选择Push-Pull，GPIO output level选低电平。
8. ​配置KEY引脚：当前硬件的KEY的引脚是PE2和PE3：在Pinout & Configuration标签页中，找到KEY连接的GPIO端口，并设置为输入模式，通常选择Pull-up。
9. 配置工程参数：在Project标签页中，配置项目名称和位置，选择工具链MDK-ARM。​
10. 生成代码：在Code Generator标签页中，配置工程外设文件与HAL库，勾选头文件.c和.h文件分开，然后点击Project > Generate Code生成代码。 

三、代码实现与部署

1.  新建文件：LED灯的驱动drv_led.h和drv_led.c ： drv_led.h

   #ifndef __DRV_LED_H
   #define __DRV_LED_H
   
   typedef enum{
       LED1 = 1,
       LED2
   }BoardLed;
   
   typedef enum{
       led_on = 0,
       led_off = 1
   }LedStatus;
   
   #define LED1_PIN      GPIO_PIN_9
   #define LED1_PORT     GPIOF
   #define LED2_PIN      GPIO_PIN_10
   #define LED2_PORT     GPIOF
   
   
   int LedDrvInit(BoardLed led);
   int LedDrvWrite(BoardLed led, LedStatus status);
   int LedDrvRead(BoardLed led);
   
   #endif /* __DRV_LED_H */
   

   drv_led.c

   #include "drv_led.h"
   #include "stm32f4xx_hal.h"
   
   int LedDrvInit(BoardLed led)
   {
       switch(led)
       {
           case LED1:
           {
               break;
           }
           case LED2:
           {
               break;
           }
           default:break;
       }
       
       return 0;
   }
   
   int LedDrvWrite(BoardLed led, LedStatus status)
   {
       switch(led)
       {
           case LED1:
           {
               HAL_GPIO_WritePin(LED1_PORT, LED1_PIN, (GPIO_PinState)status);
               break;
           }
           case LED2:
           {
               HAL_GPIO_WritePin(LED2_PORT, LED2_PIN, (GPIO_PinState)status);
               break;
           }
   
           default:break;
       }
       
       return 0;
   }
   
   int LedDrvRead(BoardLed led)
   {
       LedStatus status = led_on;
       switch(led)
       {
           case LED1:
           {
               status = (LedStatus)HAL_GPIO_ReadPin(LED1_PORT, LED1_PIN);
               break;
           }
           case LED2:
           {
               status = (LedStatus)HAL_GPIO_ReadPin(LED2_PORT, LED2_PIN);
               break;
           }
           default:break;
       }
       
       return status;
   }
   

2. 添加路径：将drv_led.c添加到所属组， drv_led.h添加到头文件的路径中。
3. 添加按键代码：drv_key.h和drv_key.c，方法与LED的一样。drv_key.h

   // #ifndef __DRV_KEY_H 是预处理指令，用于防止头文件的内容在一个编译单元中被多次包含。  
   // 如果__DRV_KEY_H还没有被定义，则继续处理此头文件的内容；如果已经定义了，则忽略。  
   #ifndef __DRV_KEY_H
   #define __DRV_KEY_H
   
   // 定义一个名为BoardKey的枚举类型，用于表示不同的按键。
   typedef enum{
       K1 = 1,// K1键，其值为1  
       K2,    // K2键，其值为2（因为K1为1，所以K2自动为2）  
       K3,
       K4
   }BoardKey;
   
   // 定义一个名为KeyStatus的枚举类型，用于表示按键的状态。  
   typedef enum{  
       isPressed = 0,  // 按键被按下，其值为0  
       isReleased = 1  // 按键被释放，其值为1  
   }KeyStatus; 
   
   // 定义了一系列的宏，用于表示按键对应的GPIO引脚和端口。  
   // 例如，K1_PIN代表K1键连接的GPIO引脚，而K1_PORT代表该引脚所在的GPIO端口。  
   #define K1_PIN          GPIO_PIN_0
   #define K1_PORT         GPIOA
   #define K2_PIN          GPIO_PIN_2
   #define K2_PORT         GPIOE
   #define K3_PIN          GPIO_PIN_3
   #define K3_PORT         GPIOE
   #define K4_PIN          GPIO_PIN_4
   #define K4_PORT         GPIOE
   
   int KeyDrvInit(BoardKey key);//用于初始化指定的按键。  
   int KeyDrvRead(BoardKey key);//用于读取指定按键的状态。  
   
   #endif /* __DRV_KEY_H */
   

   drv_key.c

   #include "drv_key.h"
   #include "stm32f4xx_hal.h"
   
   int KeyDrvInit(BoardKey key)
   {
       switch(key)
       {
           case K1:
           {
               break;
           }
           case K2:
           {
               break;
           }
           case K3:
           {
               break;
           }
           case K4:
           {
               break;
           }
           default:break;
       }
       
       return 0;
   }
   
   int KeyDrvRead(BoardKey key)
   {
       KeyStatus status = isReleased;
       switch(key)
       {
           case K1:
           {
               status = (KeyStatus)HAL_GPIO_ReadPin(K1_PORT, K1_PIN);
   
               break;
           }
           case K2:
           {
               status = (KeyStatus)HAL_GPIO_ReadPin(K2_PORT, K2_PIN);
               break;
           }
           case K3:
           {
               status = (KeyStatus)HAL_GPIO_ReadPin(K3_PORT, K3_PIN);
               break;
           }
           case K4:
           {
               status = (KeyStatus)HAL_GPIO_ReadPin(K4_PORT, K4_PIN);
               break;
           }
           default:break;
       }
       
       return status;
   }
   

4. 在main.c添加代码：添加头文件

   #include "drv_led.h"
   #include "drv_key.h"

   

     /* USER CODE BEGIN 2 */
   	  LedStatus d1_s = led_off; //灯状态
   		LedStatus d2_s = led_off;
   		LedDrvInit(LED1);
   		LedDrvInit(LED2);
   		KeyDrvInit(K2);
   		KeyDrvInit(K3);
     /* USER CODE END 2 */
   
     /* Infinite loop */
     /* USER CODE BEGIN WHILE */
     while (1)
     {
       /* USER CODE END WHILE */
   
       /* USER CODE BEGIN 3 */
   		  if(KeyDrvRead(K2) == isPressed)/* 检测按键的状态 */  
         {
             HAL_Delay(100);/* 消抖处理 */ 
             if(KeyDrvRead(K2) == isPressed)
             {
                 d1_s =!d1_s; /* 切换LED1状态 */  
                 LedDrvWrite(LED1, d1_s); /* 更新LED1的显示状态 */  
             }
         }
        if(KeyDrvRead(K3) == isPressed)		/* 检测按键的状态 */  
         {
             HAL_Delay(100);/* 消抖处理 */ 
             if(KeyDrvRead(K3) == isPressed)
             {
                 d2_s =!d2_s;/* 切换LED1状态 */ 
                 LedDrvWrite(LED2, d2_s);/* 检测按键的状态 */  
             }
         }	
     }

5. 编译代码：Keil编译生成的代码。

6. 烧录程序：将编译好的程序用ST-LINK烧录到STM32微控制器中。

四、运行结果

观察结果：一旦程序烧录完成并运行，你应该能看到按不同的按键会点亮不同的LED灯。如果一切正常，恭喜你，你现在已经是一个掌握模块化分层的编写“点灯大师”了！​​

五、总结

模块化分层的编写方式对之前的代码封装了一层，提供了一个与LED和按键硬件交互的接口，使得软件开发者可以在不直接操作硬件的情况下控制LED和KEY，可以直接用到STM32F103中，如果引脚不一样，只需修改引脚即可。通过上面的代码，希望你更多的采用模块化分层的编写方式，确保代码结构清晰、功能明确，提高可读性和可维护性，降低功能耦合，增强重用和扩展性，也促进并行开发，提升效率，便于项目管理和维护。

六、注意事项

1.确保你的开发环境和工具链已经正确安装和配置。

2.在STM32CubeMX中配置GPIO时，注意选择正确的引脚和模式。

3.在编写代码时，确保使用正确的GPIO端口和引脚宏定义。

4.LED没有按预期点亮，按一下复位键，检查代码、连接和电源是否正确。