STM32 （基于HAL库）4×4矩阵按键驱动详细教程_4*4矩阵模块hal

STM32矩阵键盘：

矩阵的工作原理：
矩阵原理图如下：

矩阵键盘由16个按键组成，也就是4*4矩阵键盘，按照传统的按键接法，16个按键需要16个单片机io口，按照矩阵键盘接法，16个按键只需要八个io口，我选择了PA口的0~7号引脚，前四个依次接矩阵键盘的行，后四个依次接矩阵键盘的列；矩阵键盘的每一个按键都是接了两个io口，也就是一端必须是输出高电平或者低电平，另一端去检测是否是高电平或者低电平；简单来说，也就是一端配置为GPIO输出，另一端配置为GPIO输入或者外部中断检测。所以只需要配置行线或者列线为输出，则另外一端就配置为中断检测。这个只是为了方便才选择连续的引脚，也可以选择不连续的引脚。
下面是STM32CubeMax配置引脚图：

我把行线配置为输出，列线配置为中断；

PA0-PA3配置为开漏输出低电平，其实推挽输出低电平也行。大家不明白腿玩输出与开漏输出的可以自己去查一下。

PA4-PA7配置为外部中断，下降沿触发，上拉，之所以这样配置，是因为我们PA0-PA3配置的是输出低电平，所以我们需要先上拉，让他那个引脚默认输入高电平，只有按下按键，两引脚想通才会由高电平变为低电平，所以我们需要按下按键触发的话也就是由高到低的时候，也就是下降沿触发。
配置完了矩阵键盘，还需要配置一下串口1，完成输出显示。

记得勾选中断，设置一下中断优先级
以上就是相关配置，点击右上角生成代码即可。

为了方便，给大家准备好了一份驱动代码：

keyboard_exit.c文件：

#include "keybord_exit.h"
#include "stm32f1xx_hal.h"


#define  KEY_DELAY  10  //中断去抖动间隔

volatile uint8_t  key;
volatile uint32_t  key_tic;
	
static void Key_EXTI_Mode(void)// A4-7exti 0-3output
{

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

  /* GPIO Ports Clock Enable */
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  //__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

  /*Configure GPIO pin Output Level */
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_RESET);

  /*Configure GPIO pins : PA4 PA5 PA6 PA7 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

  /*Configure GPIO pins : PA0 PA1 PA2 PA3 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

	  /* EXTI interrupt init*/
  HAL_NVIC_SetPriority(EXTI4_IRQn, 5, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI4_IRQn);

  HAL_NVIC_SetPriority(EXTI9_5_IRQn, 5, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI9_5_IRQn);
}

static void Key_Input_Mode(void)// A4-7output 0-3input
{

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

  /* GPIO Ports Clock Enable */
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

  /*Configure GPIO pin Output Level */
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7, GPIO_PIN_RESET);

 
  /*Configure GPIO pins : PA4 PA5 PA6 PA7 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

  /*Configure GPIO pins : PA0 PA1 PA2 PA3 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

static uint8_t Get_Key(uint8_t num)//按键两引脚值相加（引脚只用到了前八个所以只有低 八位）
{
	switch(num)
	{
		case 0x11:key='0';break;
		case 0x21:key='1';break;
		case 0x41:key='2';break;
		case 0x81:key='3';break;
		case 0x12:key='4';break;
		case 0x22:key='5';break;
		case 0x42:key='6';break;
		case 0x82:key='7';break;
		case 0x14:key='8';break;
		case 0x24:key='9';break;
		case 0x44:key='A';break;
		case 0x84:key='B';break;
		case 0x18:key='C';break;
		case 0x28:key='D';break;
		case 0x48:key='E';break;		
		case 0x88:key='F';break;	
	}
	return key;
}
//非阻塞方式获取按键，返回0，没有键值，非0，获得键值
//该函数在中断中调用
uint8_t Get_KeyNum(uint16_t GPIO_Pin)
{
	uint8_t i=0,num=0;

	num = (uint8_t)GPIO_Pin;
	
	if(HAL_GetTick() - key_tic < KEY_DELAY) //中断间隔过小，放弃
	{
		key_tic = HAL_GetTick();
		return 0;
	}
	HAL_Delay(1);
	key_tic = HAL_GetTick();
	//略微延时后，读取管脚状态，去除上升沿抖动
	if( HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_Pin) != GPIO_PIN_RESET ) 
		return 0;
	
	if(num)
	{
		Key_Input_Mode();
		for(i=0;i<4;i++)
		{
			if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,(1<<i)) == GPIO_PIN_RESET)
				num |= (1<<i);
		}
		Key_EXTI_Mode();	
		return Get_Key(num);
	}
	else
	{
		Key_EXTI_Mode();	
		return 0;
	}
}

void Key_Bord_Init(void)
{
	Key_EXTI_Mode();
	key = 0;
	key_tic = HAL_GetTick();
}

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这份驱动文件里面可能大家不太明白，我们cubemax配置了引脚，怎么还有引脚配置的操作，是这样的，这个文件的引脚配置是为了让轮询和中断同时使用，后面完成一个相互切换的配置。Key_EXTI_Mode函数是中断配置；
Key_Input_Mode函数是轮询配置。只不过转成轮询之后输出端改变了一下，变成了列输出，行输入。

还有一个地方就是Get_Key函数里面的这些十六进制，大家不太明白，我解释一下，在Get_KeyNum函数中有下图的一段代码

这段代码先是轮询检测是哪个引脚按下了，就是一个移位运算，后边num|=（1<<i）简单来讲，就是把一个按键两端同时接的两个引脚的值相加起来；而这些值就是stm32f1xx_hal_gpio.h里的这些引脚的宏值，如下：

比如说，我上边PA0和PA4接的第一个按键，因为我们用的0——7引脚，八位全是0，只用到了低八位，那就是0x01（PA0）与0x10(PA4)相加，之后结果就是0x11，依次类推，也可以算出其他按键被按下的值；所以1-16按键按下，依次返回’0’-'F’的字符。
keyboard_exit.h文件:

#ifndef __KEY_BORD_EXTI_H
#define __KEY_BORD_EXTI_H
#include "stm32f1xx_hal.h"

extern volatile uint8_t key;

void Key_Bord_Init(void);
//非阻塞方式获取按键，返回0，没有键值，非0，获得键值
//中断中调用
uint8_t Get_KeyNum(uint16_t GPIO_Pin);

#define ReadPin_Port  GPIOA

#endif
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主函数代码：

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "keybord_exit.h"
#include <stdio.h>
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
//输出重定向
int fputc(int ch,FILE *f){
 uint8_t temp[1]={ch};
 HAL_UART_Transmit(&huart1,temp,1,2);
 return ch;
}

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)//实现一下回调函数
{
	char c;
	
	c = Get_KeyNum(GPIO_Pin);
	if(c != 0)//判断按键是否真正有按键按下
	{
		printf("按键值:%c\n",c);
	}
}

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  
//Key_Bord_Init();//如果cubemax直接配置了，就不用调用这一句

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}
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运行效果：

以上就是矩阵键盘的原理和驱动代码。