單芯片解決方案，開啟全新體驗——W55MH32 高性能以太網單片機

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太網單片機，它為用戶帶來前所未有的集成化體驗。這顆芯片將強大的組件集于一身，具體來說，一顆W55MH32內置高性能Arm? Cortex-M3核心，其主頻最高可達216MHz；配備1024KB FLASH與96KB SRAM，滿足存儲與數據處理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP協議棧、內置MAC以及PHY，擁有獨立的32KB以太網收發緩存，可供8個獨立硬件socket使用。如此配置，真正實現了All-in-One解決方案，為開發者提供極大便利。

在封裝規格上，W55MH32 提供了兩種選擇：QFN100和QFN68。

W55MH32L采用QFN100封裝版本，尺寸為12x12mm，其資源豐富，專為各種復雜工控場景設計。它擁有66個GPIO、3個ADC、12通道DMA、17個定時器、2個I2C、5個串口、2個SPI接口（其中1個帶I2S接口復用）、1個CAN、1個USB2.0以及1個SDIO接口。如此豐富的外設資源，能夠輕松應對工業控制中多樣化的連接需求，無論是與各類傳感器、執行器的通信，還是對復雜工業協議的支持，都能游刃有余，成為復雜工控領域的理想選擇。 同系列還有QFN68封裝的W55MH32Q版本，該版本體積更小，僅為8x8mm，成本低，適合集成度高的網關模組等場景，軟件使用方法一致。更多信息和資料請進入http://www.w5500.com/網站或者私信獲取。

此外，本W55MH32支持硬件加密算法單元，WIZnet還推出TOE+SSL應用，涵蓋TCP SSL、HTTP SSL以及 MQTT SSL等，為網絡通信安全再添保障。

為助力開發者快速上手與深入開發，基于W55MH32L這顆芯片，WIZnet精心打造了配套開發板。開發板集成WIZ-Link芯片，借助一根USB C口數據線，就能輕松實現調試、下載以及串口打印日志等功能。開發板將所有外設全部引出，拓展功能也大幅提升，便于開發者全面評估芯片性能。

若您想獲取芯片和開發板的更多詳細信息，包括產品特性、技術參數以及價格等，歡迎訪問官方網頁：http://www.w5500.com/，我們期待與您共同探索W55MH32的無限可能。

第六章 GPIO輸入——按鍵檢測

本章參考資料：《W55MH32中文參考手冊》按鍵檢測使用到GPIO外設的基本輸入功能。

1 硬件設計

按鍵機械觸點斷開、閉合時，由于觸點的彈性作用，按鍵開關不會馬上穩定接通或一下子斷開， 使用按鍵時會產生圖 按鍵抖動說明圖 中的帶波紋信號，需要用軟件消抖處理濾波，不方便輸入檢測。本實驗板連接的按鍵帶硬件消抖功能， 見下圖：

它利用電容充放電的延時，消除了波紋，從而簡化軟件的處理，軟件只需要直接檢測引腳的電平即可。

從按鍵的原理圖可知，這些按鍵在沒有被按下的時候，GPIO引腳的輸入狀態為低電平(按鍵所在的電路不通，引腳接地)，當按鍵按下時， GPIO引腳的輸入狀態為高電平(按鍵所在的電路導通，引腳接到電源)。只要我們檢測引腳的輸入電平，即可判斷按鍵是否被按下。

若您使用的實驗板按鍵的連接方式或引腳不一樣，只需根據我們的工程修改引腳即可，程序的控制原理相同。

2 軟件設計

2.1 按鍵輸入檢測方式

按鍵輸入檢測方式分為定時掃描和外部中斷兩種，工作原理和優缺點如下文所示。本篇我們主要講解用外部中斷的方式進行按鍵輸入檢測。

2.1.1 按鍵掃描

工作原理：通過 CPU 定時或不斷地讀取按鍵所連接的 GPIO 引腳電平狀態，來判斷按鍵是否被按下。比如在一個循環中，反復檢測按鍵對應的引腳是高電平還是低電平 ，若原本是高電平，檢測到變為低電平，且經過消抖處理（一般通過延時，比如 5~10ms 再次檢測確認）后還是低電平，就認為按鍵被按下；松開時則相反。像獨立按鍵掃描，就是單獨檢測每個按鍵引腳；矩陣按鍵掃描則是按行或列掃描，通過行列交叉點判斷哪個按鍵動作 。

優點：

原理簡單易懂，實現起來相對容易，對于初學者友好。

可靈活控制掃描頻率和時機，在一些對按鍵檢測實時性要求不高，且系統資源較為充裕的場景下，能很好地工作。

缺點：

占用 CPU 資源，CPU 需要不斷執行掃描程序來檢測按鍵狀態，若系統中還有其他任務，會影響整體運行效率。

實時性較差，因為是定時或不斷掃描，不能及時響應按鍵動作，存在檢測延遲。

2.1.2 外部中斷

工作原理：當外部事件發生，比如按鍵按下使連接到單片機的外部中斷引腳上電平發生變化（可配置為上升沿觸發、下降沿觸發或雙邊沿觸發 ），單片機的中斷系統會迫使 CPU 暫停正在執行的程序，轉而去執行預先編寫好的中斷服務程序來處理該事件，處理完后再返回原來中斷的地方繼續執行原程序 。以按鍵為例，按鍵連接到外部中斷引腳，按下按鍵產生電平變化，觸發中斷請求，CPU 響應后進入中斷服務函數處理按鍵事件。

優點：

實時性強，能在外部事件發生的瞬間及時響應，快速處理事件，適用于對實時性要求高的場景，如工業控制中對突發信號的快速響應。

節省 CPU 資源，CPU 不需要一直輪詢檢測按鍵狀態，只有在外部事件觸發中斷時才會處理相關事務，提高了 CPU 使用效率。

缺點：

配置相對復雜，需要對中斷相關寄存器（如中斷使能寄存器、中斷優先級寄存器、中斷觸發方式寄存器等 ）進行正確配置，對開發者要求較高。

多個中斷源同時請求時，需要合理處理中斷優先級和中斷嵌套等問題，否則可能導致系統運行異常。

2.2 編程要點

1.使能GPIO端口時鐘；

2.初始化GPIO目標引腳為輸入模式(浮空輸入)；

3.編寫簡單測試程序，檢測按鍵的狀態。

2.3 代碼分析

1. 頭文件包含和宏定義

#include #include #include #include "delay.h" #include "w55mh32.h" #define GPIO_GROUP_TEST GPIOG #define GPIO_MODE_TEST GPIO_Mode_IPU #define GPIO_SPEED_TEST GPIO_Speed_50MHz #define GPIO_PIN_TEST GPIO_Pin_5 USART_TypeDef *USART_TEST = USART1;

頭文件包含：包含標準庫頭文件 stdlib.h、string.h、stdio.h，以及自定義的 delay.h 和 w55mh32.h 頭文件。

宏定義：

GPIO_GROUP_TEST：定義使用的 GPIO 組為 GPIOG。

GPIO_MODE_TEST：定義 GPIO 模式為上拉輸入模式 GPIO_Mode_IPU。

GPIO_SPEED_TEST：定義 GPIO 速度為 50MHz。

GPIO_PIN_TEST：定義使用的 GPIO 引腳為 GPIO_Pin_5。

USART_TEST：定義使用的 USART 外設為 USART1。

2. 函數聲明

void UART_Configuration(uint32_t bound); void GPIO_Configuration(void);

聲明了兩個函數：UART_Configuration 用于配置串口通信，GPIO_Configuration 用于配置 GPIO 引腳和外部中斷。

3. main 函數

int main(void) { RCC_ClocksTypeDef clocks; delay_init(); UART_Configuration(115200); RCC_GetClocksFreq(&clocks); printf("n"); printf("SYSCLK: %3.1fMhz, HCLK: %3.1fMhz, PCLK1: %3.1fMhz, PCLK2: %3.1fMhz, ADCCLK: %3.1fMhzn", (float)clocks.SYSCLK_Frequency / 1000000, (float)clocks.HCLK_Frequency / 1000000, (float)clocks.PCLK1_Frequency / 1000000, (float)clocks.PCLK2_Frequency / 1000000, (float)clocks.ADCCLK_Frequency / 1000000); printf("GPIO IO Input Test.n"); GPIO_Configuration(); while (1) { } }

初始化操作：

delay_init()：初始化延時函數。

UART_Configuration(115200)：配置串口通信，波特率為 115200。

RCC_GetClocksFreq(&clocks)：獲取系統時鐘頻率信息。

打印信息：打印系統時鐘頻率信息和測試提示信息。

GPIO 配置：調用 GPIO_Configuration() 函數配置 GPIO 引腳和外部中斷。

主循環：進入一個無限循環，等待外部中斷觸發。

4. GPIO_Configuration 函數

void GPIO_Configuration(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOG | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_PIN_TEST; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_SPEED_TEST; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_MODE_TEST; GPIO_Init(GPIO_GROUP_TEST, &GPIO_InitStructure); GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOG, GPIO_PinSource5); NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line5; EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt; EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling; EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE; EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); }

時鐘使能：使能 GPIOG 和復用功能 I/O（AFIO）的時鐘。

GPIO 初始化：配置 GPIOG 的 GPIO_Pin_5 為上拉輸入模式，速度為 50MHz。

外部中斷線配置：將 GPIOG 的 GPIO_Pin_5 映射到外部中斷線 EXTI_Line5。

NVIC 配置：

配置外部中斷線 5~9 的中斷通道 EXTI9_5_IRQn。

設置搶占優先級為 2，子優先級為 3，并使能該中斷通道。

EXTI 配置：配置外部中斷線 EXTI_Line5 為中斷模式，下降沿觸發，并使能該中斷線。

5. EXTI9_5_IRQHandler 函數

void EXTI9_5_IRQHandler(void) { if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line5) == SET) { delay_ms(10); if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOG, GPIO_Pin_5) == Bit_RESET) { printf("The key is pressedn"); } } EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line5); }

中斷處理：

檢查外部中斷線 EXTI_Line5 的中斷標志位是否被置位。

進行 10ms 的消抖處理。

讀取 GPIOG 的 GPIO_Pin_5 的輸入電平，如果為低電平，則打印 "The key is pressed"。

清除外部中斷線 EXTI_Line5 的中斷標志位。

6. UART_Configuration 函數

void UART_Configuration(uint32_t bound) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; USART_InitTypeDef USART_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound; USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; USART_Init(USART_TEST, &USART_InitStructure); USART_Cmd(USART_TEST, ENABLE); }

時鐘使能：使能 USART1 和 GPIOA 的時鐘。

GPIO 初始化：

配置 GPIOA 的 GPIO_Pin_9 為復用推挽輸出模式，用于 USART1 的發送引腳。

配置 GPIOA 的 GPIO_Pin_10 為浮空輸入模式，用于 USART1 的接收引腳。

USART 初始化：

配置 USART1 的波特率、數據位、停止位、校驗位、硬件流控制和工作模式。

使能 USART1。

7. EXTI1_IRQHandler 函數

void EXTI1_IRQHandler(void) { if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line1) == SET) { delay_ms(10); if (GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_1) == Bit_SET) { printf("The key is pressedn"); } } EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line1); }

中斷處理：處理外部中斷線 EXTI_Line1 的中斷事件，與 EXTI9_5_IRQHandler 類似，但該中斷在本代碼中未被使用。

8. SER_PutChar 函數和 fputc 函數

int SER_PutChar(int ch) { while (!USART_GetFlagStatus(USART_TEST, USART_FLAG_TC)); USART_SendData(USART_TEST, (uint8_t)ch); return ch; } int fputc(int c, FILE *f) { if (c == 'n') { SER_PutChar('r'); } return (SER_PutChar(c)); }

SER_PutChar 函數：將一個字符通過 USART 發送出去，等待發送完成標志位被置位。

fputc 函數：重定向標準輸出函數，將換行符 n 替換為回車符 r 后再發送。

2.4 下載驗證

把編譯好的程序下載到開發板并復位，按下按鍵可以在串口查看按鈕是否按下：

WIZnet 是一家無晶圓廠半導體公司，成立于 1998 年。產品包括互聯網處理器 iMCU?，它采用 TOE（TCP/IP 卸載引擎）技術，基于獨特的專利全硬連線 TCP/IP。iMCU? 面向各種應用中的嵌入式互聯網設備。

WIZnet 在全球擁有 70 多家分銷商，在香港、韓國、美國設有辦事處，提供技術支持和產品營銷。

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審核編輯 黃宇