使用STM32操作独立按键控制 AT24C02 计数并用数码管显示

一、项目概述

1.1 项目功能

基于 STM32F10x 单片机，结合4 独立按键、8 位共阴极数码管、AT24C02 IIC EEPROM、串口 1 打印实现带掉电保存的数值调节器：

1. 上电自动读取 EEPROM 中存储的 0~255 数值，数码管百位、十位、个位实时显示；
2. KEY1：进入设置模式；KEY2：数值 + 1；KEY3：数值 - 1；KEY4：退出设置模式；
3. 数值限制区间0 ~ 255，超出边界串口提示；
4. 每次修改数值自动写入 AT24C02，断电数据不丢失；
5. 串口 9600 波特实时打印按键操作、数值、硬件检测状态；
6. 硬件自检：上电循环检测 AT24C02，硬件异常持续打印报错，正常后进入主逻辑；
7. 数码管动态消隐驱动，消除数字拖影，仅前 3 位显示 0~255，后 5 位熄灭。

1.2 硬件资源清单

表格

1.3 核心技术点

1. 软件模拟标准 IIC 通信时序，兼容 AT24CXX 系列 EEPROM；
2. 数码管动态扫描 + 段码消隐算法，解决残影问题；
3. 独立按键松手检测 + 20ms 软件消抖，支持长按阻塞；
4. EEPROM 上电自检、单字节读写，数据持久化；
5. 状态机区分正常显示模式 / 参数设置模式；
6. 宏常量统一管理硬件地址、阈值、延时，便于移植修改。

二、工程文件分层说明

plaintext

工程根目录 ├─ main.c 主业务逻辑（按键交互、显示、EEPROM读写、模式控制） ├─ key.h/.c 4路独立按键底层驱动 ├─ smg.h/.c 8位共阴极数码管动态扫描驱动 ├─ iic.h/.c 软件模拟IIC底层时序驱动 ├─ 24cxx.h 基于IIC封装AT24C02读写接口 ├─ SysTick.h 系统滴答定时器延时函数（ms/us） ├─ usart.h USART1串口初始化、printf重定向 └─ public.h 公共类型定义(u8/u16/u32)、硬件引脚宏定义

三、各模块详细功能文档

模块 1：公共业务宏与常量定义（main.c 顶部）

3.1 业务宏说明

表格

3.2 工具函数Num_To_Buf(u16 num, u8 buf[8])

功能：将 0~255 数字拆解为百位、十位、个位，填充数码管显示缓存，其余 5 位清零熄灭

• 入参：num待转换数字；buf[8]8 位数码管显示缓存数组
• 执行逻辑：
  1. 全部 8 位缓存置 0，默认熄灭；
  2. buf[2] = num / 100百位；buf[1] = (num%100)/10十位；buf[0] = num%10个位；
  3. 仅前 3 位存储有效数字，动态显示时只扫描前 3 位。

3.3 硬件初始化函数Hardware_Init()

统一初始化所有外设，集中管理硬件启动流程：

1. SysTick 滴答定时器初始化（72MHz 系统时钟）；
2. NVIC 中断优先级分组 2 配置；
3. 数码管硬件初始化SMG_Init()；
4. USART1 9600 波特串口初始化；
5. 按键 GPIO 初始化KEY_Init()；
6. IIC 总线 + AT24C02 硬件初始化AT24CXX_Init()。

3.4 EEPROM 硬件自检EEPROM_DeviceCheck()

阻塞式硬件检测，防止 EEPROM 接线异常导致程序卡死：

1. 循环调用AT24CXX_CheckDevice()检测从机应答；
2. 无应答：串口打印报错，500ms 重试；
3. 检测通过：打印正常提示，退出自检进入业务循环。

3.5 Main 主函数逻辑流程

flowchart TD A[外设统一初始化] --> B[循环检测AT24C02硬件] B --> C[上电读取EEPROM保存数值num_val] C --> D[进入while(1)死循环] D --> E[按键扫描key_scan(0)] E --> F{是否有按键按下} F --无--> G[填充显示缓存+刷新数码管] F --有--> H[switch按键分支处理] H --> H1[KEY1：set_mode=1 进入设置模式] H --> H2[KEY2：设置模式下数值+1，上限255，自动写EEPROM] H --> H3[KEY3：设置模式下数值-1，下限0，自动写EEPROM] H --> H4[KEY4：set_mode=0 退出设置模式] H1&H2&H3&H4 --> G G --> I[延时10ms，循环刷新] I --> D

变量说明

1. disp_buf[8]：数码管显示缓存数组；
2. keyVal：按键扫描返回值，无按键 = 0；
3. num_val：全局计数值，0~255，与 EEPROM 实时同步；
4. set_mode：模式状态标记，0 = 正常只读显示，1 = 可修改数值设置模式。

模块 2：按键驱动 key.c

2.1KEY_Init(void)

• 时钟：开启 KEY_PORT (GPIOA) 外设时钟；
• 引脚配置：KEY1/2/3/4 引脚配置为上拉输入 GPIO_Mode_IPU；
• 硬件逻辑：无按键时引脚高电平，按键按下拉低电平触发。

2.2u8 key_scan(u8 mode)独立按键扫描函数

参数：mode=0重置按键状态机；mode=1保持状态返回值：KEY_UNPRESS(0)无按键；KEY1_PRESS/KEY2_PRESS/KEY3_PRESS/KEY4_PRESS对应按键标识核心机制：状态机 + 松手阻塞消抖

1. 静态变量key_state：1 = 空闲可检测按键，0 = 按键消抖锁定；
2. 检测到低电平按键信号 → 20ms 软件消抖；
3. 判断具体按键，进入while(KEYx==0)阻塞循环，必须松手才退出；
4. 松手后再延时 20ms 消抖，恢复空闲检测状态；
5. 多按键同时按下仅识别优先级靠前按键（KEY1>KEY2>KEY3>KEY4）。

模块 3：数码管驱动 smg.c

3.1 段码数组gsmg_code[17]

适配共阴极数码管标准段码，下标对应数字 0~15：0x3f(0),0x06(1),0x5b(2),0x4f(3),0x66(4),0x6d(5),0x7d(6),0x07(7),0x7f(8),0x6f(9)...

3.2SMG_Init(void)数码管硬件初始化

1. 段选 PB0~PB7：推挽输出 50MHz，上电段码全 0（熄灭）；
2. 位选 PA4/PA5/PA6 (LSA/LSB/LSC)：推挽输出，译码选择 8 位数码管；
3. 初始化关闭所有位选，数码管全部熄灭，防止上电乱码。

3.3smg_display(u8 dat[],u8 scan_num)动态扫描显示函数

• 入参：dat[]显示缓存；scan_num需要扫描的数码管位数（本项目传入 2，扫描前 3 位 0/1/2）
• 消隐核心逻辑（解决动态扫描残影）：
  1. 切换当前数码管位选；
  2. 先清空段码输出 0x00（消隐）；