STM32 板卡 IO 测试：8 路输入、独立消抖与输出更新

这是一份 STM32F1 板卡 IO 测试方案：PB8～PB15 的 8 路开关输入产生稳定按下事件后，按所选规则翻转 PC0～PC7 的输出命令；可选用 PA15 显示最近一次事件。它用于核对输入、输出和接线，不是实际机器的自动运行程序；执行前应确认所连接的测试负载及其有效极性。

早期记录把输入写成“PB8～PB16，共 9 路”，并使用不存在的 GPIO_PIN_16。STM32F1 一个 GPIO 端口的编号是 0～15，官方 HAL 也只定义 GPIO_PIN_0 到 GPIO_PIN_15。本页因此把可执行示例限定为 PB8～PB15 的 8 路；若原板确实有第 9 路，必须先查原理图确定它的真实端口，不能猜成 PB16。ST 官方 GPIO 引脚定义

先固定电气约定与事件规则

引脚	本例配置	软件含义
PB8～PB15	上拉输入，开关闭合接地	按下对应输入位为 1；PB8 对应 bit 0
PC0～PC3	普通推挽输出	命令位 0 拉低，1 拉高
PC4～PC7	普通开漏输出	命令位 0 拉低，1 释放；外部上拉和负载决定释放后的电压
PA15（可选）	普通推挽输出，外接高有效指示灯电路	最近一次稳定按下事件后置高，经过 1000 ms 后置低

这些引脚必须在选定型号和封装中实际引出，且未被其他外设占用。STM32F103C8T6 的 LQFP48 封装没有引出 PC0～PC7，不能照搬本页的输出接线；其代码能通过编译也不代表引脚存在。需使用实际引出这些引脚的器件与封装，或根据原理图重写输出映射；本页不猜测替代引脚。STM32F103x8/xB 数据手册，LQFP48 引脚图与引脚表

PC4～PC7 需要合适的外部上拉；F1 输出模式里的 GPIO_PULLUP 不能替代它。输入电源、输出上拉电源、阈值及地参考应相容。PA15 的高有效约定也须由电路确认，不能套用板载低有效 LED 的接法。

每路输入独立持续稳定 50 ms 才接受变化；只在接受按下时产生事件，保持按住不重复触发。上电时已按住的开关被当作初始状态，不立即触发，必须先稳定释放再按下。低有效引脚的按下是电气下降沿，归一化为“按下为 1”后则是逻辑上升沿。

模式	本轮接受的事件掩码 events	输出变化
IO_TOGGLE_ALL（默认）	任意非零值	8 路只翻转一次：异或 0xFF
IO_TOGGLE_EACH	每个 1 对应本轮新按下的一路	仅对应位翻转：异或 events

例如初值为 0x00，同一轮接受 PB8 和 PB10 时，EACH 得到 0x05，ALL 得到 0xFF。ALL 不按按键数量循环翻转；若两键在不同轮询分别达到稳定门限，则各翻转一次。PA15 在任意非零事件后重新计时，保持亮到最近一次事件满 1000 ms；同一轮既到期又出现新事件时，保持亮并从新事件重新计时。

两份原始代码使用“距离上次事件是否超过 50 ms”的全局门限，没有确认每个新状态已连续稳定。例如空闲很久后的短低脉冲可能立即触发，另一键的合法按下又可能受全局门限影响。不能把两次事件之间的限速当作消抖，也不能把未滤波的释放立即当作下一次按下的起点。

输入滤波与输出掩码

下面的纯 C 部分不依赖 STM32 HAL，保存为 input_logic.h。输入 pressed 已归一化为“1 表示按下”，返回值每个 1 表示这一轮刚接受的按下事件。释放也会更新稳定状态，但不返回按下事件。

#ifndef INPUT_LOGIC_H
#define INPUT_LOGIC_H
#include <stdbool.h>
#include <stdint.h>

typedef struct {
    uint8_t stable;
    uint8_t candidate;
    uint32_t since_ms[8];
} InputFilter;

static void Inputs_Init(InputFilter *filter, uint8_t pressed, uint32_t now_ms)
{
    filter->stable = pressed;
    filter->candidate = pressed;
    for (unsigned i = 0; i < 8; ++i) filter->since_ms[i] = now_ms;
}

static uint8_t Inputs_Update(InputFilter *filter, uint8_t pressed,
                             uint32_t now_ms)
{
    uint8_t events = 0;
    for (unsigned i = 0; i < 8; ++i) {
        uint8_t bit = (uint8_t)(1u << i);
        if (((pressed ^ filter->candidate) & bit) != 0u) {
            filter->candidate ^= bit;
            filter->since_ms[i] = now_ms;
        } else if (((filter->candidate ^ filter->stable) & bit) != 0u &&
                   (uint32_t)(now_ms - filter->since_ms[i]) >= 50u) {
            filter->stable ^= bit;
            if ((filter->stable & bit) != 0u) events |= bit;
        }
    }
    return events;
}

static uint32_t Outputs_Bsrr(uint8_t state)
{
    return (uint32_t)state | (((uint32_t)(~state) & 0xFFu) << 16u);
}
#endif

每路都有独立候选值和计时起点，一个开关抖动不会重置另一开关的计时。50 ms 沿用原笔记的门限，实际应根据开关、响应速度与采样周期调整；采样之间发生的变化不可见。

Outputs_Bsrr() 只构造 PC0～PC7 的设置/清零位，不改 PC8～PC15。它在一个 BSRR 写入中更新八个输出锁存位，避免原文八次 HAL 调用依次更新时的中间软件状态；引脚外部波形仍存在传播差异，不能据此保证纳秒级同时动作。RM0008，GPIO 原子位访问

两种翻转模式与指示计时

保存为 io_test_logic.h。状态中的 indicator_on 是软件输出命令，计时不依赖读取 PA15 引脚。指示功能关闭时始终为假；这使滤波、翻转与一秒到期行为都能在主机上测试。

#ifndef IO_TEST_LOGIC_H
#define IO_TEST_LOGIC_H
#include "input_logic.h"

typedef enum {
    IO_TOGGLE_ALL = 0,
    IO_TOGGLE_EACH = 1
} IOToggleMode;

typedef struct {
    InputFilter inputs;
    uint8_t output_state;
    IOToggleMode mode;
    bool indicator_enabled;
    bool indicator_on;
    uint32_t indicator_since_ms;
} IOTestState;

static void IOLogic_Init(IOTestState *state, uint8_t pressed, uint32_t now_ms,
                         uint8_t initial_state, IOToggleMode mode,
                         bool indicator_enabled)
{
    Inputs_Init(&state->inputs, pressed, now_ms);
    state->output_state = initial_state;
    state->mode = mode;
    state->indicator_enabled = indicator_enabled;
    state->indicator_on = false;
    state->indicator_since_ms = now_ms;
}

static uint8_t IOLogic_Update(IOTestState *state, uint8_t pressed,
                              uint32_t now_ms)
{
    uint8_t events = Inputs_Update(&state->inputs, pressed, now_ms);
    if (events != 0u) {
        uint8_t mask = state->mode == IO_TOGGLE_EACH ? events : UINT8_MAX;
        state->output_state ^= mask;
        if (state->indicator_enabled) {
            state->indicator_on = true;
            state->indicator_since_ms = now_ms;
        }
    }
    if (state->indicator_on &&
        (uint32_t)(now_ms - state->indicator_since_ms) >= 1000u) {
        state->indicator_on = false;
    }
    return events;
}
#endif

由初始化函数选择模式与是否启用指示灯，在单一执行者内使用；本例不提供运行中直接改状态字段的接口。1000 ms 是事件被滤波接受后的软件时长，到期后在下一次轮询落实到引脚，因此实际高电平时间还受轮询间隔影响。

HAL 与 GPIO 适配

保留 CubeMX 生成的工程、启动文件、系统时钟与错误处理，不要把整份别的 main.c 覆盖进来。下面两段按顺序放在同一 io_test.c；头文件使用前两段，且工程已包含 STM32F1 HAL。GPIO 映射要求仍以实际封装为准。

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "io_test_logic.h"

static uint8_t Read_Input_Switches(void)
{
    return (uint8_t)((~(GPIOB->IDR >> 8u)) & 0xFFu);
}

static void Update_Outputs(uint8_t state)
{
    GPIOC->BSRR = Outputs_Bsrr(state);
}

static void IO_Test_GPIO_Init(uint8_t initial_state)
{
    GPIO_InitTypeDef gpio = {0};
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();

    Update_Outputs(initial_state);  /* 开启输出前先预装命令 */

    gpio.Pin = GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10 | GPIO_PIN_11
             | GPIO_PIN_12 | GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15;
    gpio.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    gpio.Pull = GPIO_PULLUP;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &gpio);

    gpio.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3;
    gpio.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    gpio.Pull = GPIO_NOPULL;
    gpio.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(GPIOC, &gpio);

    gpio.Pin = GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7;
    gpio.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;
    HAL_GPIO_Init(GPIOC, &gpio);
}

static void Indicator_GPIO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef gpio = {0};
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_AFIO_CLK_ENABLE();
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);
    __HAL_AFIO_REMAP_SWJ_NOJTAG();  /* 释放 JTAG 引脚，保留 SWD */
    gpio.Pin = GPIO_PIN_15;
    gpio.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    gpio.Pull = GPIO_NOPULL;
    gpio.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio);
}

读取时先截取 PB8～PB15，再取反归一化。其他 PB 引脚的状态不会进入开关位图；端口一次读取也是一个采样时刻，不能证明此前 50 ms 内没有遗漏短脉冲。

PA15 复位后承担 JTDI。只有确认该引脚已接高有效指示电路、未被其他外设占用，且项目可以放弃 JTAG 时，才启用上述可选初始化。__HAL_AFIO_REMAP_SWJ_NOJTAG() 关闭 JTAG-DP、保留 PA13/PA14 的 SWD；不要换成同时关闭 SWD 的 __HAL_AFIO_REMAP_SWJ_DISABLE()。若工程已由 CubeMX 选择 Serial Wire 并统一管理 AFIO 配置，应在同一初始化方案里合并，而不是让之后的代码重新覆盖。ST 官方 HAL 的 SWJ 配置说明

初始化命令必须根据测试电路选择。原文直接把 0x00 称为“全灭”，但开漏 0 会吸收电流，低有效负载也可能因此动作。本页不替未知负载指定“安全电平”。在隔离的指示灯测试夹具上确认极性后，由调用方传入所需初值：

static IOTestState io_state;

void IO_Test_Init_Config(uint8_t initial_state, IOToggleMode mode,
                         bool enable_pa15_indicator)
{
    IO_Test_GPIO_Init(initial_state);
    if (enable_pa15_indicator) Indicator_GPIO_Init();
    IOLogic_Init(&io_state, Read_Input_Switches(), HAL_GetTick(),
                 initial_state, mode, enable_pa15_indicator);
}

void IO_Test_Init(uint8_t initial_state)
{
    IO_Test_Init_Config(initial_state, IO_TOGGLE_ALL, false);
}

uint8_t IO_Test_Poll(void)
{
    uint32_t now_ms = HAL_GetTick();
    bool indicator_was_on = io_state.indicator_on;
    uint8_t events = IOLogic_Update(&io_state, Read_Input_Switches(), now_ms);
    if (events != 0u) Update_Outputs(io_state.output_state);
    if (io_state.indicator_enabled &&
        indicator_was_on != io_state.indicator_on) {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_15,
                         io_state.indicator_on ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    }
    return events;
}

在 HAL、系统时钟准备完成后调用一次 IO_Test_Init(initial_state)，默认保持全组翻转且不占用 PA15。若已核对板卡条件，可改用 IO_Test_Init_Config(initial_state, IO_TOGGLE_EACH, true) 来启用一一对应翻转和指示灯；两种初始化入口只选一个。

周期调用 IO_Test_Poll()，例如约每 1～10 ms 一次；函数不等待开关释放。它与初始化函数及输出寄存器由同一个执行者管理；中断或其他任务不要同时改同一状态。时间差使用无符号 32 位运算，可跨正常毫秒计数回绕。调用不能相隔整个计数周期；如果时基暂停、复位或不再按毫秒递增，必须重新考虑滤波行为。在 RTOS 里，调度等待应使用适合该系统的 API，而不是让高优先级任务忙等。

系统时钟、日志与 CubeMX 边界

两份原始工程采用不同的时钟方案，合并时保留上下文，不把它们混成同一套参数：

原记录	PLL 输入与倍频	HCLK/AHB	APB1	APB2
板卡 IO 测试（150943376）	HSI 8 MHz ÷ 2 × 16	64 MHz	32 MHz（HCLK ÷ 2）	64 MHz（HCLK ÷ 1）
八个按键对应输出（150961341）	HSE 8 MHz ÷ 1 × 9	72 MHz	36 MHz（HCLK ÷ 2）	72 MHz（HCLK ÷ 1）

后一个工程的代码使用 RCC_HSE_ON、HSE 作为 PLL 源、9 倍频及 FLASH_LATENCY_2，同时保持 HSI 打开。这要求板上确有对应的 8 MHz HSE 电路，并正确设置工程的 HSE_VALUE；若是外部有源时钟，应按实际电路配置 bypass，不能直接套用晶振模式。两种方案都属于特定 F1 器件条件下的工程配置，不是所有 STM32 的默认参数。应在准确型号、供电条件与参考手册限制下设置 Flash 等待周期和各总线频率；已有工作时钟没有必要为了 IO 测试强行替换。

新增原文把 printf 重定向到 USART2，在启动、初值、按键和指示灯熄灭时记录日志。这些观察点可以保留，但逐字符 HAL_UART_Transmit(..., HAL_MAX_DELAY) 可能阻塞扫描，打乱滤波采样和熄灯时间；本页轮询路径因此不直接打印。需要日志时，由扫描路径把时间、events、输出命令、指示状态放入有界、立即返回的日志队列，再由独立发送方使用 USART2 中断或 DMA 发送；满队列应丢弃并计数，不能等待空间。异步发送缓冲区须存活到传输结束，不可直接传入随后失效的栈缓冲区。USART2 的时钟、引脚、波特率与 IRQ/DMA 配置仍由实际工程提供。

原文启动行把 HAL_GetTick() 打成 HCLK，单位也写成 ms；它只是毫秒时间戳。频率应取 HAL_RCC_GetHCLKFreq() 并标成 Hz，时间戳另取 HAL_GetTick() 并标成 ms。两者不能互相替代。

GPIO 与 CubeMX 的生成代码不能重复拥有两套互相覆盖的初始化逻辑。可以让 CubeMX 生成相同配置，也可以把本页适配函数作为唯一配置入口；重新生成工程后检查用户代码区、AFIO 和初始输出顺序。原来的 Error_Handler() / assert_failed() 骨架由工程保留，本页不重复定义，也不声称错误处理已经覆盖产品全部故障。

保留的扩展模式

所有扩展都基于 8 位输出命令，不是未经确认的“亮/灭”状态。在 IOLogic_Update() 的非零事件分支中替换输出变化规则即可，并保留后续指示计时；下面三个片段是互斥选择，output_state 表示该状态中的输出命令。

/* 单点循环，必须先给非零种子，例如 0x01；0x00 循环仍为 0 */
output_state = (uint8_t)((output_state << 1u) | (output_state >> 7u));

/* 8 位计数，255 后回到 0 */
output_state = (uint8_t)(output_state + 1u);

/* 模式表：每次事件选择下一种 */
static const uint8_t patterns[] = {0x00, 0xFF, 0xAA, 0x55, 0x0F, 0xF0};
static unsigned pattern_index = 0;
output_state = patterns[pattern_index];
pattern_index = (pattern_index + 1u) % 6u;

若不同开关执行不同操作，使用已经消抖的事件位，例如 PB8 选择 0xFF、PB9 选择 0x00、PB10 选择 0xAA。必须规定同时按下时的优先级：独立连续 if 会由后一个匹配覆盖前一个，if/else if 则表达固定优先级。不能直接在每次轮询按当前原始电平重复执行命令。

验证与记录

先核对各开关位图是否对应实际引脚，再分别测推挽高/低、开漏下拉/释放及上电状态；随后测试抖动、保持、释放、快速重复、两键同时按下和不同步按下。分别确认 EACH、ALL 的同时事件语义，并测 PA15 第一次点亮、连续事件延长、到期熄灭和禁用时不占引脚。需要可追踪结果时记录时间、事件位图、输出命令与测量反馈，不能只记录“测试通过”。

本次完整阅读 150961341 原文、既有板卡 IO 测试审查稿及其中全部代码，保留已审查的每键稳定滤波，补入逐位翻转、PA15 指示与 USART2/72 MHz 工程上下文。纯 C 代码已在主机严格编译测试：短脉冲不触发、两路独立消抖、保持不连发、释放再按、同时/错时事件、上电按住、时间回绕、两种翻转和指示灯到期/重触发，以及全部 256 种输出命令的 BSRR 位更新范围。正文代码经提取后，核心与 HAL 组合在官方 STM32F1/CMSIS 头文件下通过 Cortex-M3 编译检查；这不包含完整工程链接、板卡下载或通电验证。

来源：板卡 IO 测试原文；八个按键一一对应八个输出，后者首次发布于 2025-08-28。