STM32 教程: 02 点亮 LED 灯

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Feb 6, 2024
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stm32-02
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STM32
嵌入式
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（篇 02）STM32 菜鸟教程：通过 GPIO 高低电平点亮 C 板 LED 灯，实现流水灯
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导入

GPIO (General Purpose Input Output) 通用输入/输出：一种通用的输入输出接口，可以用于数字信号的输出与输入，也可用于复用的其他功能。它可以通过软件配置为输入或输出模式，并且可以读取或写入数字信号。
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输入模式：在输入模式下，GPIO 引脚可以读取外部设备发送的信号。可以使用相应的程序接口来读取引脚的状态，通常是高电平（1）或低电平（0）。例如，将一个按钮连接在 GPIO 引脚上，并通过读取引脚状态来检测按钮是否被按下。RoboMaster 开发板 C 型上预置的 KEY 按键就可以通过 GPIO 引脚读取是否按下。
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输出模式：在输出模式下，GPIO 引脚可以发送信号给外部设备。可以使用相应的程序接口来设置引脚的状态，通常是将引脚设置为高电平（1）或低电平（0）。例如，将一个 LED 连接到 GPIO 引脚上，并通过设置引脚状态来控制 LED 的亮灭。本项目的变色灯就是通过设置 GPIO 输出实现的。
在本项目中将会实现基于 GPIO 的变色灯效果，RoboMaster 开发板 C 型使用一颗共阳极的 RGB LED 灯珠，其本质是将三个独立的 LED 封装在同一个灯珠上，并将所有 LED 的阳极连接在一起。在本项目中可以认为 GPIO 是可以控制高低电压的针脚。

配置 CubeMX

首先按照 篇 1 的教程在 CubeMX 中新建一个工程。
😅
任何配置引脚都应该先看原理图。没有板子是能完全照抄的，即使是板子出品方的教程也可能存在疏漏（点名批评 DJI）。我们应该看开发板的原理图，找对应引脚，再进入 CubeMX 配置！
打开大疆 RoboMaster 开发板 C 型原理图搜索关键字 LED 找到结果如下：
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读到对应信息 —— LED_B 对应引脚 PH10 ；LED_G 对应引脚 PH11 ；LED_R 对应引脚 PH12 。
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这是 LED 的电路图，VCC_5V 表示一个 5V 电压源，下面由四道红线构成的三角符号表示 GND（电源负极）。LED_B，LED_G，LED_R 分别与上图中的相同标签对应。Q7，Q8，Q9 为三个 NMOS，可以理解为，由电压控制的开关。GPIO 输出高电平，NMOS 导通，可视为开关闭合，电流流经 LED 使其发光。
我们在 STM32CubeMX 中的 Pinout View 引脚视图中找到 PH10、PH11、PH12 引脚，左键单击设置其为 GPIO_Output：
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全部设置完成后，点击左侧的 System Core 选项卡，进入 GPIO 设置。
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Output Push Pull 推挽输出，这是一种可以负载较大电流的输出方式，一般由两个互补的三极管或 MOS 管构成，可以简单理解为，上下各一个开关，两个开关状态互补，一个导通则另一个一定关闭。如图是一个基于 MOS 管的结构，当上管导通，下管不导通，则输出端连接 VDD 输出高电平，反之连接 VSS 输出低电平。
按如图所示设置好每个引脚，然后点击 GENERATE CODE 生成代码。

编码规范入门

打开 Keil。如果提示代码被修改，一律选择是即可，这是 CubeMX 修改代码后的结果。
在项目中默认包含四个文件夹：
  • Application/MDK-ARM 中包含的是一个汇编文件，用于启动单片机
  • Application/User/Core 包含用户核心文件，包括 main.c 和其他外设配置文件
  • Drivers/STM32F4xx_HAL_Driver 包含用到的所有用到的 HAL 库文件
  • Drivers/CMSIS 包含内核相关的文件。
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【教程点此】工程中，我们通过新建文件夹管理源码，以提高代码的可移植性和可读性。
在这里我们打开 main.c 文件，main 函数就位于这个文件中，实际上这里的 main 函数并不是整个程序的开始，链接器会将启动程序添加在 main 函数前，但它是 C 语言编写程序的开始，我们在工程上一般不关心进入 main 函数之前发生的事情。
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我们开始写程序，main 函数中的 while(1){} 称为主循环，主循环前的部分称为初始化。在这里我们可以看到不同的初始化函数，包括 HAL 初始化、系统时钟初始化、通过 STM32CubeMX 配置的外设初始化（这里只有 GPIO）。
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在由 STM32CubeMX 生成的文件中，我们的代码应该写在 /* USER CODE BEGIN X */ 和/* USER CODE END X */ 等类似的注释之间，只有在这些区域的代码才不会在下一次 CubeMX 生成代码时被覆盖。省流：不写在注释里面代码就没了。

编程

void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState); 这个函数用于写引脚状态。
  • GPIO_TypeDef* GPIOx：GPIO 的分组，例如本案例中为 GPIOH；
  • uint16_t GPIO_Pin：GPIO 引脚号，GPIO_PIN_X 这种写法实际上是一个对 uint16_t 数的宏定义，所以可以使用位运算 “|” 一次设置多个引脚。
  • GPIO_PinState PinState：引脚状态，GPIO_PIN_SET 表示置位，即高电平，GPIO_PIN_RESET 表 示复位，即低电平。这实际是 enum 类型，因此也有用 1 表示置位，0 表示复位的写法。
void HAL_Delay(uint32_t Delay); 这个函数用于延时，使程序等待一定时间，单位为 ms。

实验

初始化部分：将三个引脚置位，此时 LED 灯珠显示白色；延时 1000ms；将三个引脚复位，理论上此时熄灭，但实际上因为进入主循环后有引脚被置位，因此观察不到熄灭的现象。 主循环部分：本段程序依次置位 LED_B，LED_G，LED_R 对应的引脚，在延迟 1000ms 后复位，并置位下一个引脚。
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代码下载之后在开发板上按 RST 按键重置单片机，程序开始执行。本案例最终效果为，LED 显示白色 1 秒后，按蓝色，绿色，红色的顺序每 1 秒切换一次。

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