面向应用学习stm32(1)-GPIO输出点亮灯
时间：2022-09-07 00:30:00
导游：本文的目的和目的是为应用学习单片机，因此不会涉及太多的原理知识，如寄存器。
主要目的是学习单片机，学习单片机的基本用法，开发板采用野火指南f103。
作者大二小白，写得不好的地方轻轻喷洒，欢迎评论区交流
所有代码和笔记 开源在 Gitee仓库
文章目录
- 1 单片机简介
-
- 1.1简单介绍
- 1.2 STM32
- 2 开发环境建设
- 3 GPIO输出
-
- 3.1简介
- 3.2思路分析
- 3.3 代码实现
- 4 三个小实验
-
- 4.1需求
- 4.2 亮更多颜色的灯
-
- 4.2.1亮灯函数
- 4.2.2 完整代码
- 4.2.3分文件改造
- 4.3 闪烁灯
- 4.4 流水灯
- 5 总结
1 单片机简介
1.1简单介绍
简称单片机（MCU（MicrbControl Unit））。它和我们个人电脑的区别在于，在我们的电脑里，CPU，内存、硬盘、输入输出等都是独立的，将这些部件安装在主板上，然后连接电源、屏幕、鼠标、键盘等外设，形成我们的计算机。单片机是将CPU，内存、硬盘、输入输出集成在芯片上。然后连接其他外设进行操作。
它比普通的好PC计算机价格更低，占用空间更小，但相应地，性能相对较弱。然而，在许多电子元件中，我们往往不需要如此强大的性能，需要考虑更多的商业因素，如价格和体积。然后单片机就来了。
1.2 STM32
是意法半导体（ST）推出一款32位单片机。是目前各大高校应用教学最常见、最多的单片机。
基于官方提供的简单易用的库函数开发模式，只要开发者有一定的C语言基础，就可以快速启动。
同时，由于价格不贵，性能强，生态环境优良，更适合初学者
STM32产品型号命名如下
例如 STM32F103C8T6 指的就是
基本型48引脚，内存容量64kb，QFP工作在-40-85-40-85℃
关于单片机地址总线、数据总线等底层硬件知识，因为这里主要是关于应用程序的开发，底层很少涉及，所以不要说。
2 开发环境建设
可以参考开发环境
开发环境建成后，在我的项目目录下复制一份Template你可以准备好开始点亮我们的第一个LED灯啦。
3 GPIO输出
3.1简介
在做我们的第一个项目之前，先做GPIO最简单的介绍
GPIO(General-Purpose IO ports) ，即通用输入输出IO口。
我们可以通过控制不同的引脚GPIO的输出，驱动我们需要的电路或发送数据。
同时，也可以读取不同引脚的输入，接收数据、判断状态等。
好吧，开始准备写代码吧首先，原理图pdf和stm下载32库函数的中文翻译手册。同时复制我的项目目录Template1。下载地址
到你的文件夹，改成你想要的名字，我改成LED，复制后点击打开，然后点击Project。最后点击这个小绿图标进入项目。
进入项目后，首先引入我们眼中的是这样一个界面。边缘的一串是STM10x_开头的文件是ST未来我们将广泛使用官方为我们提供的库函数
3.2思路分析
看完整体开发环境，我们回到需求，进行如下分析。
根据电路的原理，我们自然需要知道灯泡连接个引脚。
此时大家打开F103指南者原理图pdf，找到其中的LED模块，发现如下。
首先，我们可以看到他是三盏灯，分别连接 PB0，PB1，PB5.(后面还写着红、绿、蓝的分布)到目前为止，灯泡引脚已经确定。
接下来能写代码亮灯吗？显然不是，我们还需要知道灯泡是低电平点亮还是高电平点亮
观察原理图。
可见，PB5输出高电平的话。根据电路分析，3.3V电压不能从右侧流向左侧，二极管不能导通。
PB5低电平的话，3.3V从右到左，经过二极管后，灯泡被点亮，是红灯，因为原理图上注明了R，另外两个是G(Green)和B(Blue)。
经过分析，思路如下
- PB0、1、5需要输出模式
- 输出电平需要设置为低电平
3.3 代码实现
回到我们的工程代码中，
首先我们需要开启GPIOB为什么不先解释时钟？总之，使用任何一个GPIO或者任何模块，打开他们的时钟。
时钟相关操作位于stm32f10x_rcc.h其中。我们点击他，在里面找到两件事
宏定义可以在这里找到。GPIOB时钟，挂载APB继续向下翻。
发现有行使能APB2总线上的时钟源函数。传输的参数是我们以前看到的宏定义时钟，它们被复制到主函数中while(1)前面
//主函数 int main(void) {
//使能GPIOB的时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE); while(1) {
} } 打开时钟后，我们准备开始配置GPIOB0，1，5端口。stm32f10x_gpio.h
看到这样的结构GPIO_InitTypeDef，里面的参数是引脚、速度和模式。我们可以根据结构和内部变量初始化GPIO口。
同样，这些模式，Pin嘴、速度等也定义在里面，如下图所示，枚举中都是定义好的参数，可以用。
这里的GPIO_MODE可以看到有个模式，这里我们先记住点亮LED要用推挽输出，也是我们最常见的输出模式
输入模式
-输入浮空（GPIO_Mode_IN_FLOATING）
-输入上拉(GPIO_Mode_IPU)
-输入下拉(GPIO_Mode_IPD)
-模拟输入(GPIO_Mode_AIN)
输出模式
-开漏输出(GPIO_Mode_Out_OD)
-开漏复用功能(GPIO_Mode_AF_OD)
-推挽式输出(GPIO_Mode_Out_PP)//最为常用
-推挽式复用功能(GPIO_Mode_AF_PP)
看完以上消息后，我们开始写代码，声明GPIO初始化结构体，并给结构体成员赋值
//声明GPIO的初始化结构体
GPIO_InitTypeDef init;
//使能GPIOB的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
//配置GPIO属性
init.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_5;//引脚用 | 一起配置
init.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP = 0x10; //推挽输出模式
init.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;//输出速度，亮灯比较不关心这个
现在有个问题，我怎么知道我配置的是哪个0，1，5。我需要的是GPIOB的0，1，5，可是代码里并没有声明啊。
ok我们还是回到头文件里
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-HrkrsYdk-1651651676133)(1.1GPIO_Output_Led.assets/image-20220504144945462.png)]
在头文件的最后可以发现有这些函数，我用红圈勾出了我们待会需要的
void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);// GPIO的初始化。
参数有GPIOx,和GPIO初始化结构体的指针，也就是说。
这个GPIOx，就是指定你要配置的端口，并把初始化结构体里的配置写入其中
那么主函数加入这行后,最终我们初始化程序如下
初始化到这里就完成了
//主函数
int main(void)
{
//声明GPIO的初始化结构体
GPIO_InitTypeDef init;
//使能GPIOB的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
//配置GPIO属性
init.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_5;//引脚用 | 一起配置
init.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出模式
init.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;//输出速度，亮灯比较不关心这个
GPIO_Init(GPIOB,&init);//完成初始化
while(1)
{
}
}
在完成初始化后，我们准备亮灯了，回到之前说的，PB5低电平亮红色等。
刚刚那个图片中圈出了GPIO_SetBits和GPIO_ResetBits函数，前者是设置高电平，后者是设置低电平。
参数1是GPIOx,参数2是GPIO_Pin，那么我们要的操作是 PB5，低电平，代码如下
//主函数
int main(void)
{
//...省略前面初始化部分...
//先全部置高电平，关灯，防止引脚默认悬空电压影响
GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_5);
//亮红灯
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
while(1)
{
}
}
这些代码的使用，功能等等，在固件库的中文翻译版里有，大家可以去查询，例子里也有对应用法，例如
4 三个小实验
4.1需求
首先提出以下的需求。
- 需要亮更多颜色的灯
- 闪烁灯
- 流水灯
4.2 亮更多颜色灯
首先第一点我们好解决，他的灯是RGB灯，那么我们只需要排列组合2的三次方，8种情况就可以亮出所有的灯。
看到这其实就想提出来 函数的概念
我们需要使用一个 控制颜色的函数，来控制8种情况（八个if），这样的话代码的可读性也高一点,不然看着一堆set，Reset真的很难看懂是亮什么灯
于是我写出了如下函数和宏定义
4.2.1亮灯函数
#define LED_GREEN 0
#define LED_BLUE 1
#define LED_RED 2
#define LED_WHITE 3
#define LED_PURPLE 4
#define LED_YELLOW 5
#define LED_CYAN 6
#define LED_OFF 7
void LED_Color(int color)
{
if(color==0){
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}
if(color==1){
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}
if(color==2){
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}
if(color==3){
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}
if(color==4){
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}
if(color==5){
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}
if(color==6){
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}
if(color==7)
{
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_5);
}
}
现在，我们只需要一行函数，就可以控制灯的各自颜色了，根据不同的宏定义亮不同的颜色
//主函数
int main(void)
{
//声明GPIO的初始化结构体
GPIO_InitTypeDef init;
//使能GPIOB的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
//配置GPIO属性
init.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_5;
init.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出模式
init.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
GPIO_Init(GPIOB,&init);
//亮红灯
LED_Color(LED_RED);
while(1)
{
}
}
然后可以发现，配置部分也很长很麻烦，于是我决定把配置部分也给移出来
void LED_Init()
{
//声明GPIO的初始化结构体
GPIO_InitTypeDef init;
//使能GPIOB的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
//配置GPIO属性
init.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_5;
init.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出模式
init.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
GPIO_Init(GPIOB,&init);
}
4.2.2 完整代码
#include "stm32f10x_gpio.h"
#define LED_GREEN 0
#define LED_BLUE 1
#define LED_RED 2
#define LED_WHITE 3
#define LED_PURPLE 4
#define LED_YELLOW 5
#define LED_CYAN 6
#define LED_OFF 7
void Delay(int i){
for(;i>0;i--);
}
void LED_Init();
void LED_Color(int color);
//主函数
int main(void)
{
LED_Init();
LED_Color(LED_YELLOW);
while(1)
{
}
}
void LED_Init()
{
//声明GPIO的初始化结构体
GPIO_InitTypeDef init;
//使能GPIOB的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
//配置GPIO属性
init.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_5;
init.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出模式
init.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
GPIO_Init(GPIOB,&init);
}
void LED_Color(int color)
{
if(color==0){
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}
if(color==1){
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}
if(color==2){
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}
if(color==3){
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}
if(color==4){
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}
if(color==5){
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}
if(color==6){
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}
if(color==7)
{
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_5);
}
}
4.2.3分文件改造
其实你看到末尾的函数实现体，还是会觉得很长，毕竟一个程序来到了84行的长度，那未来呢？main.c将不断膨胀，所以我决定分文件编程。
- 去到项目的目录下，进入User，新建led.c,led.h。
- 在工程中添加刚刚新建的led.c文件
- 包含led.h头文件，将头文件，宏定义和函数声明放入led.h，将函数定义放入led.c
双击User,将刚刚的led.c添加就去
在led.c里先包含led.h然后编译一遍
编译完后可以看到led.h被包括进来了
从主函数剪切以下代码到led.h里
#include "stm32f10x_gpio.h"
#define LED_GREEN 0
#define LED_BLUE 1
#define LED_RED 2
#define LED_WHITE 3
#define LED_PURPLE 4
#define LED_YELLOW 5
#define LED_CYAN 6
#define LED_OFF 7
void LED_Init();
void LED_Color(int color);
将我们刚刚的主函数实现体剪切到led.c里面，并在上方包含led.h
#include "led.h"
void LED_Init()
{
GPIO_InitTypeDef init;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
init.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_5;
init.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
init.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
GPIO_Init(GPIOB,&init);
}
void LED_Color(int color)
{
if(color==0){
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}
if(color==1){
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}
if(color==2){
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}
if(color==3){
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}
if(color==4){
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}
if(color==5){
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}
if(color==6){
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
}
if(color==7)
{
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_5);
}
}
最后，我们回到主函数，包含led.h文件，整个主函数结构如下，现在主函数真正的简洁了，只有短短18行代码。
并且未来我们要使用led的话，也只需要把led.c和led.h复制到项目里，包含头文件，调用函数就可以了。
先调用LED_Init();进行GPIO的配置和初始化
再调用LED_Color(int color)这里面传入你要的颜色(在led.h里宏定义了)，就可以对应显示了。
例子：
4.3 闪烁灯
有了刚刚的函数，闪烁灯的颜色其实就很好控制了，闪烁本质上就是开和关。
而我们需要不断的开和关就好了，那我就要在while(1)这个死循环里不断开关了，我写出第一份代码
#include "led.h"
void Delay(int i){
for(;i>0;i--);
}
int main(void)
{
LED_Init();
while(1)
{
LED_Color(LED_YELLOW);
LED_Color(LED_OFF);
}
}
不断开关完成了，但我们会发现没有效果，为什么？
因为程序执行的实在是太快了，开关的速度快到我们无法感受到。人眼无法捕捉。
所以我们加入延时，开一会儿，关一会儿，再重新开一会儿，关一会儿。这里的延时采用最简单的for循环延时，传入参数，减到0，for循环才能退出。
#include "led.h"
void Delay(int i){
for(;i>0;i--);
}
//主函数
int main(void)
{
LED_Init();
while(1)
{
LED_Color(LED_YELLOW);
Delay(5000000);
LED_Color(LED_OFF);
Delay(5000000);
}
}
到这，我们的效果就已经完成了，但我还是不满意。闪烁灯是一个功能，我希望一个功能就是一个函数。
所以我先把延时先分文件编写了(如之前led一样的操作)，因为延时这个功能本质上是不属于led的。
然后再把闪烁灯变成一个函数
延时分文件这里不再讲了，详细操作和前面的led是差不多的。讲一讲闪烁函数的实现吧。
我希望闪烁的颜色能被控制，所以要传入一个参数 也就是颜色，
参数类型就和我前面LED_Color();这个颜色控制函数的参数值一样就行。
首先去led.h里声明函数，增加一行，由于我们还需要包含延时，所以延时的头文件也包括进来
#include "delay.h"
void LED_Flashing(int color);//闪烁函数
在led.c里增加实现体
void LED_Flashing(int color)
{
LED_Color(color);//亮对应颜色
Delay(5000000);
LED_Color(LED_OFF);
Delay(5000000);
}
主函数调用
#include "led.h"
int main(void)
{
LED_Init();
while(1)
{
LED_Flashing(LED_Red);
}
}
4.4 流水灯
在有了前面那些基础过后，我们直接分析如何写流水灯函数吧
首先，流水灯函数要做到的就是把所有颜色流水显示一遍，这里可以用到for循环的思想。
结合我前面的LED_Color控制函数就可以了
可以看到，写这个LED_Color函数给我们带来的好处实在是太多了
led.h增加一行
void LED_Stream();
led.c增加函数
void LED_Stream() { int i元器件数据手册、IC替代型号，打造电子元器件IC百科大全！
