蓝桥杯的第一个项目，点亮一个LED

撞上电子 · 发表于 2025-1-2 21:00:00

第一节 IO简介
GPIO是通用输入/输出端口的简称，是STM32可控制的引脚。GPIO的引脚与外部硬件设备连接，可实现与外部通讯、控制外部硬件或者采集外部硬件数据的功能。每个GPIO内部都有这样的一个电路结构：

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这边的电路图稍微提一下：
保护二极管：IO引脚上下两边两个二极管用于防止引脚外部过高、过低的电压输入。当引脚电压高于VDD时，上方的二极管导通；当引脚电压低于VSS时，下方的二极管导通，防止不正常电压引入芯片导致芯片烧毁。但是尽管如此，还是不能直接外接大功率器件，须加大功率及隔离电路驱动，防止烧坏芯片或者外接器件无法正常工作。
P-MOS管和N-MOS管：由P-MOS管和N-MOS管组成的单元电路使得GPIO具有“推挽输出”和“开漏输出”的模式。这里的电路会在下面很详细地分析到。
Q-TTL肖特基触发器：信号经过触发器后，模拟信号转化为0和1的数字信号。但是，当GPIO引脚作为ADC采集电压的输入通道时，用其“模拟输入”功能，此时信号不再经过触发器进行TTL电平转换。ADC外设要采集到的原始的模拟信号。
这里需要注意的是，在查看数据手册中，会看到有“FT”一列，这代表着这个GPIO口时兼容3.3V和5V的；如果没有标注“FT”，就代表着不兼容5V。

GPIO支持4种输入模式(浮空输入、上拉输入、下拉输入、模拟输入)和4种输出模式(开漏输出、开漏复用输出、推挽输出、推挽复用输出)。同时，GPIO还支持三种最大翻转速度。每个I/O口可以自由编程，但I/O口寄存器必须按32位字被访问。下面将具体介绍GPIO的这八种工作方式。

1，浮空输入模式       浮空输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。也就是说，I/O的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定；如果在该引脚悬空(在无信号输入)的情况下，读取该端口的电平是不确定的。

2，上拉输入模式

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上拉输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在I/O端口悬空(无信号输入)的情况下，输入端的电平可以保持在高电平；并且在I/O端口输入为低电平的时候，输入端的电平也还是低电平。
3，下拉输入模式

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下拉输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在I/O端口悬空(在无信号输入)的情况下，输入端的电平可以保持在低电平；并且在I/O端口输入为高电平的时候，输入端的电平也还是高电平。

4，模拟输入模式

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模拟输入模式下，I/O端口的模拟信号(电压信号，而非电平信号)直接模拟输入到片上外设模块，比如ADC模块等等。

5，开漏输出模式

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开漏输出模式下，通过设置位设置/清除寄存器或者输出数据寄存器的值，途经N-MOS管，最终输出到I/O端口。这里要注意N-MOS管，当设置输出的值为高电平的时候，N-MOS管处于关闭状态，此时I/O端口的电平就不会由输出的高低电平决定，而是由I/O端口外部的上拉或者下拉决定；当设置输出的值为低电平的时候，N-MOS管处于开启状态，此时I/O端口的电平就是低电平。同时，I/O端口的电平也可以通过输入电路进行读取；注意，I/O端口的电平不一定是输出的电平。

6，开漏复用输出模式

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开漏复用输出模式，与开漏输出模式很是类似。只是输出的高低电平的来源，不是让CPU直接写输出数据寄存器，取而代之利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。

7，推挽输出模式

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推挽输出模式下，通过设置位设置/清除寄存器或者输出数据寄存器的值，途经P-MOS管和N-MOS管，最终输出到I/O端口。这里要注意P-MOS管和N-MOS管，当设置输出的值为高电平的时候，P-MOS管处于开启状态，N-MOS管处于关闭状态，此时I/O端口的电平就由P-MOS管决定：高电平；当设置输出的值为低电平的时候，P-MOS管处于关闭状态，N-MOS管处于开启状态，此时I/O端口的电平就由N-MOS管决定：低电平。同时，I/O端口的电平也可以通过输入电路进行读取；注意，此时I/O端口的电平一定是输出的电平。

8，推挽复用输出模式

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推挽复用输出模式，与推挽输出模式很是类似。只是输出的高低电平的来源，不是让CPU直接写输出数据寄存器，取而代之利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。
第二节硬件解读
先看看原理图：

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开发板上面一共有3颗可编程LED，控制的引脚分别是PB2，PB5和PB12，LED右侧通过一共限流电阻上拉到3.3V，所有stm32给一个低电平就会点亮LED，反之则熄灭。
第三节 CubeMX配置
第一步：双击打开STM32CubeMX，如下图，新建项目。【注意：新建项目本教程只介绍一次，以后项目的建立不在重复】

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第二步：在英文状态下搜索芯片：STM32WLE5CCU6【注意：尽可能靠近该芯片，不一定是STM32WLE5CCU6，不同STM32CubeMX版本，芯片的名字不一样的】选后选择对应的芯片即可。

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第三步：在1处查看芯片的视图，选择2处后可以看见芯片所有的功能，选择3处的RCC时钟，在4处配置外部高速时钟，一切配置完了之后，会在5处看见GPIO变绿色。，如下图。【注意：本教程晶振配置仅配置一遍，后续教程将不再重复】

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第四步：在1处切换到时钟树页面，在2处配置外部晶振大小，蓝桥杯物联网开发板外接高速晶振为32MHZ，所以这里配置成32MZH，在3处配置HCLK时钟为最大时钟，最大时钟为48MHZ。如下图。【注意：本教程时钟树配置仅配置一遍，后续教程将不再重复】

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第五步：配置下载器，在3处选择DEBUG，在4处选择JTAG模式，之后就可以看见5处和6处的GPIO变绿色了。【注意：本教程下载器配置仅配置一遍，后续教程将不再重复】

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第六步：配置STM32的PB2引脚为GPIO_Output，如下图:

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第七步：以同样配置STM32的PB5和PB12引脚为GPIO_Output，如下图：

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第八步：在1处可以看见选中GPIO的配置，在2处看见GPIO的输入输出的引脚，在3处选择PB2，在4处配置GPIO的默认高低电平，因为低电平LED亮，我们默认低电平，在5处配置为上拉，和硬件配置保持一致，在6处配置用户标签，便于管理。如下图：

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其中：具体配置信息如下：

GPIO output leve：表示上电的默认电平，可配置高(High)或者低(Low)；

GPIO mode：表示输出模式，可为Output Push Pull(推挽输出)或Output Open Drain(开漏输出)；

GPIO Pull-up/Pull-down：表示是否上下拉，可配置为上拉(Pull-up)或者下拉(Pull-down)或不上拉也不下拉(No Pull-up and no Pull-down)；

Maximum output speed：表示输出速度，可配置为低速(Low)或者中速(Medium)或高速(High)或超高速(Very High)；

User Label:表示用户标签，可修改IO口名称，比如可写入LED，把IO口名称变为LED；

第九步：和PB2一样配置其他2个GPIO。
第十步：选择项目信息，如下配置：2处是项目的名字；3处是项目的路径；4处是编译器；5处是编译器版本。【注意：项目路径不能包含中文等其他非法字符；编译器一定要选择MDK-ARM；编译器版本要选择最新的，本教程为v5.37。后续教程将不在重复本步操作】

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第十一步：如下图，将3，4处的按钮勾选，点击5处，生成Keil工程。【注意：后续教程将不在重复本步操作】

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第十二步：点击上步的5处之后，会有一个对话框，意思分别是：打开项目文件夹位置；打开项目；关闭本窗口。【注意：这里灵活处理，打开文件夹和项目都可以。后续教程将不在重复本步操作】

第四节 MDK代码
第一步，编译代码，检查STM32CubeMX生成的代码是否正常。如下图，点击1处编译，之后在2处可以看见一个警告，是因为MDK版本太新，高于CubeMX选择的V5.37，导致编译器不一样，但是不影响程序运行。【注意：后续教程将不在重复本步操作】

第二步：配置下载器，这一步很多步骤，希望大家仔细一点，一步一步来。【注意：不要忘记点击“OK”，后续教程将不在重复本步操作】

第三步：新建.h文件。在“项目名/Core/Inc”中新建一个“zsdz.h”的文件。【注意：后续教程将不在重复本步操作】

第四步：新建.c文件。在“项目名/Core/Src”中新建一个“zsdz.c”的文件。【注意：后续教程将不在重复本步操作】

第五步：添加“zsdz.c”文件。点击1处，可以看见项目的所有的文件，点击2，3处，准备添加“zsdz.c”文件，但是发现没有“zsdz.c”文件，如下图：需要返回到上一层文件目录中，点击4处。【注意：后续教程将不在重复本步操作】

如下图：虽然没有发现“zsdz.c”文件，但是我们看见了Core文件夹，还记得我们的“zsdz.c”文件保存在哪吗？在“项目名/Core/Src”中，所以我们进入到“/Core/Src”，找到“zsdz.c”文件即可。【注意：后续教程将不在重复本步操作】

第六步：如下图，代表添加成功。【注意：后续教程将不在重复本步操作】

第七步：如下，点击1处，可以看见MDK中的“zsdz.c”文件。【注意：如果利用STM32CubeMX生成MDK项目，“zsdz.c”文件可能会从MDK项目中移除，请重新添加】

第八步：编写“zsdz.c”文件的代码，如下：【注意：后续教程将不在重复本步操作】

第九步：进入到“zsdz.h”文件，右键，选择“Go to Headerfile‘zsdz.h’”。【注意：后续教程将不在重复本步操作】

第十步：编写“Zsdz.h”文件的代码，如下：【注意：后续教程将不在重复本步操作】

第十一步：在Main中添加“zsdz.h文件”，如下：【注意：只可以添加在“USER CODE BEGIN”和“USER CODE BEGINEND”之间，否则等下次利用STM32CubeMX生成MDK项目时，不在“USER CODE BEGIN”和“USER CODE END”之间的代码会被覆盖】

第十二步：编写LED的函数模板，具体如下：【注意：不要忘记声明gpio.c文件。注意：后续教程将不在重复本步操作】

第十三步：以上就是LED所有的封装函数了，我们在“zsdz.h”文件中声明他们，如下图：【注意：后续教程将不在重复本步操作】

第十四步：现在随便在main函数中写几个，看看效果。

第十五步：编译检查代码并下载。点击1处编译代码，之后在2处可以看见0错误0警告。代码没有问题之后，点击3处下载代码，在4处看见Flash Load finished at xxxx，就证明代码下载成功。【注意：后续教程将不在重复本步操作】

第五节实验现象
注意：
1，请用USB线连接电脑与开发板。
2，请选择A开发板。
现象：AL2以400ms为间隔闪烁。
来源：撞上电子微信公众号
版权：东莞市东城墨竹公子电子工作室
日期：2024.11.03
第六节课后作业
请让AL1长亮，AL2以500ms为间隔闪烁，AL3以1000ms为间隔闪烁。

蓝桥杯的第一个项目，点亮一个LED

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