代码收藏家技术教程 2024-12-19

STM32外设之GPIO&LED指示灯模块程序设计

文章目录

一、STM32外设之GPIO

二、CT117E-M4的LED电路原理

三、LED指示灯模板程序设计

一、STM32外设之GPIO

1.GPIO的8种工作模式：

模式配置	模式寄存器	输出类型寄存器	输出速度寄存器	上/下拉寄存器
输入浮空	00	不使用	不使用	00
输入上拉	00	不使用	不使用	01
输入下拉	00	不使用	不使用	10
模拟功能	11	不使用	不使用	00
开漏通用输出	01	1	00-速度2MHz	00-无上下拉
推挽通用输出	01	0	01-速度25MHz	01-上拉
复用开漏输出	10	1	10-速度-50MHz	10-下拉
复用推挽输出	01	1	11-速度100MHz	11-保留

注：输出模式中，输出速度寄存器和上/下拉寄存器的四种形式为四个输出模式共用。

1.1、浮空输入模式：
a.CPU通过I/O端口→保护二极管→TTL肖特基触发器→输入数据寄存器→CPU读取到I/O端口的高低电平。（保护二极管：因为I/O端口信号不确定，所以需要添加二极管保护电路）
b.浮空模式下，I/O端口的电平信号直接输入到输入数据寄存器中，所以I/O端口电平是不确定的，完全由外部决定。

1.2、输入上拉模式：

a.作用：把不确定的信号通过电阻连接到高电平，默认情况下输入引脚数据为1(高电平)。
b.上拉输入与浮空输入的主要区别在于上拉电阻的闭合，且上拉电阻大小约为30-50KΩ。

1.3、输入下拉模式：

a.作用：把不确定的信号通过电阻连接到低电平，默认情况下输入引脚数据为0(低电平)。
b.下拉输入与浮空输入的主要区别在于下拉电阻的闭合。

1.4、高组态模拟输入模式：
a.模拟输入模式中，上拉、下拉电阻和TTL施密特触发器均处于截止状态，导致CPU无法接收到输入数据寄存器传来的I/O端口的电平变化。
b.I/O端口的模拟信号直接模拟输入到片上外设模块。

1.5、开漏通用输出模式：

a.若输出控制电路接收到1(高电平)，则N-MOS管截止，I/O端口处的电平仅仅取决于外部上拉或下拉。
b.若输出控制电路接收到0(低电平)，则N-MOS管导通，I/O端口处的电平将被N-MOS管拉低。
c.在输出状态下，I/O端口处电平还可以用输入电路(I/O端口→输入数据寄存器→CPU读取)来读取。

1.6、推挽通用输出模式：
a.若输出控制电路接收到1(高电平)，则P-MOS导通，N-MOS截止，I/O端口处输出高电平。
b.若输出控制电路接收到0(低电平)，则P-MOS截止，N-MOS导通，I/O断口处输出低电平。
c.在输出状态下，I/O端口处电平还可以用输入电路(I/O端口→输入数据寄存器→CPU读取)来读取。
1.7、推挽复用输出：
推挽复用输出与推挽通用输出相似，区别在于输出的高低电平的来源，不是让CPU向置位/复位寄存器写1/0然后将其映射到输出数据寄存器中，而是利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。
1.8、开漏复用输出：

开漏复用输出与开漏通用输出相似，区别在于输出的高低电平的来源，不是让CPU向置位/复位寄存器写1/0然后将其映射到输出数据寄存器中，而是利用片上外设模块的复用功能输出来决定的。

二、CT117E-M4的LED电路原理

原理图：

锁存器：LED和LCD有共用的引脚，为防止使用时出现混乱，往往会在LED电路中加一个573锁存器。

输出端：D0-D7；输入端Q0-Q7
LE高电平时信号可以从D传到Q，低电平时阻断。

三、LED指示灯模板程序设计

1.main.c（main.c文件是STM32项目的心脏，主要负责系统的初始化、时钟配置、外设设置以及主程序的执行逻辑。）

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * <h2><center>&copy; Copyright (c) 2024 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.</center></h2>
  *
  * This software component is licensed by ST under BSD 3-Clause license,
  * the "License"; You may not use this file except in compliance with the
  * License. You may obtain a copy of the License at:
  *                        opensource.org/licenses/BSD-3-Clause
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "led\bsp_led.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */

/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
//  MX_GPIO_Init();
  LED_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */
	LED_Disp(0x01);
	HAL_Delay(500);
	LED_Disp(0x02);
	HAL_Delay(500);
	LED_Disp(0x04);
	HAL_Delay(500);
	LED_Disp(0x08);
	HAL_Delay(500);
	LED_Disp(0x10);
	HAL_Delay(500);
	LED_Disp(0x20);
	HAL_Delay(500);
	LED_Disp(0x40);
	HAL_Delay(500);
	LED_Disp(0x80);
	HAL_Delay(500);
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Configure the main internal regulator output voltage
  */
  HAL_PWREx_ControlVoltageScaling(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);
  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = RCC_PLLM_DIV3;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 20;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = RCC_PLLQ_DIV2;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLR = RCC_PLLR_DIV2;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

/************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/

HAL_Init()：初始化HAL库，作为STM32硬件抽象层库，一般用于简化硬件访问。
SystemClock_Config()：配置系统时钟。它通常涉及到外部高速时钟（HSE）、PLL（相位锁定环）和其他时钟分频器等等，以确保系统以所需的频率运行。
LED_Init()：初始化LED外设。这个函数在bsp_led.h头文件对应的源文件中定义，用来配置控制LED的GPIO端口。
Error_Handler()：在配置时钟失败时调用。它通常会使系统进入一个死循环，并禁止中断运行来避免更麻烦的问题。
assert_failed()：在启用USE_FULL_ASSERT宏时，如果assert_param宏检测到参数错误，则调用此函数。
在while (1)循环中，程序通过调用LED_Disp()函数并以位寻址方式控制亮不同的LED。每次点亮LED指示灯后，程序通过HAL_Delay(500)函数暂停500毫秒，然后点亮下一个LED。

2.bsp_led.c（用于STM32微控制器的LED控制程序，是在HAL库的基础上编写的。）

#include "led\bsp_led.h"

void LED_Init(void)
{

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

  /* GPIO Ports Clock Enable */
  __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();

  /*Configure GPIO pin Output Level */
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15|GPIO_PIN_8
                          |GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11|GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_SET);

  /*Configure GPIO pin Output Level */
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);

  /*Configure GPIO pins : PC13 PC14 PC15 PC8
                           PC9 PC10 PC11 PC12 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15|GPIO_PIN_8
                          |GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11|GPIO_PIN_12;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

  /*Configure GPIO pin : PD2 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);

}

void LED_Disp(unsigned char ucled)
{
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15|GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11|GPIO_PIN_12,GPIO_PIN_SET);
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_SET);
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_RESET);
	
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,ucled,GPIO_PIN_RESET);
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_SET);
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_RESET);
}

2.1、LED初始化 (LED_Init 函数):
a.使能GPIOC、GPIOD和GPIOF端口的时钟。
b.将GPIOC上的引脚（PIN_13, PIN_14, PIN_15, PIN_8, PIN_9, PIN_10, PIN_11, PIN_12）和GPIOD上的PIN_2配置为推挽输出（Push-Pull Output）模式，并且不启用上拉和下拉电阻，输出速度设置为低速。
c.将所有配置的GPIOC引脚初始化为高电平（GPIO_PIN_SET），GPIOD引脚PIN_2初始化为低电平（PIO_PIN_RESET）。
2.2、LED显示控制 (LED_Disp 函数):
a.将所有GPIOC上的LED引脚设置为高电平（GPIO_PIN_SET），并且也将GPIOD的PIN_2设置为高电平（GPIO_PIN_SET）。紧接着又将其设置为低电平。（GPIO_PIN_RESET）
b.通过ucled确定需要调节的LED指示灯(ucled<<8的作用是将引脚对应的二进制值左移8位)。

3.bsp_led.h（该文件是一个头文件，它声明了两个函数：LED_Init和LED_Disp。）

#include "main.h"

void LED_Init(void);
void LED_Disp(unsigned char ucled);

作者：小唐可不唐

stm32 蓝桥杯

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