蓝桥杯的第一个项目，点亮一个LED

撞上电子

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。
1 A- c. c% [2 qP-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。
: H. m" _1 P8 I- TQ-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。
3 f# {! G5 h, H0 [) {, V+ I; o, q
' w7 i; J# g; D& s4 ]- s. }" j1，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。
& ], D7 h, L! n, @% B* g2 @9 Q           
! M& r# L& \$ U; q& m5 O8 m- U+ r2，上拉输入模式  

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+ a( I/ \7 m" @4 @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。      
. L( }# K. l% }# o6 p: e- \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。   
           
% I8 {7 `  W- f% N, Y! v4，模拟输入模式
& ]4 P# O: V1 F1 i/ _

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3 L1 b: j0 m+ ]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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- }* s9 s( n# J; `5 M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。   
( ], C2 T* J/ R+ ?  Y2 I9 F           
6，开漏复用输出模式

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8 j# y* @( _7 c  c8 z' o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。
5 i: s! V; ~. z2 @           
7，推挽输出模式   
" F0 J* t# c" C0 M! C4 u- R

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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。
' s, t1 @& o1 I. G           
8，推挽复用输出模式   
1 U; [. p7 x/ q: d( L5 k+ E8 S: L/ \

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/ r1 X8 ?8 V0 B4 s1 Y) Z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。
% M( E' x' f4 ^! [! U# f9 y第二节 硬件解读
! `: m6 y" E& u5 {& n) O) c   先看看原理图：

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& g) K# y+ V) Q3 V  A- b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。
$ k  Y( O: G+ q# W" q第三节 CubeMX配置
6 q8 D0 s* W4 j   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。
* }+ c$ w4 Q: Z4 r% H, G

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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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* M8 s" ~6 y, j% b5 D5 [   

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  n4 V: G& T' O+ y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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6 ^$ p+ ^1 w, @  h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：   
& B, Y6 K" o$ j, ?

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* E0 f5 A5 U% M1 U  |) F, p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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( w* F, R/ m; T: P' S% V0 ?- r2 @5 y9 }           
, Z0 W! v  J' J' _8 M* W$ o其中：具体配置信息如下：
           
$ t0 q$ j! ]( X# g# F# j  J) f  ZGPIO output leve：表示上电的默认电平，可配置高(High)或者低(Low)；
+ v1 t# O0 J; ]0 x6 l0 b8 e           
! G: n6 ], L6 [) `; EGPIO mode：表示输出模式，可为Output Push Pull(推挽输出)或Output Open Drain(开漏输出)；
" [6 o1 _. |( ?9 ?$ ~           
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)；
+ \+ b2 l9 t. K           
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)；
3 I/ R  ^+ Q. h) Z$ O+ w+ \           
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；   
7 d: l2 ?6 S1 q' C) h           
! |2 c2 O- n' P: Q" Y9 k3 \0 k8 N# q4 ~第九步：和PB2一样配置其他2个GPIO。
- E$ B# b  C  j/ _' S# T' u. |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】
. Z8 \& ^3 t! t9 W# t, Y

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. Z, ?) d5 N: {, x, Z7 t
   
8 w1 y% s4 O1 G2 ^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
( E% d  _0 ~7 [   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】

) i0 x; w9 m% A3 d+ c1 I: B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】   
! \8 l/ h% Y" c
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】
% b- i2 X7 a3 b0 s/ j  t
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】   
9 p; d9 f9 }2 _; w7 L) C
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】

. d( @, v' Q) Y4 \& _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】   

7 q6 q& X8 O) p* ~8 e$ K
- v, M* h6 K& H9 c# S0 y
6 x& x) u4 O7 u. r. }$ j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】
- n  A( R% ^) R9 T8 V+ I
9 y- O8 Y# x: ]+ A, |) V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】   
1 a; ?# X% T% Y$ F7 G
' u# c% E- E" g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】

1 I+ e  o; x, U" h+ c& e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】
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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】   

$ \, }3 c  g" k! g% ?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】   
: b7 R* T) s0 k9 M3 s, z$ P. }2 m' i8 r
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】
: W" S( l1 G# ^" _* v* V
9 q# Z2 |0 X$ z% z* u5 T3 u第十四步：现在随便在main函数中写几个，看看效果。   
. p" d$ |( E, B0 S
& }! H( Y( ~4 y, b$ A# o! i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】
' B% {2 Q  m3 W" e$ x7 Q1 ~
8 G+ H3 P. ^7 g, S) u, h* |   
, i8 i) R: g) l& p第五节 实验现象
   注意：
9 r2 Y; Q" Z! ^+ S. {  k% O1，请用USB线连接电脑与开发板。
9 P, [5 H% I' y8 o2，请选择A开发板。
现象：AL2以400ms为间隔闪烁。
8 O: m8 _4 x9 a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
( v' x2 R) {4 {: g# ?7 ]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。