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标题: STM32F103C8T6单片机的起始点：使用GPIO输出点亮我们的第一个小灯（尺度库篇） [打印本页]
作者: 大连全瓷种植牙齿制作中心    时间: 2025-4-6 23:14
标题: STM32F103C8T6单片机的起始点：使用GPIO输出点亮我们的第一个小灯（尺度库篇）
目次

先干！从单片机的实操点灯开始
GPIO：General Purpose IO
第一步：开启GPIO的时钟
第二步，配置我们的GPIO的电气属性
控制我们的准备好的GPIO输出高低电平

我们都说，学习一个型号的单片机的第一个尝试，就是使用这个单片机点亮一个小灯。点亮小灯就意味着我们开始开端把握我们手中的单片机了，我们学会使用单片机来控制最简单的外设了。当然，只会这个还是远远不敷的，我们需要进一步理解单片机的更多知识才能走的更远。
先干！从单片机的实操点灯开始

对于GPIO，你可以认为是单片机无形的大手，他来拨弄最简单的我们外接的外设。一个最经典的例子就是点亮一个LED。我们先看看LED是啥。
笔者简单的说，LED就是一个小灯（你想想，LED小灯，LED小灯），我们这里临时不先容LED本身,只先容我们的LED的外部接口特性.首先,LED是一个简单的拥有正负极的一个发光二极管.笔者这里screenshot下我本身买的LED小模块

你可以看到这些二极管存在两个引脚
   笔者需要告诉你的是：大部门情况下，你更多需要关心的是外延的引脚。这里LED因为特别简单，学过一点点高中物理的朋侪都知道，LED分正负引脚，正极接长的一端，负极接短的一段，如许，LED才会有电流时导通，反接的时间，LED被认为是断路，没有电流流过，自然就会咋样都不亮！，为什么要夸大这个呢？这个跟我们后面的控制LED亮灭的GPIO最简单实行有关系。
  以是，从编程的角度上看，我们只需要包管我们给引脚正确的高低电平，如许就好了，当我们使用电池供电的时间，我们一定会如许做：

很好，初中物理实行，但是呢！我们现在学习的是STM32，因此，现在我们就需要换东西了！就是GND，我们使用单片机的GND引脚就好了，那VCC从哪里来呢？答案是从单片机上来，你看，我们的编程模子就酿成了：

现在，我们的使命逐渐明确了，那就是使用单片机的一个引脚，输出高电平，然后将他链接LED的正极，然后将另一根线连接LED的负极和GND引脚，如许我们的电路就完成了一个逻辑回环。简单吧！
问题现在就转移到了：我们的单片机怎样输出高电平呢？懂行的朋侪说：GPIO嘛！但这就递归的派生了新的问题，我想如果完全没有听说过GPIO这四个字母组合在一起的朋侪也会问的，啥是GPIO呢？
GPIO：General Purpose IO

通用输入输出！这就是GPIO。关于这个名词放到这里，你肯定很不理解，什么叫通用输入输出？我们临时不消理会输入，输出你肯定理解的！我们刚刚的问题就是——怎样使用单片机输出一个高电平呢？答案是使用单片机的引脚输出。嗯，我似乎没有回答这个问题，但请你仔细想象：单片机的作用就是作为一个嵌入式项目标大脑，我们有大脑还不敷，他要把它的想法（这里就是我们誊写的程序）告诉外界（比如说我们现在正在瑟瑟发抖的LED），就需要一个引脚，把我们的想法（比如说我们想要输出一个高电平）输出出去，通过杜邦线（或者是其他导线）给我们的LED上。

（笔者的小私货：笔者顺手拿到的各种各样的板子，严格上讲，哪些板子上最大的一坨芯片，就是单片机本体了，他们被用PCB上的铜线连接到了外部的引脚上）
此时此刻，这个引脚在我们编程的时间，我们就说：“嘿！你这个引脚，你这次当GPIO通用输入输出！我告诉你，你需要做的事变是产生一个高电平输出出去”，怎样做？这就是我们下面要说的。
这里是库函数编程，以是我们的文档也就会使用库函数来完成我们的工作。你可能不知道啥叫库函数（哦天，你知道为什么单片机的门槛云云之高了吧！简单的说，就是人家写好了工具，你用就行，就像你拧螺丝不消重新炼铁做扳手，拿着现成的扳手用就完事了，你需要做的就是正确的使用扳手（正确的调用库函数）！）
很好，我们现在打开了我们的MDK啊，还是CubeIDE啊，还是跟我一起使用PlatformIO完成这个事变啊，无所谓，总而言之你在这里了，说明环境没有问题了。我们下面就来点灯。
第一步：开启GPIO的时钟

笔者同等认为，我们的全部的高端电子装备（单片机之上，包括你现在看我文档的手机/电脑/IPAD七零八落的都算！），时钟是这些装备的生命线，我们全部的这些装备都按照时钟的节拍，一个流水一个流水，一条指令一条指令的实行我们写给它的指令（不然它就会死在哪里，就像你没法指望一个心脏停止跳动的人跟你谈笑风生一个道理，除非他是僵尸）
让我们的GPIO从睡眼朦胧中（上电了，但是你要留意，这个时间他还没起来！你需要做的就是使能时钟，把他叫起来！！！）
   请千万记住，使用任何任何外设的时间，出现了罢工的问题（实际上就是不工作），请你第一反应思考：我是不是没有使能时钟，我是不是没有使能对对应的时钟？然后如果不是这个问题，再去思考其他的事变。
  以是，我们的工作就是叫醒GPIO。问题来了，叫醒哪一个呢？
对于初学者，笔者以开始就建议你先去阅读手册，对于GPIO而言，没有必要，对于我们的文档的主角STM32F103C8T6而言，引脚不多，你现在，拿起你的板子，观察上面的丝印。

看到针脚上面的丝印了嘛：上面依次是G G 3.3 R B11 ....以直到C15 C14 C13 VB...这些就是我们的单片机的引脚的编号。我们的STM32，对我们的引脚分类了。您看！对于哪些最有规律的引脚，比如说上面的PA0, PA1, PA2... PA15，PB0, PB1, PB2, ... PB15和PC0, PC1, ... PC15这三组，每一组16个的引脚，一共48个引脚，是我们一定可以拿来做GPIO的引脚。换而言之，接线的时间，就能拿这里的引脚作为我们的电平输出端口。
选择困难症了？啊哈，笔者给你选一个，PA0怎么样？那就PA0咯！
PA0这个引脚，首先，他就属于A分组的第0个引脚，我们在库编程中，说：PA0的A说明白PA0属于GPIOA分组（为什么如许分，不着急，你会在GPIO中断的子章节对这个概念更深入的理解），而且，PA0属于第0个引脚，也就是GPIO_PIN_0，当我们组合出现GPIOA和GPIO_PIN_0的时间，我们就是在说单片机上的PA0引脚。我们后面的时间，就可不会如许的罗嗦了。
   现在你类比分析道：PC14, PC13, PB3这些引脚是啥意思，我们怎样在库编程中找到他们！
  回到我们的整体，第一步，使能GPIO的时钟，特别的，我们想要操纵PA0，就需要使能GPIOA分组的时钟，那问题来了，咋使能时钟啊？
思考的流程是如许的：“我要使能GPIOA的时钟 ”，因此对于尺度库而言，使能GPIOA的时钟，使用的一个函数调用就是 如下的：
  1. RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
复制代码
不要被吓晕了，我来说明一下，以后你阅读代码要怎么阅读。第一件事变，RCC_APB2PeriphClockCmd中的ClockCmd你熟悉：时钟的指令嘛！我们要对时钟下命令（恩！情！），对谁下命令呢？一个叫做RCC_APB2Periph的东西下的，或者说：对于挂载在使用单片机基定时钟作为生命线的，APB2总线上的外设使能这个总线上的外设时钟。好，这个外设可是一大堆的东西啊，你要找谁呢？我们于是提供了第一个参数：RCC_APB2Periph_GPIOA。原来我们要找的是GPIOA啊，你找他做什么呢？答案是，ENABLE（使能）它！以是，这行代码的作用就是使能GPIOA的时钟。完事了
   如果是GPIOB的时钟呢？闻一知十！（提示，GPIOA, GPIOB和GPIOC的时钟都在RCC_APB2Periph上，你很容易想到怎么做的，对吧！）
  第二步，配置我们的GPIO的电气属性

这一步，回答了我们要让GPIO成为谁。通用通用，说明它是一个万能牛马，啥脏活烂货都能干，但是你的告诉他，本日你充当啥样的牛马角色。这个时间，我们要请出我们的一个重要的布局体：GPIO_InitTypeDef
  1. typedef struct
  2. {
  3.  uint16_t GPIO_Pin;             /*!< Specifies the GPIO pins to be configured.
  4.                                      This parameter can be any value of @ref GPIO_pins_define */
  5. ​
  6.  GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;  /*!< Specifies the speed for the selected pins.
  7.                                      This parameter can be a value of @ref GPIOSpeed_TypeDef */
  8. ​
  9.  GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;    /*!< Specifies the operating mode for the selected pins.
  10.                                      This parameter can be a value of @ref GPIOMode_TypeDef */
  11. }GPIO_InitTypeDef;
复制代码
这个布局体无非再说本身的负责的三个事变，我纪录了：GPIO的引脚是谁(GPIO_Pin)，GPIO的速度是谁GPIO_Speed，GPIO充当了咋样的角色人GPIO_Mode，啥，我咋知道的？看看旁边的解释呗！你瞧，扔进谷歌翻译这个事变多简单啊。
显然，我们现在不穷究原理，我们就说我们准备点亮小灯的PA0。啊哈，显然回到我们上面的引脚分析，就是第0个引脚嘛，这个抽象是啥呢，我告诉你，答案是GPIO_PIN_0，或者说，之后你想问库函数尺度库中，我们怎样找到第N个引脚的时间，一定试试搜出来GPIO_PIN_X，此中X就是N的值，比如说，我们找PC13，那就是GPIO_PIN_13咯！
下一步，就是抓出来速度，啊哈，我们亲爱的尺度库说我们有三个选择（你使用VSCode，那就是摁住Ctrl+右键点击GPIOSpeed_TypeDef跳转，狗屎的Keil5的话，自求多福，先编译你的工程然后点击“Go To the Definition”）
  1. typedef enum
  2. {
  3.   GPIO_Speed_10MHz = 1,
  4.   GPIO_Speed_2MHz,
  5.   GPIO_Speed_50MHz
  6. }GPIOSpeed_TypeDef;
复制代码
很好，速度上可以选择10MHz，2MHz，50MHz，好消息是点个灯，无所谓哪一个，嗯，随便选一个折磨我们的单片机，GPIO_Speed_50MHz就是你了。
如法炮制，我们来到了最后一个
  1. typedef enum
  2. { GPIO_Mode_AIN = 0x0,
  3.  GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04,
  4.  GPIO_Mode_IPD = 0x28,
  5.  GPIO_Mode_IPU = 0x48,
  6.  GPIO_Mode_Out_OD = 0x14,
  7.  GPIO_Mode_Out_PP = 0x10,
  8.  GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C,
  9.  GPIO_Mode_AF_PP = 0x18
  10. }GPIOMode_TypeDef;
复制代码
嗯？这啥玩意，这就是GPIO可以充当的角色了，我们先关心第五个GPIO_Mode_Out_OD和第六个GPIO_Mode_Out_PP，你看到了，有一个Out，说明他是跟外界打交道的，换而言之，输出去东西的。啊哈，我告诉你，你需要让GPIO做一个强势的人，直接塞给LED电平是他的工作，为什么？不要着急，我在下一篇博客会仔细的说明GPIO的8种工作模式，这个8种的工作模式将会伴随我们的单片机学习之旅的终点
给啥呢？就是GPIO_Mode_Out_PP，这里的PP就是，PushPull就是一个非常自动的角色，叫做推挽输出，推是Push，挽就是Pull。关于这个的解释笔者放到后面说明。
以是，我们的编程细节就是
  1. void init_led()
  2. {
  3.     GPIO_InitTypeDef gpio_init;
  4.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
  5.     gpio_init.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
  6.     gpio_init.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  7.     gpio_init.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
  8.     GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init);
  9. }
复制代码
最后的GPIO_Init，就是让我们的单片机正眼看我们的工作，将我们对GPIO的设置角色成为实际，参数上，需要给出的是GPIO的分组和你的GPIO_InitTypeDef布局体的指针。
非常好，到这里，你调用下init_led，PA0就会从睡梦种醒来，站好军姿准备就位了。
控制我们的准备好的GPIO输出高低电平

咱不能让他门外竖着，干活啊对吧，我们下面就是用GPIO_WriteBit函数完成控制GPIO高低电平的工作。来，我们说在数字天下里，高电平是1，低电平是0（奥，一些大佬跳出来说这是错的，对！这是错的，一些场景下是反过来的，但是在这里，让单片机输出高电平给1完事，低电平给0完事，这符合我们的逻辑语义的）。
请留意，单片机程序最后是要进入一个死循环的（这个说法还不对，但是感兴趣的朋侪看看RTOS，你会高兴的发现死循环丢了单片机没跑飞，这个说法请到笔者展开的对STM32F407ZGT6的FreeRTOS框架编程中理解）
  1.     while (1)
  2.     {
  3.         GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, 1);
  4.         system_delay_ms(500);
  5.         GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, 0);
  6.         system_delay_ms(500);
  7.     }
复制代码
你猜也猜到了，system_delay_ms是笔者的延时封装，我们延时500ms，将我们的PA0依次输出高电平低电平高电平低电平。。。嗯，灯会怎么样？一闪一闪的！这里我们就不说明白。
整个代码流程如偕行云流水板的简单。
  1. #include "system_clock.h"#include "stm32f10x.h"​void init_led()
  2. {
  3.     GPIO_InitTypeDef gpio_init;
  4.     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
  5.     gpio_init.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
  6.     gpio_init.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  7.     gpio_init.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
  8.     GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init);
  9. }​int main(void){    init_led();        while (1)
  10.     {
  11.         GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, 1);
  12.         system_delay_ms(500);
  13.         GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, 0);
  14.         system_delay_ms(500);
  15.     }}
复制代码
此中，system_delay_ms是本身写的：
  1. #include "stm32f10x.h"
  2. #include "system_clock.h"
  3. ​
  4. /**
  5. * @brief the delay function for the system clock, delay in us
  6. *
  7. * @param xus
  8. */
  9. void system_delay_us(uint32_t xus)
  10. {
  11.     SysTick->LOAD = 72 * xus;               
  12.     SysTick->VAL = 0x00;                    
  13.     SysTick->CTRL = 0x00000005;            
  14.     while(!(SysTick->CTRL & 0x00010000));   
  15.     SysTick->CTRL = 0x00000004;            
  16. }
  17. ​
  18. /**
  19. * @brief the delay function for the system clock, delay in ms
  20. *
  21. * @param xms
  22. */
  23. void system_delay_ms(uint32_t xms)
  24. {
  25.     volatile uint32_t ready_delay = xms;
  26.     while(ready_delay--)
  27.     {
  28.         system_delay_us(1000);
  29.     }
  30. }
复制代码
烧录上电，恭喜你完成成就：单片机的历史性第一步：点亮一个LED灯！！！




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