STM32F103标准外设库——GPIO 输入、输出 (五)

我想学LINUX2024-01-17 9:23

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文章介绍：

🎉 本篇文章对STM32学习的相关知识进行分享！🥳🥳🥳

LED 灯的控制使用到 GPIO 外设的基本输出功能，按键检测使用到 GPIO 外设的基本输入功能。

如果您觉得文章不错，期待你的一键三连哦，你的鼓励是我创作动力的源泉，让我们一起加油，一起奔跑，让我们顶峰相见！！！💪💪💪

🎁感谢大家点赞👍收藏⭐评论✍️

目录：

[一、GPIO 输出---点亮LED](#一、GPIO 输出—点亮LED)

1、硬件设计

2、软件设计

1.编程要点

2.代码分析

[（1）LED 灯引脚宏定义](#（1）LED 灯引脚宏定义)

[（2）控制 LED 灯亮灭状态的宏定义](#（2）控制 LED 灯亮灭状态的宏定义)

[（3）LED GPIO 初始化函数](#（3）LED GPIO 初始化函数)

（4）主函数

[二、GPIO 输入---按键检测](#二、GPIO 输入—按键检测)

1、硬件设计

2、软件设计

1.编程要点

2.代码分析

（1）按键引脚宏定义

[（2）按键 GPIO 初始化函数](#（2）按键 GPIO 初始化函数)

（3）检测按键的状态

（4）主函数

一、GPIO 输出---点亮LED

1、硬件设计

这是一个 RGB 灯，里面由红蓝绿三个小灯构成，使用 PWM 控制时可以混合成 256 不同的颜色。

这些 LED 灯的阴极都是连接到 STM32 的 GPIO 引脚，只要我们控制 GPIO 引脚的电平输出状态， 即可控制 LED 灯的亮灭。若您使用的实验板 LED 灯的连接方式或引脚不一样，只需根据我们的 工程修改引脚即可，程序的控制原理相同。

IO端口位的基本结构

2、软件设计

为了使工程更加有条理，我们把 LED 灯控制相关的代码独立分开存储，方便以后移植。在"工 程模板"之上新建"bsp_led.c "及"bsp_led.h "文件，其中的"bsp"即 Board Support Packet 的缩写 (板级支持包)，这些文件也可根据您的喜好命名，这些文件不属于STM32 标准库的内容，是由我们自己根据应用需要编写的。

1.编程要点

（1）. 使能 GPIO 端口时钟；

（2）. 初始化 GPIO 目标引脚为推挽输出模式；

（3）. 编写简单测试程序，控制 GPIO 引脚输出高、低电平。

2.代码分析

（1）LED 灯引脚宏定义

在编写应用程序的过程中，要考虑更改硬件环境的情况，例如 LED 灯的控制引脚与当前的不一 样，我们希望程序只需要做最小的修改即可在新的环境正常运行。这个时候一般把硬件相关的部分使用宏来封装，若更改了硬件环境，只修改这些硬件相关的宏即可，这些定义一般存储在头文 件。

cpp 复制代码 
/* 定义LED连接的GPIO端口，用户只需要修改下面LED引脚 */
// R_红色
#define LED1_GPIO_PORT    	GPIOB			              /*  GPIO端口 */
#define LED1_GPIO_CLK 	    RCC_APB2Periph_GPIOB		/* GPIO端口时钟 */
#define LED1_GPIO_PIN		GPIO_Pin_5			        /* 连接到SCL时钟线的GPIO */

// G-绿色
#define LED2_GPIO_PORT    	GPIOB			              /*  GPIO端口 */
#define LED2_GPIO_CLK 	    RCC_APB2Periph_GPIOB		/* GPIO端口时钟*/
#define LED2_GPIO_PIN		GPIO_Pin_0			        /* 连接到SCL时钟线的GPIO */

// B-蓝色
#define LED3_GPIO_PORT    	GPIOB			              /*  GPIO端口 */
#define LED3_GPIO_CLK 	    RCC_APB2Periph_GPIOB		/* GPIO端口时钟 */
#define LED3_GPIO_PIN		GPIO_Pin_1			        /*连接到SCL时钟线的GPIO */

以上代码分别把控制 LED 灯的 GPIO 端口、GPIO 引脚号以及 GPIO 端口时钟封装起来了。在实际控制的时候我们就直接用这些宏，以达到应用代码硬件无关的效果。

（2）控制 LED 灯亮灭状态的宏定义

为了方便控制 LED 灯，我们把 LED 灯常用的亮、灭及状态反转的控制也直接定义成宏。

cpp 复制代码 
/*直接操作寄存器的方法控制 IO*/
#define	digitalHi(p,i)		 {p->BSRR=i;}	 //输出为高电平
#define digitalLo(p,i)		 {p->BRR=i;}	 //输出低电平
#define digitalToggle(p,i) {p->ODR ^=i;}     //输出反转状态


/* 定义控制 IO 的宏 */
#define LED1_TOGGLE		   digitalToggle(LED1_GPIO_PORT,LED1_GPIO_PIN)
#define LED1_OFF		   digitalHi(LED1_GPIO_PORT,LED1_GPIO_PIN)
#define LED1_ON			   digitalLo(LED1_GPIO_PORT,LED1_GPIO_PIN)

#define LED2_TOGGLE		   digitalToggle(LED2_GPIO_PORT,LED2_GPIO_PIN)
#define LED2_OFF		   digitalHi(LED2_GPIO_PORT,LED2_GPIO_PIN)
#define LED2_ON			   digitalLo(LED2_GPIO_PORT,LED2_GPIO_PIN)

#define LED3_TOGGLE		   digitalToggle(LED3_GPIO_PORT,LED3_GPIO_PIN)
#define LED3_OFF		   digitalHi(LED3_GPIO_PORT,LED3_GPIO_PIN)
#define LED3_ON			   digitalLo(LED3_GPIO_PORT,LED3_GPIO_PIN)

/* 基本混色，后面高级用法使用 PWM 可混出全彩颜色, 且效果更好 */

//红
#define LED_RED  \
					LED1_ON;\
					LED2_OFF\
					LED3_OFF

//绿
#define LED_GREEN		\
					LED1_OFF;\
					LED2_ON\
					LED3_OFF

//蓝
#define LED_BLUE	\
					LED1_OFF;\
					LED2_OFF\
					LED3_ON

					
//黄 (红 + 绿)				
#define LED_YELLOW	\
					LED1_ON;\
					LED2_ON\
					LED3_OFF
//紫 (红 + 蓝)
#define LED_PURPLE	\
					LED1_ON;\
					LED2_OFF\
					LED3_ON

//青 (绿 + 蓝)
#define LED_CYAN \
					LED1_OFF;\
					LED2_ON\
					LED3_ON
					
//白 (红 + 绿 + 蓝)
#define LED_WHITE	\
					LED1_ON;\
					LED2_ON\
					LED3_ON
					
//黑 (全部关闭)
#define LED_RGBOFF	\
					LED1_OFF;\
					LED2_OFF\
					LED3_OFF

这部分宏控制 LED 亮灭的操作是直接向 BSRR、BRR 和 ODR 这三个寄存器写入控制指令来实现的，对 BSRR 写 1 输出高电平，对 BRR 写 1 输出低电平，对 ODR 寄存器某位进行异或操作可反转位的状态。

RGB 彩灯可以实现混色，如最后一段代码我们控制红灯和绿灯亮而蓝灯灭，可混出黄色效果。

代码中的"\"是 C 语言中的续行符语法，表示续行符的下一行与续行符所在的代码是同一行。代码中因为宏定义关键字"#define"只是对当前行有效，所以我们使用续行符来连接起来，以下的 代码是等效的：

cpp 复制代码 
#define LED_YELLOW LED1_ON; LED2_ON; LED3_OFF

（3）LED GPIO 初始化函数

利用上面的宏，编写 LED 灯的初始化函数

cpp 复制代码 
void LED_GPIO_Config(void)
{		
		/*定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体*/
		GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

		/*开启LED相关的GPIO外设时钟*/
		RCC_APB2PeriphClockCmd( LED1_GPIO_CLK | LED2_GPIO_CLK | LED3_GPIO_CLK, ENABLE);
		/*选择要控制的GPIO引脚*/
		GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED1_GPIO_PIN;	

		/*设置引脚模式为通用推挽输出*/
		GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;   

		/*设置引脚速率为50MHz */   
		GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; 

		/*调用库函数，初始化GPIO*/
		GPIO_Init(LED1_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);	
		
		/*选择要控制的GPIO引脚*/
		GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED2_GPIO_PIN;

		/*调用库函数，初始化GPIO*/
		GPIO_Init(LED2_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
		
		/*选择要控制的GPIO引脚*/
		GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED3_GPIO_PIN;

		/*调用库函数，初始化GPIOF*/
		GPIO_Init(LED3_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

		/* 关闭所有led灯	*/
		GPIO_SetBits(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN);
		
		/* 关闭所有led灯	*/
		GPIO_SetBits(LED2_GPIO_PORT, LED2_GPIO_PIN);	 
    
    /* 关闭所有led灯	*/
		GPIO_SetBits(LED3_GPIO_PORT, LED3_GPIO_PIN);
}

(1) 使用 GPIO_InitTypeDef 定义 GPIO 初始化结构体变量，以便下面用于存储 GPIO 配置

(2) 调用库函数 RCC_APB2PeriphClockCmd 来使能 LED 灯的 GPIO 端口时钟，在前面的章节中 我们是直接向 RCC 寄存器赋值来使能时钟的，不如这样直观。该函数有两个输入参数，第 一个参数用于指示要配置的时钟，如本例中的"RCC_APB2Periph_GPIOB"，应用时我们使 用"|"操作同时配置 3 个 LED 灯的时钟；函数的第二个参数用于设置状态，可输入"Disable" 关闭或"Enable"使能时钟。

(3) 向 GPIO 初始化结构体赋值，把引脚初始化成推挽输出模式，其中的 GPIO_Pin 使用宏 "LEDx_GPIO_PIN"来赋值，使函数的实现方便移植。

(4) 使用以上初始化结构体的配置，调用 GPIO_Init 函数向寄存器写入参数，完成 GPIO 的初始 化，这里的 GPIO 端口使用"LEDx_GPIO_PORT"宏来赋值，也是为了程序移植方便。

(5) 使用同样的初始化结构体，只修改控制的引脚和端口，初始化其它 LED 灯使用的 GPIO 引脚。

(6) 使用宏控制 RGB 灯默认关闭。

（4）主函数

编写完 LED 灯的控制函数后，就可以在 main 函数中测试了，在 main 函数中，调用我们前面定义的 LED_GPIO_Config 初始化好 LED 的控制引脚，然后直接调 用各种控制 LED 灯亮灭的宏来实现 LED 灯的控制。

cpp 复制代码 
#include "stm32f10x.h"
#include "bsp_led.h"

#define SOFT_DELAY Delay(0x0FFFFF);

void Delay(__IO u32 nCount); 

/**
  * @brief  主函数
  * @param  无  
  * @retval 无
  */
int main(void)
{	
	/* LED 端口初始化 */
	LED_GPIO_Config();	 

	while (1)
	{
		LED1_ON;			  // 亮
		SOFT_DELAY;
		LED1_OFF;		   // 灭

		LED2_ON;			 // 亮
		SOFT_DELAY;
		LED2_OFF;		   // 灭

		LED3_ON;			 // 亮
		SOFT_DELAY;
		LED3_OFF;		   // 灭	 

		/*轮流显示 红绿蓝黄紫青白 颜色*/
		LED_RED;
		SOFT_DELAY;
		
		LED_GREEN;
		SOFT_DELAY;
		
		LED_BLUE;
		SOFT_DELAY;
		
		LED_YELLOW;
		SOFT_DELAY;
		
		LED_PURPLE;
		SOFT_DELAY;
				
		LED_CYAN;
		SOFT_DELAY;
		
		LED_WHITE;
		SOFT_DELAY;
		
		LED_RGBOFF;
		SOFT_DELAY;		
	}
}

void Delay(__IO uint32_t nCount)	 //简单的延时函数
{
	for(; nCount != 0; nCount--);
}

二、GPIO 输入---按键检测

1、硬件设计

按键机械触点断开、闭合时，由于触点的弹性作用，按键开关不会马上稳定接通或一下子断开，使用按键时会产生图按键抖动说明图中的带波纹信号，需要用软件消抖处理滤波，不方便输入检测。本实验板连接的按键带硬件消抖功能，它利用电容充放电的延时，消除了波纹，从而简化软件的处理，软件只需要直接检测引脚的电平即可。

从按键的原理图可知，这些按键在没有被按下的时候，GPIO 引脚的输入状态为低电平 (按键所在的电路不通，引脚接地)，当按键按下时，GPIO 引脚的输入状态为高电平 (按键所在的电路导通， 引脚接到电源)。只要我们检测引脚的输入电平，即可判断按键是否被按下。

2、软件设计

同 LED 的工程，为了使工程更加有条理，我们把按键相关的代码独立分开存储，方便以后移植。 在"工程模板"之上新建"bsp_key.c"及"bsp_key.h"文件，这些文件也可根据您的喜好命名，这 些文件不属于 STM32 标准库的内容，是由我们自己根据应用需要编写的。

1.编程要点

（1）. 使能 GPIO 端口时钟；

（2）. 初始化 GPIO 目标引脚为输入模式 (浮空输入)；

（3）. 编写简单测试程序，检测按键的状态，实现按键控制 LED 灯。

2.代码分析

（1）按键引脚宏定义

同样，在编写按键驱动时，也要考虑更改硬件环境的情况。我们把按键检测引脚相关的宏定义到 "bsp_key.h"文件中

cpp 复制代码 
//  引脚定义
#define    KEY1_GPIO_CLK         RCC_APB2Periph_GPIOA
#define    KEY1_GPIO_PORT        GPIOA			   
#define    KEY1_GPIO_PIN		 GPIO_Pin_0

#define    KEY2_GPIO_CLK         RCC_APB2Periph_GPIOC
#define    KEY2_GPIO_PORT        GPIOC		   
#define    KEY2_GPIO_PIN		 GPIO_Pin_13

/** 按键按下标置宏
	*  按键按下为高电平，设置 KEY_ON=1， KEY_OFF=0
	*  若按键按下为低电平，把宏设置成KEY_ON=0 ，KEY_OFF=1 即可
	*/
#define KEY_ON	1
#define KEY_OFF	0

以上代码根据按键的硬件连接，把检测按键输入的 GPIO 端口、GPIO 引脚号以及 GPIO 端口时钟 封装起来了。

（2）按键 GPIO 初始化函数

利用上面的宏，编写按键的初始化函数。

cpp 复制代码 
void Key_GPIO_Config(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	
	/*开启按键端口的时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(KEY1_GPIO_CLK|KEY2_GPIO_CLK,ENABLE);
	
	//选择按键的引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = KEY1_GPIO_PIN; 
	// 设置按键的引脚为浮空输入
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; 
	//使用结构体初始化按键
	GPIO_Init(KEY1_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
	
	//选择按键的引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = KEY2_GPIO_PIN; 
	//设置按键的引脚为浮空输入
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; 
	//使用结构体初始化按键
	GPIO_Init(KEY2_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);	
}

同为 GPIO 的初始化函数，初始化的流程与"LED GPIO 初始化函数"章节中的类似，主要区别 是引脚的模式。函数执行流程如下：

(1) 使用 GPIO_InitTypeDef 定义 GPIO 初始化结构体变量，以便下面用于存储 GPIO 配置。

(2) 调用库函数 RCC_APB2PeriphClockCmd 来使能按键的 GPIO 端口时钟，调用时我们使用"|" 操作同时配置两个按键的时钟。

(3) 向 GPIO 初始化结构体赋值，把引脚初始化成浮空输入模式，其中的 GPIO_Pin 使用宏 "KEYx_GPIO_PIN"来赋值，使函数的实现方便移植。由于引脚的默认电平受按键电路影 响，所以设置成浮空输入。

(4) 使用以上初始化结构体的配置，调用 GPIO_Init 函数向寄存器写入参数，完成 GPIO 的初始 化，这里的 GPIO 端口使用"KEYx_GPIO_PORT"宏来赋值，也是为了程序移植方便。

(5) 使用同样的初始化结构体，只修改控制的引脚和端口，初始化其它按键检测时使用的 GPIO 引脚。

（3）检测按键的状态

初始化按键后，就可以通过检测对应引脚的电平来判断按键状态了。

cpp 复制代码 
 /*
 * 函数名：Key_Scan
 * 描述  ：检测是否有按键按下
 * 输入  ：GPIOx：x 可以是 A，B，C，D或者 E
 *		     GPIO_Pin：待读取的端口位 	
 * 输出  ：KEY_OFF(没按下按键)、KEY_ON（按下按键）
 */
uint8_t Key_Scan(GPIO_TypeDef* GPIOx,uint16_t GPIO_Pin)
{			
	/*检测是否有按键按下 */
	if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOx,GPIO_Pin) == KEY_ON )  
	{	 
		/*等待按键释放 */
		while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOx,GPIO_Pin) == KEY_ON);   
		return 	KEY_ON;	 
	}
	else
		return KEY_OFF;
}

（4）主函数

接下来我们使用主函数编写按键检测流程，代码中初始化 LED 灯及按键后，在 while 函数里不断调用 Key_Scan 函数，并判断其返回值，若返回值表示按键按下，则反转 LED 灯的状态。

cpp 复制代码 
#include "stm32f10x.h"
#include "bsp_led.h"  
#include "bsp_key.h" 

/**
  * @brief  主函数
  * @param  无
  * @retval 无
  */ 
int main(void)
{	
	/* LED端口初始化 */
	LED_GPIO_Config();
	LED1_ON;

	/* 按键端口初始化 */
	Key_GPIO_Config();
	
	/* 轮询按键状态，若按键按下则反转LED */
	while(1)                            
	{	   
		if( Key_Scan(KEY1_GPIO_PORT,KEY1_GPIO_PIN) == KEY_ON  )
		{
			/*LED1反转*/
			LED1_TOGGLE;
		} 

		if( Key_Scan(KEY2_GPIO_PORT,KEY2_GPIO_PIN) == KEY_ON  )
		{
			/*LED2反转*/
			LED2_TOGGLE;
		}		
	}
}

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❤️❤️❤️本人水平有限，如有纰漏，欢迎各位大佬评论批评指正！😄😄😄

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