【蓝桥杯——物联网设计与开发】Part1：GPIO

逝灮2025-01-08 8:55

目录

一、GPIO输出------LED

（1）资源介绍

🔅原理图

🔅驱动原理

[（2）STM32CubeMX 软件配置](#（2）STM32CubeMX 软件配置)

（3）代码编写

[🟢️main 函数](#🟢️main 函数)

（4）实验现象

二、LED接口函数封装

🟡️LED接口函数

🔴LED接口函数调用实例

三、GPIO输入------KEY

（1）资源介绍

🔅原理图

🔅驱动原理

[（2）STM32CubeMX 软件配置](#（2）STM32CubeMX 软件配置)

（3）代码编写

[🟢️main 函数](#🟢️main 函数)

（4）实验现象

四、KEY接口函数封装

🟡️KEY接口函数

🔴KEY接口函数调用实例

五、GPIO常用函数讲解

🔅GPIO写函数

🔅GPIO读函数

🔅GPIO翻转函数

一、GPIO输出------LED

（1）资源介绍

🔅原理图

在新版蓝桥杯物联网竞赛实训平台中，每个节点都有3个板载 LED ，D1 、D2 、D3；

🟢️LED原理图如图1所示：
图1 LED电路原理图

通过电路图连接可知，引脚资源配置情况为：

LED MCU
D1 PB2
D2 PB5
D3 PB12
[表1 引脚资源配置情况]

🔅驱动原理

D1 、D2 、D3 是发光二极管，其左侧连接芯片引脚，右侧连接 VDD，即节点电源。

  • 当引脚输出低电平时，LD 两侧压差大于二极管导通电压而导通，LD 点亮；
  • 当引脚输出高电平时，LD 两侧压差小于二极管导通电压而截止，LD 熄灭；

（2）STM32CubeMX 软件配置

1️⃣打开软件，在搜索栏中搜索 STM32WLE5CCU6 系列 → 在右侧下方选择 UFQFPN48 封装 → 点击 "Start Project"；
图2 STM32CubeMX芯片选择

2️⃣点击 "System Core" 栏 → 点击 "RCC" → 将 "HSE" 和 "LSE" 配置为**"Crystal/Ceramic Resonator"**（水晶/陶瓷晶振）；

如图4所示，新版平台的MCU 连接了两个外部晶振，分别是32.768kHz 的低速晶振和32MHz的高速晶振，能够提供更稳定的时钟；

这里的低速晶振修复了旧平台RTC 时钟不准的bug；
图3 外部时钟源配置
图4 外部晶振

3️⃣点击 "Trace and Debug" → 点击 "DEBUG" → 将**"JTAG and Trace"** 栏配置为 "Serial Wire" ，从而配置 Debug 串行线，有助于 Keil 编译器的 Debug调试与信号的追踪检测；
图5 Debug线配置

4️⃣点击 "Clock Configuration" 栏 → 在 "HCLK1（MHz）" 框中填写最大时钟 48 （MHz） → 回车即可自动配置时钟树；
图6 时钟树配置

5️⃣回到 "Pinout & Configuration" 栏 → 点击 "System Core" 栏 → 点击 "NVIC" 栏 → 将**"Time base: System tick timer"** 的 "Preemption priority" 更改为0；

⚠️这里是将时基时钟中断的抢占优先级 更改为0，即最高优先级，以此保证时基时钟的准确性；
图7 时基时钟中断抢占优先级更改

6️⃣点击引脚 PB2、PB5、PB12 → 选择 GPIO_Output模式（此处默认为推挽输出）；
图8 LED引脚配置

7️⃣点击 "Project Manager" 栏 → ⚠️注意 "Toolchain / IDE" 应当修改为 "MDK-ARM" → **"Code Generator"**栏中配置如图10所示 → 生成代码，打开文件即可；
图9 工具链切换
图10 Code Generator配置

（3）代码编写

🟢️main 函数

cpp 复制代码 
/**
  * @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();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
      // 引脚电平翻转
	  HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_2);
	  HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_5);
	  HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_12);
      // 延迟500ms
	  HAL_Delay(500);
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

（4）实验现象

D1、D2、D3 间隔0.5s闪烁；

二、LED接口函数封装

🟡️LED接口函数

cpp 复制代码 
/* LED接口函数 */
void LED_Disp(uint8_t led_state)
{
	
	/* LD1 */
	if((led_state & 1) == 1)
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);	// 低电平点亮
	else                           
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);		// 高电平熄灭
	/* LD2 */
	if((led_state & 2) == 2)          
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET);
	else                        
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET);
	/* LD3 */
	if((led_state & 4) == 4)          
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_RESET);
	else                            
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_SET);
}

🔴LED接口函数调用实例

cpp 复制代码 
/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */
	uint8_t	led_state = 0;	// led状态变量定义
  /* 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();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
	  led_state ^= 1;		// D1状态取反
	  led_state &= ~2;		// D2点亮
	  LED_Disp(led_state);
	  HAL_Delay(500);
	  led_state |= 2;		// D2熄灭
	  LED_Disp(led_state);
	  HAL_Delay(500);
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

三、GPIO输入------KEY

（1）资源介绍

🔅原理图

在新版蓝桥杯物联网竞赛实训平台中，每个节点都有2个板载 KEY ，SW1 、SW2；

🟢️KEY原理图如图11所示：

图11 KEY电路原理图

通过电路图连接可知，引脚资源配置情况为：

KEY MCU
SW1 PA8
SW2 PB8
[表2 引脚资源配置情况]

🔅驱动原理

SW 上方连接着 10K 电阻（上拉电阻）、节点电源 VDD、引脚，下方接地。

  • 当按键按下时，引脚与 GND 连接导通，读取到低电平；
  • 当按键抬起时，引脚与 VDD 连接，读取到高电平；

（2）STM32CubeMX 软件配置

1️⃣返回软件，点击引脚 PA8、PB8 → 选择 GPIO_Input模式（此处默认不配置上拉电阻和下拉电阻，由于按键电路已经带有上拉电阻，故不修改相关配置）；
图12 按键引脚配置

2️⃣生成代码；

（3）代码编写

🟢️main 函数

cpp 复制代码 
/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */
	uint8_t led_state = 0xff;	// led状态变量，初始全灭
  /* 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();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
	  // SW1按键状态检测
	  if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_8) == 0)
	  {
		  HAL_Delay(10);	// 延迟消抖
		  if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_8) == 0)	// 再次检测，确认是否是按下
		  {
			  led_state &= ~1;	// D1亮
			  while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_8) == 0);	// 抬手检测
		  }
	  }
	  // SW2按键状态检测
	  if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_8) == 0)
	  {
		  HAL_Delay(10);
		  if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_8) == 0)
		  {
			  led_state |= 1;	// D1灭
			  while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_8) == 0);
		  }
	  }
	  // LED显示
	  LED_Disp(led_state);
	  HAL_Delay(10);	// 延迟10ms
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

（4）实验现象

按下按键SW1 ，D1亮；

按下按键SW2 ，D1灭；

四、KEY接口函数封装

🟡️KEY接口函数

cpp 复制代码 
uint8_t Key_Read(void)
{
	uint8_t key_value = 0;	// 中间变量，存储按键状态
	if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_8) == 0)	// 引脚状态读取
		key_value |= 1;	// 读取到按键SW1按下
	if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_8) == 0)
		key_value |= 2;	// 读取到按键SW2按下
	else
		key_value = 0;	// 均未读到
	return key_value;
}

🔴KEY接口函数调用实例

cpp 复制代码 
uint8_t cnt_10ms;			// 10ms计时变量，放在滴答计时器中自增
uint8_t led_state = 0xff;	// led状态变量，初始全灭
/* 按键任务处理函数 */
void Task_Key(void)
{
	uint8_t key_temp, key_down;
	static uint8_t key_old = 0;
	/* 每10ms进入一次 */
	if(cnt_10ms < 10)	return;
	cnt_10ms = 0;
	/* 边沿检测 */
	key_temp = Key_Read();	                        // 键值读取
	key_down = key_temp & (key_temp ^ key_old);		// 下降沿判断
	key_old = key_temp;		                        // 键值存储
	/* 下降沿逻辑 */
	if(key_down)
	{
		switch(key_down)
		{
			// SW1 按下
			case 1:
				led_state &= ~1;	// D1亮
			break;
			// SW2 按下
			case 2:
				led_state |= 1;		// D1灭
			break;
			// SW1和SW2同时按下
			case 3:
				led_state ^= 2;		// D2状态取反
			break;
			default:	break;
		}
	}
}

五、GPIO常用函数讲解

🔅GPIO写函数

void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)

  • **作用：**设置或清除选定的数据端口位；
  • **参数1：**GPIO端口
  • **参数2：**GPIO引脚
  • **参数3：**指定要写入所选位的值：GPIO_PIN_RESET（清除）、GPIO_PIN_SET（置位）
  • **返回值：**无

在LED接口封装函数中，使用了该函数。可以理解为对端口引脚写入电平1或者电平0；

🔅GPIO读函数

GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

  • 作用：读取指定引脚的电平；
  • 参数1：GPIO端口
  • 参数2：GPIO引脚
  • 返回值：引脚电平值

在KEY接口封装函数中，使用了该函数。用于读取引脚的输入电平；

⚠️该函数不仅仅用于读取输入引脚，还可以用于读取输出引脚，从而判断是否输出正确的电平值❗️

🔅GPIO翻转函数

void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

  • **作用：**翻转指定引脚的电平；
  • **参数1：**GPIO端口
  • **参数2：**GPIO引脚
  • **返回值：**无

在做LED闪烁功能时，可以直接调用该函数；

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