STM32——GPIO设置：快速点亮第一个LED灯

简介

不同的开发板的原理图结构也不尽相同，笔者在这里使用野火的MINI-V3（F103VET6）简易开发板对GPIO口的设置做一个简单的介绍，并实现按键控制LED灯的亮灭。方便读者可以快速熟悉并灵活应用。

原理图分析

首先我们来看一下发光二极管部分和按键部分的原理图。

下面是按键的原理图部分：

在这里，我们将使用KEY1(PA0)来控制红灯PB5的亮灭。由原理图可知，其控制LED灯的PB5引脚为低电平时，灯亮。当KEY1按下时，PA0引脚由之前的低电平转为高电平（3V3）。明确了目的之后我们就可以分析GPIO口并进行设置了。

GPIO设置

经过上述的功能明确之后，我们将其分为两大类，分别是输入类（如按键）和输出类（LED灯）。
STM32系列单片机的引脚有着丰富的功能，在这里将其芯片的GPIO口部分的结构图放出，有兴趣的朋友可自行研究或在评论区留言讨论。在这里笔者将不再讲解时钟树的相关内容，以免对初学者造成较大压力，有兴趣的朋友可自行参考官方文档。

输入输出模式

GPIO的输入、输出种类详见下表。

功能 名称 简述 输入 上拉输入（GPIO_Mode_IPU） 默认状态下（引脚无输入），读得的数据为1，高电平 输入 下拉输入（GPIO_Mode_IPD） 与上拉输入相反，默认为0，低电平 输入 浮空输入（GPIO_Mode_IN_FLOATING） 输入不确定，无上拉和下拉。输入阻抗较大，一般用于标准通信协议如I2C、USART的接收端 输入 模拟输入模式（GPIO_Mode_AIN） 一般由ADC采集电压信号时将其设置为模拟输入。 输出 普通推挽输出（GPIO_Mode_Out_PP） 输出电平为3.3V 输出 普通开漏输出（GPIO_Mode_Out_OD） 若要输出5V，则需外加上拉电阻，电源为5V。输出为高阻态时，由上拉电阻和电源向外输出5V的高电平 输出 复用推挽输出（GPIO_Mode_AF_PP） 引脚复用功能采用复用模式 输出 复用开漏输出（GPIO_Mode_AF_OD） 复用模式，且加入上拉电阻

由上表可知，我们需要将LED灯的引脚设置为推挽输出。按键部分的输入可以是上拉输入也可以是下拉输入。在这里，因为我们的电路原理图设置的是按键按下为高，释放为低。所以我们使用下拉输入的模式 。

结构体设置

STM32以高效的库函数开发而著称。由于其寄存器过多，不适合类似51系列单片机的寄存器操作，所以我们将直接采用库函数开发的方法（CMSIS 3.5.0版本）。

STM32的库函数将结构体的功效发挥到了极致，我们首先来看一下GPIO口的结构体定义：

typedef struct {  uint16_t GPIO_Pin;             /*!< Specifies the GPIO pins to be configured.                                      This parameter can be any value of @ref GPIO_pins_define */  GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;  /*!< Specifies the speed for the selected pins.                                      This parameter can be a value of @ref GPIOSpeed_TypeDef */  GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;    /*!< Specifies the operating mode for the selected pins.                                      This parameter can be a value of @ref GPIOMode_TypeDef */}GPIO_InitTypeDef;

在这个结构体之中，主要包括三个成员：引脚设置（GPIO_Pin）、引脚最大输出速度（GPIO_Speed）和引脚模式（GPIO_Mode）。在这之中，GPIO还有一个重要的定义，即确定组别：GPIOA~GPIOG.
他们的种类又可以分别划分为：

• GPIO_Speed:
  
  • GPIO_Speed_10MHz
  • GPIO_Speed_2MHz
  • GPIO_Speed_50MHz
• GPIO_Mode:
  
  • GPIO_Mode_AIN
  • GPIO_Mode_IN_FLOATING
  • GPIO_Mode_IPD
  • GPIO_Mode_IPU
  • GPIO_Mode_Out_OD
  • GPIO_Mode_Out_PP
  • GPIO_Mode_AF_OD
  • GPIO_Mode_AF_PP
• GPIO_Pin:
  
  • GPIO_Pin_0
  • GPIO_Pin_1
  • GPIO_Pin_2
  • GPIO_Pin_3
  • GPIO_Pin_4
  • GPIO_Pin_5
  • GPIO_Pin_6
  • GPIO_Pin_7
  • GPIO_Pin_8
  • GPIO_Pin_9
  • GPIO_Pin_10
  • GPIO_Pin_11
  • GPIO_Pin_12
  • GPIO_Pin_13
  • GPIO_Pin_14
  • GPIO_Pin_15

熟悉结构体类别以后我们可以进行结构体的定义以及GPIO口的初始化。由于GPIO处于APB2时钟线下，所以我们必须要开启相应的时钟。代码如下：

void key_gpio_config(void) {    GPIO_InitTypeDef key_struct;    // 定义结构体    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);   // 开启时钟    key_struct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;    //结构体成员设置；对于按键初始化而言，由于GPIO是输入模式，故不必设置最大输出速度    key_struct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;    GPIO_Init(GPIOA, &key_struct);    // 初始化引脚}void led_gpio_config(void) {    // 同上    GPIO_InitTypeDef led_struct;    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);    led_struct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;    led_struct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    led_struct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;    GPIO_Init(GPIOB, &led_struct);}

自此，结构体设置结束。下面进行GPIO口的操作。

GPIO操作

对于库函数开发来说，一切硬件操作都可以使用函数来解决。如：

uint16_t  GPIO_ReadInputData (GPIO_TypeDef *GPIOx)   // Reads the specified GPIO input data port. uint8_t  GPIO_ReadInputDataBit (GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)   // Reads the specified input port pin. uint16_t  GPIO_ReadOutputData (GPIO_TypeDef *GPIOx)   // Reads the specified GPIO output data port. uint8_t  GPIO_ReadOutputDataBit (GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)   // Reads the specified output data port bit. void  GPIO_ResetBits (GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)   // Clears the selected data port bits. void  GPIO_SetBits (GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)   // Sets the selected data port bits. void  GPIO_StructInit (GPIO_InitTypeDef *GPIO_InitStruct)   // Fills each GPIO_InitStruct member with its default value. void  GPIO_Write (GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t PortVal)   // Writes data to the specified GPIO data port. void  GPIO_WriteBit (GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal)   // Sets or clears the selected data port bit. 

对于本题目而言，使用简单的写入操作即可。

int main(){    led_gpio_config();    GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_5, 1);    //初始化，使灯为熄灭状态    key_gpio_config();    while(1) {        if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_0) == 1) {            GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_5, Bit_RESET);        }        else {            GPIO_WriteBit(GPIOB, GPIO_Pin_5, Bit_SET);        }    }}

至此，GPIO的操作完成，功能也成功实现。但是按键部分未加消抖处理，所以可能出现不稳定的状态。不过对于本示例来说，这一现象并不明显。