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STM32 GPIO点亮LED灯教程（详细步骤，手把手指导）

写在前面：在前面的学习中，我们学习了STM32的编译环境（MDK）、时钟树以及GPIO的8种工作模式；这节我们学习正式入门STM32—点亮第一个LED灯；即利用GPIO进行电灯，尽管是一个十分简单的实现，但是其步骤也是一个完整的STM32项目，可以说是“麻雀虽小，五脏俱全”；因此，作为入门十分合适；

实验介绍：利用STM32开发板，通过HAL库函数对相关寄存器的控制，实现对开发板上LED灯的控制；

实验硬件：正点原子—STM32F1精英版开发板； 

目录

一、GPIO寄存器介绍

1.1 端口配置寄存器（GPIOx_CRL 和 GPIOx_CRH）     

1.2  端口输入数据寄存器(GPIOx_IDR)

1.3 端口输出数据寄存器（GPIOx_ODR）

1.4 端口置位/复位寄存器（GPIOx_BSRR）

1.5 端口位清除寄存器(GPIOx_BRR)

1.6 端口配置锁定寄存器(GPIOx_LCKR)

二、GPIO配置步骤

2.1 使能时钟

2.2 设置工作模式 

2.3 设置输出状态

2.4 读取输入状态

三、硬件设计

3.1 实现功能

3.2 原理图

四、程序设计

4.1 程序流程图

4.2 程序分析

 4.2.1 led驱动函数

4.2.2 main函数

五、实验现象

一、GPIO寄存器介绍

        在前面的学习中，我们对GPIO进行了基本的介绍，基本结构进行了分析以及GPIO的8中工作模式的介绍；详细的内容请大家参考我前面的博客；

STM32–GPIO（8种工作模式）-CSDN博客

         STM32F1 每组（这里是 A~D）通用 GPIO 口有 7 个 32 位寄存器控制； 分别为：CRL、CRH、TDR、ODR、BSRR、BRR以及LCKR寄存器；下面对7个寄存器做出详述（注：每组都有7个寄存器，例如：GPIOA、GPIOB都有7个相关的寄存器）；

1.1 端口配置寄存器（GPIOx_CRL 和 GPIOx_CRH）     

        这个寄存器是用于配置GPIO端口的寄存器，其中CRL 控制端口的低八位，CRH 控制端口的 高八位，每个组GPIO有16个端口（例如：GPIOA0-GPIOA15）;那么这两个寄存器控制GPIO口的什么呢？用于控制 GPIO 口的工作模式和工作速度；

CRL寄存器：

 CRH寄存器：

        这两个32位的寄存器，一共为64位，64位共控制16个端口（如：PA0-PA15）；那么相当于每4位控制一个IO口的工作模式与工作速度；CRL寄存器控制（0-7）端口，CRH寄存器控制（8-15）端口；

以3-0位（控制PX_0端口）为例：

    1-0位控制其输入输出： 

    3-2位控制其对应的模式：

        如0-3位为1010，则表示：端口1工作在复用功能的推挽输出模式，最大速度为2MHz；

        又如，我们需要让Px_7端口工作在浮空输入模式，则就要求CRL寄存器的31-28位赋值为：0100；

        故通过上面两个寄存器，作用是控制端口的输入输出模式以及工作速度；

        但是，我们仔细观察，在上面的寄存器中，如果选择的是输入模式，在上拉/下拉输入模式下，通过上面两个寄存器无法确定其到底为上拉还是下拉模式；此时，就需要另外的寄存器；

1.2  端口输入数据寄存器(GPIOx_IDR)

        该寄存器用于读取GPIOx的输出高电平或低电平；

         寄存器低 16 位有效，分别对应每一组 GPIO 的 16 个引脚。当 CPU 写访问该寄存器，可以读取对应引脚的输入电平（IDRy=0、IDRy=1)，该寄存器下方为r，表示为只读寄存器，只可以读取值，不能写入值；

1.3 端口输出数据寄存器（GPIOx_ODR）

        该寄存器用于控制 GPIOx 的输出高电平或者低电平；

        该寄存器低 16 位有效，分别对应每一组 GPIO 的 16 个引脚。当 CPU 写访问该寄存器，如 果对应的某位写 0(ODRy=0)，则表示设置该 IO 口输出的是低电平，如果写 1(ODRy=1)，则表示设置该 IO 口输出的是高电平。

        除了 ODR 寄存器，还有一个寄存器也是用于控制 GPIO 输出的，它就是 BSRR 寄存器。

1.4 端口置位/复位寄存器（GPIOx_BSRR）

         该寄存器也用于控制 GPIOx 的输出高电平或者低电平.

        该寄存器的31-16（BRy）位控制15-0引脚的ODRy的值，如果为0，对ODRy的值不产生影响，如果为1，则将ODRy的值改为0；

        该寄存器的15-0（BSy）位也控制15-0引脚的ODRy的值，如果为0，对ODRy的值不产生影响，如果为1，则将ODRy的值改为1；

        当BRy与BSy同时作用时，以BSy为主；

        此处，我们需要思考一下，为什么输出一个引脚的值，需要两个寄存器对其进行双重控制呢？

官方给出的解释是：在使用ODR在读和修改之间产生中断时，会对ORD的值产生风险，而BSRR无风险；

        我们对其进行简单的分析，ODR是一个可读可写的寄存器，那么对其进行赋值时（确定某个IO口输出电平），首先需要读出ODR寄存器的值，然后再重新为ODR进行赋值。而BSRR是一个只写寄存器，赋值时直接设置即可。BSRR 寄存器改变引脚状态的时候，不会被中断打断，而 ODR 寄存器有被中断打断的风险。

1.5 端口位清除寄存器(GPIOx_BRR)

        该寄存器用于清除ODR寄存器的值，不经常使用；

        该寄存器低 16 位有效，若为0，对应的ODRy位不产生影响；若为1，清除对应位ODRy为0；

1.6 端口配置锁定寄存器(GPIOx_LCKR)

        当执行正确的写序列设置了位16(LCKK)时，该寄存器用来锁定端口位的配置。位[15:0]用于锁 定GPIO端口的配置。在规定的写入操作期间，不能改变LCKP[15:0]。当对相应的端口位执行了 LOCK序列后，在下次系统复位之前将不能再更改端口位的配置。 每个锁定位锁定控制寄存器(CRL, CRH)中相应的4个位。

以上7个寄存器中，我们需要重视的为CRL、CRH、ODR、IDR以及BSRR寄存器；

二、GPIO配置步骤

一般外设的配置驱动模型为：

1、初始化

分为：时钟设置（包括时钟源与开启时钟）；

           参数设置；

           IO设置（可选）；

           中断设置（可选）；

2、读函数：从外设读取数据（可选）；

3、写函数：往外设写入数据（可选）；

4、中断服务函数（可选）；

         在此，我学习的时候就有个疑问与大家分享，为什么STM32进行IO口操作时，必须先要进行时钟设置（使能时钟）?

        在学习52单片机的时候，只需要直接将对应的外设寄存器配置好，就直接使用，为什么32要先配置时钟呢？

        经过查阅资料发现，51单片机的做法虽然简单，但是这样对于功耗的浪费很大，也就是说尽管有些地方用不到，还需要配置资源。为了降低功耗与发热，芯片厂商需要精准的控制某个设置的开与关，达到节能省电的目的；此外，51只有一个晶振时钟，好控制，而32的晶振4个起步，对于不同的外设需要分配不同的晶振时钟，故STM32中I/O要先进行时钟配置，在进行IO口操作；

GPIO配置步骤：

1、使能时钟 __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();//宏定义

2、设置工作模式：HAL_GPIO_Init 函数；

3、设置输出状态：HAL_GPIO_WritePin 函数；

                               HAL_GPIO_TogglePin 函数；

4、读取输入状态：HAL_GPIO_ReadPin函数；

口诀：GPIO配置，一个宏，四个函数；

下面我们对于这四个步骤进行详细说明，包括利用HAL库函数进行相关的配置说明；

2.1 使能时钟

        STM32 在使用任何外设之前，我们都要先使能其时钟（也就是打开时钟），此处利用一个宏定义：

__HAL_RCC_GPIOX_CLK_ENABLE();

此处，我们看看代码种对于其宏定义的说明是什么。打开任意一个例程源码进行搜索；（此处以GPIOA作为举例）； 

宏定义的作用就是替代，将被定义的量用定义的量进行替代；

 代码中对于此宏的定义是这样说的：

其中关键在于划线这句：

 SET_BIT(RCC->APB2ENR, RCC_APB2ENR_IOPAEN);

其中，SET_BIT的意思我们不知，再次进行查找，右键Go to Definiation of "SET_BIT"其又是一个宏定义：其含义为括号中的两个参数做或运算；

 SET_BIT(RCC->APB2ENR, RCC_APB2ENR_IOPAEN)的参数1：RCC->APB2ENR；参数2：RCC_APB2ENR_IOPAEN；分别代表什么意思呢？

RCC_APB2ENR_IOPAEN：这又是一个宏定义，我们同样跳转过去看一下去其含义：

这三行代码可以说是层层宏定义，其表达的意思就是将0X00000002（二进制为：0x00000000000000000000000000000010）左移一位成为0X00000004（二进制为：0x00000000000000000000000000000100）；

RCC->APB2ENR：是APB2外设时钟使能寄存器，让其与0X00000004进行或运算，则该寄存器的第2位进行置1；

查看参考手册，将位2置1的作用就是打开IO口时钟；

例如，我们需要使能IO端口B时钟使能,那么怎么设置呢？

__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

综上过程，__HAL_RCC_GPIOX_CLK_ENABLE();宏定义的作用就是打开GPIO端口的时钟；

2.2 设置工作模式 

        设置工作模式：HAL_GPIO_Init 函数；

        那么同样我们对于HAL_GPIO_Init函数进行分析；

对其两个参数进行分析：

void HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef  *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init)

这两个参数都为结构体指针：

结构体指针1：GPIO_TypeDef其定义格式为：

主要包括一些相关的寄存器，当然库函数已经给我们定义了这些结构体变量，例如下面的：

因此也将GPIOA成为GPIO寄存器基地址

结构体指针2：GPIO_InitTypeDef其定义格式为：

该结构体变量需要在使用时对其结构体成员进行定义使用，包括端口的引脚、工作模式、上

下拉方式以及输出速度；

PIN：引脚设置；

Mode:(工作模式)

Pull：上下拉

Speed：速度

例如，我们需要初始化IO端口B的引脚5，使其工作在推挽模式，输出速度为低速,那么怎么设置呢？

GPIO_InitTypeDef  gpio_init_struct;//定义第二个结构体变量

设置变量对应的结构体成员；

gpio_init_struct.Pin=GPIO_PIN_5;
gpio_init_struct.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
gpio_init_struct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_LOW ; 

HAL_GPIO_Init(GPIOB,&gpio_init_struct);、、引用初始化函数；

2.3 设置输出状态

        设置输出状态：HAL_GPIO_WritePin 函数；

        下面我们对于Wirte_Pin进行分析：同样利用右键或者查找找到对应函数的定义；

该函数共有三个参数：GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState

参数1：GPIO_TypeDef *GPIOx结构体指针类型，与设置工作模式的参数相同，此处不进行详述；

参数2：uint16_t GPIO_Pin与上文所说的PIN引脚的相同，选择端口对应的引脚；

参数3：GPIO_PinState此处为一个枚举类型，GPIO的状态0/1；

例如，我们需要设置PB6=1,那么怎么设置呢？

参数1为：GPIOB;参数2为:GPIO_PIN_1;参数3为：GPIO_PIN_SET；   

        HAL_GPIO_TogglePin 函数；

        下面对于TogglePin 函数进行详述：

该函数有两个参数：GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin

参数1：GPIO基地址，上文已经提及；

参数2：GPIO_Pin，端口引脚上文已经提及；

例如，我们需要设置PB10进行翻转,那么怎么设置呢？

参数1为：GPIOB;参数2为:GPIO_PIN_10;

2.4 读取输入状态

        HAL_GPIO_ReadPin函数；

        下面我们对于ReadPin函数进行详述：

该函数共有三个参数:GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin这两个参数上文已经介绍过，分别为：GPIO基地址、GPIO_Pin，端口引脚；

该函数的返回值为枚举类型，返回0代表IO为低电平，返回1代表IO为高电平；

例如，我们需要知道PB10的输入,那么怎么设置呢？

参数1为：GPIOB;参数2为:GPIO_PIN_10;在设置一个变量，将返回值赋值给变量即可；

三、硬件设计

3.1 实现功能

        使STM32F1精英版上的LED1进行闪烁；

3.2 原理图

        在该开发板上的LED灯共有3个，本次我们点亮LED0，即对PB5进行操作；我们看到LED0右端接的是VCC3.3V,那么只需要控制左端的PB5输出即可；（输出0点亮，输出1熄灭）；

        我们还需要确定GPIOB_5的工作模式；我们采用推挽输出，其特点为：输出引脚电平，高电平为VDD，低电平为VSS；

四、程序设计

4.1 程序流程图

4.2 程序分析

 4.2.1 led驱动函数

void led_init(void)//led初始化函数
{

     __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();//使能GPIOB时钟
    GPIO_InitTypeDef  gpio_init_struct; //定义结构体变量  
    gpio_init_struct.Pin=GPIO_PIN_5;//定义结构体变量成员-引脚号为5；
    gpio_init_struct.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;//定义结构体变量成员-工作模式为推挽输出；
    gpio_init_struct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_LOW ; 定义结构体变量成员-输出速度为低速；
    HAL_GPIO_Init(GPIOB,&gpio_init_struct);//引用GPIO初始化函数；
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET);//引用GPIO写入函数；

}

4.2.2 main函数

int main(void)
{
    HAL_Init();                              /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);      /* 设置时钟, 72Mhz */
    delay_init(72);                          /* 延时初始化 */
    led_init();                              /* LED初始化 */
    
    while(1)
    { 
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_SET);    /* PB5置1 */ 
        delay_ms(500);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_RESET);  /* PB5置0 */
        delay_ms(500); 
    }
}

五、实验现象

32点灯

总结：本文主要讲解了如何在STM32开发板上点亮第一个LED灯，主要的学习内容为：GPIO配置步骤以及GPIO相关的寄存器，硬件设计部分入代码分析；尽管本文的代码难度不难，但是对于程序中相关函数以及寄存器的理解，对于初学者还有一定的难度因此还是需要多加练习；

创作不易，还请大家多多点赞支持！！！

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