《ARM嵌入式》课程

普中STM32-F103精灵开发版LED灯闪烁教程（含完整代码与解析）

一、开发环境搭建

1. 硬件准备

• 普中STM32-F103精灵开发板（芯片型号：STM32F103C8）

• USB数据线（用于供电和程序下载）

2. 软件准备

• Keil MDK 5（STM32开发集成环境，下载地址）

• STM32F1系列器件支持包（通过Keil内的Pack Installer安装）

二、硬件原理分析

1. LED灯电路

• 控制方式：通过GPIO端口输出高低电平控制，开发板采用低电平点亮逻辑。

• 示例连接：假设LED灯连接到PA8引脚，当PA8输出低电平时，LED导通点亮；输出高电平时熄灭。

2. 按键电路（可选功能）

• 检测逻辑：按键连接到PB12引脚，开发板内部已配置上拉电阻，按键未按下时PB12为高电平，按下时电平拉低。

三、完整程序代码及分段解析

1. 新建工程步骤

1. 打开Keil MDK，点击 Project → New μVision Project，命名工程（如“LED_Flash”）并选择保存路径。

2. 在器件选择窗口中搜索并选择 STM32F103C8，点击 OK。

3. 在弹出的“Manage Run-Time Environment”中，勾选 CMSIS 和 STM32F1xx Device Family 下的 Startup 文件，点击 OK 完成工程创建。

2. 编写代码及解析

main.c
#include "stm32f10x.h"                  // 芯片寄存器定义  
#include "stm32f10x_conf.h"              // 库函数头文件配置  
解析：

• #include "stm32f10x.h"：包含了STM32F10x系列芯片的寄存器定义，是操作硬件寄存器的基础。

• #include "stm32f10x_conf.h"：用于配置工程中需要使用的库函数头文件，在本文件中配置了GPIO和RCC相关的头文件，为后续调用相关库函数做准备。
// 宏定义：LED和按键对应引脚  
#define LED_PIN       GPIO_Pin_8    // LED连接PA8  
#define LED_PORT      GPIOA         // 端口A  
#define KEY_PIN       GPIO_Pin_12   // 按键连接PB12（可选功能）  
#define KEY_PORT      GPIOB         // 端口B  
解析：
使用宏定义将具体的引脚编号和端口名称进行符号化，方便后续代码的修改和维护。如果开发板上LED或按键的连接引脚发生变化，只需要修改此处的宏定义即可，无需在代码中逐个修改引脚参数。
// 延时函数（基于SysTick定时器，72MHz系统时钟）  
void delay_ms(uint32_t ms) {  
    SysTick->LOAD = (ms * 72000) / 8;  // 计算重载值  
    SysTick->VAL = 0x00;               // 清空当前值  
    SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;  // 使能定时器  
    while (!(SysTick->CTRL & SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk));  // 等待计数完成  
    SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; // 关闭定时器  
}  
解析：

• 函数功能：实现毫秒级延时。

• 原理：利用STM32内部的SysTick定时器。SysTick定时器是一个24位的倒计数定时器，当计数值为0时，将从LOAD寄存器中自动重装初值。

• 关键代码解释：

◦ SysTick->LOAD = (ms * 72000) / 8;：计算定时器的重载值。STM32F103默认系统时钟为72MHz，经8分频后，SysTick定时器的时钟频率为9MHz（即每1/9μs计数一次）。为了实现ms毫秒的延时，需要计数ms * 9000次，因此将该值赋给LOAD寄存器。

◦ SysTick->VAL = 0x00;：清空当前计数值，确保定时器从0开始计数。

◦ SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;：使能SysTick定时器。

◦ while (!(SysTick->CTRL & SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk));：等待定时器计数完成，当计数值减为0时，会设置COUNTFLAG标志位，通过循环检测该标志位判断延时是否结束。

◦ SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;：关闭SysTick定时器。
int main(void) {  
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;  // GPIO初始化结构体  

    // 1. 使能GPIOA和GPIOB时钟（APB2总线）  
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);  
解析：

• GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;：定义一个GPIO初始化结构体变量，用于配置GPIO引脚的工作模式、速度等参数。

• RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);：

◦ 功能：使能GPIOA和GPIOB的时钟。在STM32中，外设使用前必须先使能其对应的时钟，GPIOA和GPIOB挂载在APB2总线上，因此通过此函数开启时钟。

◦ 参数解释：

◦ RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB：通过按位或操作同时选择GPIOA和GPIOB两个外设。

◦ ENABLE：表示使能选定的外设时钟。
    // 2. 配置LED引脚为推挽输出（50MHz速度）  
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = LED_PIN;  
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;  // 推挽输出模式  
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  
    GPIO_Init(LED_PORT, &GPIO_InitStruct);  
解析：

• 配置LED引脚为推挽输出模式：

◦ GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = LED_PIN;：选择要配置的引脚为之前定义的LED_PIN（即PA8）。

◦ GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;：设置引脚工作模式为推挽输出。推挽输出模式下，引脚可以输出高电平或低电平，适合直接驱动LED等负载。

◦ GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;：设置引脚的最大输出速度为50MHz，以满足快速切换电平的需求。

◦ GPIO_Init(LED_PORT, &GPIO_InitStruct);：将配置好的参数应用到LED_PORT（即GPIOA）上。
    // 3. 配置按键引脚为浮空输入（可选功能）  
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = KEY_PIN;  
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;  // 浮空输入模式  
    GPIO_Init(KEY_PORT, &GPIO_InitStruct);  
解析：

• 配置按键引脚为浮空输入模式：

◦ GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = KEY_PIN;：选择要配置的引脚为之前定义的KEY_PIN（即PB12）。

◦ GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;：设置引脚工作模式为浮空输入。浮空输入模式下，引脚电平状态完全由外部电路决定，由于开发板内部已为按键引脚配置上拉电阻，按键未按下时引脚为高电平，按下时拉低为低电平。

◦ GPIO_Init(KEY_PORT, &GPIO_InitStruct);：将配置好的参数应用到KEY_PORT（即GPIOB）上。
    while (1) {  
        // 基础功能：LED闪烁（无需按键，独立运行）  
        GPIO_ResetBits(LED_PORT, LED_PIN);  // 低电平点亮LED  
        delay_ms(500);                      // 延时500ms  
        GPIO_SetBits(LED_PORT, LED_PIN);    // 高电平熄灭LED  
        delay_ms(500);                      // 延时500ms  

        // 扩展功能：按键控制（单次按下常亮，双击快速闪烁）  
        // （如需使用，取消下方注释并连接按键电路）  
        /*  
        if (GPIO_ReadInputDataBit(KEY_PORT, KEY_PIN) == Bit_RESET) {  
            delay_ms(10);  // 消抖  
            if (GPIO_ReadInputDataBit(KEY_PORT, KEY_PIN) == Bit_RESET) {  
                // 单次按下逻辑  
                GPIO_ResetBits(LED_PORT, LED_PIN);  // 常亮  
                while (GPIO_ReadInputDataBit(KEY_PORT, KEY_PIN) == Bit_RESET);  
            }  
        }  
        */  
    }  
}  
解析：

• 基础功能：LED闪烁：

◦ GPIO_ResetBits(LED_PORT, LED_PIN);：将LED_PIN（PA8）引脚电平置为低电平，点亮LED。

◦ delay_ms(500);：调用延时函数，使LED保持点亮状态500毫秒。

◦ GPIO_SetBits(LED_PORT, LED_PIN);：将LED_PIN（PA8）引脚电平置为高电平，熄灭LED。

◦ delay_ms(500);：再次调用延时函数，使LED保持熄灭状态500毫秒。通过不断循环实现LED的周期性闪烁。

• 扩展功能：按键控制（注释状态，需手动启用）：

◦ if (GPIO_ReadInputDataBit(KEY_PORT, KEY_PIN) == Bit_RESET)：检测按键是否按下，通过读取KEY_PIN（PB12）引脚电平是否为低电平判断。

◦ delay_ms(10);：软件消抖，防止按键机械抖动导致误判。

◦ 内层if语句：二次确认按键按下，确保检测的有效性。

◦ GPIO_ResetBits(LED_PORT, LED_PIN);：按键按下时，将LED置为常亮状态。

◦ while (GPIO_ReadInputDataBit(KEY_PORT, KEY_PIN) == Bit_RESET);：等待按键释放，阻塞程序直至按键松开。

四、程序编译与下载

1. 编译工程

点击Keil界面上方 Rebuild All，编译成功后生成 .hex 文件（若报错，检查引脚配置或语法错误）。

2. 下载程序

• ST-Link下载（开发板支持ST-Link接口）：

1. 用USB线连接开发板与电脑。

2. 打开 ST-Link Utility，点击 Connect 连接开发板。

3. 点击 Open File 选择编译生成的**.hex**文件，点击 Program 下载。

五、功能测试

1. 基础功能（无按键版）

• 下载程序后，开发板上电，LED灯会以500ms间隔闪烁（亮灭交替）。

2. 扩展功能（按键控制版，需连接按键）

• 单次按下：按键按下时LED常亮，松手后恢复闪烁。

• 双击操作：快速连续按下两次，LED以200ms间隔快速闪烁，再次按下任意键恢复默认节奏。

六、常见问题排查

1. LED不亮：

◦ 检查USB供电是否正常（开发板电源指示灯是否亮起）。

◦ 确认代码中LED引脚与开发板实际连接一致（如是否为PA8或其他引脚）。

2. 程序无法下载：

◦ 确保开发板处于待机模式（部分开发板需按下复位键再下载）。

◦ 检查下载工具是否匹配（如使用DAP-Link需更换对应驱动）。

通过本教程，可快速掌握STM32基础开发流程，后续可尝试修改延时参数或添加更多外设（如蜂鸣器、OLED屏幕）扩展功能。