【嵌入式开发学习】第5天：STM32 入门 + GPIO 驱动（从软件到硬件实操）

原创已于 2025-11-02 10:36:45 修改 · 735 阅读

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#学习 #stm32 #嵌入式硬件 #嵌入式 #c# #c语言

于 2025-11-01 21:16:41 首次发布

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核心目标：从纯软件语法过渡到实际硬件开发，学会搭建 STM32 开发环境，理解 GPIO（通用输入输出口）原理，用 HAL 库实现 “LED 点亮 / 闪烁” 和 “按键控制 LED”—— 这是嵌入式开发 “从代码到实物” 的关键一步，让你真正看到代码控制硬件的效果。

一、STM32 与开发环境搭建（40 分钟，动手实操）

1. 为什么选 STM32？

STM32 是意法半导体（ST）的 32 位单片机（MCU），性价比高、资料丰富（官方例程 + 社区支持），是嵌入式入门的首选（我们以最经典的 STM32F103C8T6 “蓝桥板” 为例，成本低、易上手）。

2. 开发环境：STM32CubeIDE（新手友好，集成 HAL 库）

下载安装：官网搜索 “STM32CubeIDE”（免费），按提示安装（注意勾选 “ST-Link 驱动”，用于下载程序到开发板）。
核心优势：可视化配置硬件（不用手动写寄存器）、自动生成初始化代码、集成编译和下载功能，新手只需专注业务逻辑。

3. 硬件准备：

STM32F103C8T6 开发板（蓝桥板）、Micro-USB 线（供电 + 下载）、LED（板载已有，无需额外准备）、按键（板载已有）。

二、GPIO 原理：嵌入式 “控制硬件的接口”（30 分钟）

GPIO（General Purpose Input Output，通用输入输出口）是 MCU 与外部硬件（LED、按键、传感器）连接的 “桥梁”，通过配置 GPIO 的工作模式，可实现 “输出高低电平”（控制 LED）或 “读取外部电平”（检测按键）。

1. GPIO 的核心特性：

引脚：STM32 有多个 GPIO 端口（A、B、C...），每个端口有 16 个引脚（如 PA0、PA1、PC13 等），板载 LED 通常接在 PC13（低电平点亮），按键接在 PA0（按下时为低电平）。
工作模式（常用 2 种）：
- 输出模式：GPIO 可输出高电平（3.3V）或低电平（0V），用于控制 LED、继电器等。
- 输入模式：GPIO 可检测外部输入的电平（高 / 低），用于读取按键、传感器状态等。
控制方式：
- 寄存器：直接操作硬件寄存器（如 GPIOx_ODR 输出数据寄存器），效率高但复杂（新手先不用）。
- HAL 库函数：ST 提供的封装好的函数（如HAL_GPIO_WritePin输出电平），简单易用，适合入门。

三、实操 1：用 HAL 库点亮并闪烁 LED（50 分钟，核心！）

目标：通过代码控制板载 LED（PC13）周期性亮灭（闪烁），体验 “代码控制硬件” 的完整流程。

步骤 1：创建 STM32CubeIDE 工程

打开 CubeIDE，点击「File→New→STM32 Project」；
在 “Part Number” 中搜索 “STM32F103C8T6”，选中后点击「Next」；
工程名填 “LED_Blink”，路径选英文目录（避免中文乱码），点击「Finish」→ 弹出的对话框选「Yes」（生成初始化代码）。

步骤 2：配置 GPIO 引脚（可视化配置）

进入 “Pinout & Configuration” 界面（左侧标签）；
找到 PC13 引脚（在右侧芯片图上，或搜索框输入 “PC13”）；
点击 PC13，选择 “GPIO_Output”（配置为输出模式）；
点击左侧 “System Core→GPIO→PC13”，配置参数（默认即可）：
- GPIO output level：默认低电平（初始状态 LED 亮）；
- GPIO mode：Output Push Pull（推挽输出，可输出高低电平）；
- GPIO Pull-up/Pull-down：No pull-up and no pull-down（无需上下拉）；
- Maximum output speed：Low（低速即可，LED 不需要高速）。

步骤 3：生成初始化代码

点击顶部「Project→Generate Code」，CubeIDE 会自动生成 GPIO 初始化代码（在main.c和gpio.c中）。

步骤 4：编写 LED 闪烁逻辑（修改 main 函数）

打开main.c，在while(1)循环中添加代码（让 LED 每隔 500ms 翻转一次）：

/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
  /* 翻转PC13引脚电平：亮→灭→亮... */
  HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);
  
  /* 延时500ms：HAL库提供的毫秒级延时函数 */
  HAL_Delay(500);
  
  /* USER CODE END WHILE */
  /* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */

步骤 5：下载程序到开发板

用 Micro-USB 线连接开发板和电脑，确保 ST-Link 驱动已安装（设备管理器中无黄色感叹号）；
点击顶部「Run→Run」（或绿色三角按钮），CubeIDE 会自动编译并下载程序到开发板。

现象：板载 LED 开始周期性闪烁（500ms 亮，500ms 灭），成功！

四、实操 2：按键控制 LED（结合中断，30 分钟）

目标：用板载按键（PA0）控制 LED：按下按键时 LED 点亮，松开时熄灭（用中断方式检测按键，复习第四天的中断知识）。

步骤 1：重新配置 GPIO（按键用输入中断模式）

新建工程 “Key_Control_LED”，配置 PC13 为 “GPIO_Output”（LED 不变）；
配置 PA0 为 “GPIO_EXTI0”（外部中断 0，对应 PA0 引脚）；
配置中断参数：
- 左侧 “System Core→GPIO→PA0”：
  - GPIO mode：Input mode（输入模式）；
  - GPIO Pull-up/Pull-down：Pull-up（上拉，未按下时为高电平）；
- 左侧 “System Core→NVIC”（中断控制器）：
  - 勾选 “EXTI line0 interrupt”（使能 EXTI0 中断），优先级默认即可。

步骤 2：生成代码后，编写中断服务函数

在main.c中，先初始化 LED 为熄灭状态（在MX_GPIO_Init();后添加）：

/* 初始化LED为熄灭：PC13输出高电平（板载LED低电平点亮） */
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);

找到中断回调函数（CubeIDE 自动生成框架，在stm32f1xx_hal_gpio.c中，或在main.c中重写）：在main.c的 “USER CODE BEGIN 4” 区域添加：

/* 外部中断回调函数：按键按下时触发（PA0电平变化） */
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
  if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_0)  // 确认是PA0触发的中断
  {
    /* 延时消抖（简单处理：按键机械抖动导致的多次触发） */
    HAL_Delay(10);
    
    /* 读取PA0电平：按下时为低电平（GPIO_PIN_RESET） */
    if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET)
    {
      /* 按键按下：点亮LED（PC13输出低电平） */
      HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
    }
    else
    {
      /* 按键松开：熄灭LED（PC13输出高电平） */
      HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);
    }
    
    /* 清除中断标志位（避免重复触发） */
    __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_PIN_0);
  }
}

步骤 3：下载程序，测试效果

按下按键（PA0），LED 点亮；松开按键，LED 熄灭 —— 中断响应成功！

五、第五天必掌握的 3 个关键知识点（10 分钟自测）

GPIO 是 MCU 控制外部硬件的接口，核心模式：输出（控制 LED）、输入（检测按键）。
STM32CubeIDE 的使用流程：创建工程→配置引脚→生成代码→编写逻辑→下载运行。
HAL 库核心函数：
- HAL_GPIO_WritePin(GPIOx, GPIO_PIN_x, level)：设置引脚电平（GPIO_PIN_SET高，GPIO_PIN_RESET低）；
- HAL_GPIO_TogglePin(GPIOx, GPIO_PIN_x)：翻转引脚电平；
- HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx, GPIO_PIN_x)：读取引脚电平；
- HAL_Delay(ms)：毫秒级延时。