【STM32】Gpio通用输入输出功能应用笔记

一、前言

1.1 开发环境

①Keil MDK V5.38a
②STM32CubemxV6.10.0
③正点原子战舰板（STM32F103ZET6）
④高速DAP仿真器

1.2 GPIO电路原理

1.3 板卡电路原理

1.3.1 按键电路原理

由下图可知，Key0、Key1和Key2会在按键按下时，将对应的Gpio管脚连接到GND，即将Gpio管脚拉低，当按键没有按下时Gpio管脚应该默认为高电平，用来区分按键按下和未按下两种状态；所以需要使能Gpio管脚的输入模式，并配置GPIO管脚上拉。

1.3.2 Led电路原理

由下图可知，当Gpio管脚输出低电平时，会在Led的两端产生电压差，从而驱动Led点亮，当Gpio管脚输出高电平时，会在Led的两端没有电压差，Led熄灭；所以需要使能Gpio管脚为输出模式，并配置Gpio管脚上拉。

1.3.3 Beep电路原理

由下图可知，当Gpio管脚输出高电平时，会在导通三极管，同时Beep的两端会产生电压差，从而驱动Beep鸣叫，当Gpio管脚输出低电平时，会在关断三极管，同时Beep的两端没有电压差，Beep停止鸣叫；所以需要使能Gpio管脚为输出模式，并配置Gpio管脚下拉。

二、功能实现

2.1 配置STM32Cubemx工程

1、配置MCU调试功能（PS：若不配置该参数可能导致程序下载一次后，再次下载失败的情况）

根据实际调试器与MCU引脚的连接数量选择调试参数，通常只连接2个管脚选择Serial Wire。

2、配置连接LED1的GPIO管脚（鼠标左键选择GPIO_Output即可，鼠标右键选择Enter User Label即可设置GPIO管脚名称）

3、配置连接BEEP的GPIO管脚

4、配置连接KEY2的GPIO管脚

5、配置连接KEY1的GPIO管脚

6、配置连接KEY0的GPIO管脚

7、配置MCU时钟树，默认使用外部时钟源，并配置系统时钟为72MHz

8、生成Keil MDK工程

2.2 Keil MDK工程编码

2.2.1 按键功能代码

uint32_t Independent_Button_Scan(void)
{
    if(GPIO_PIN_SET == HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port, KEY0_Pin))
    {
        return 1;
    }
    else if(GPIO_PIN_SET == HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port, KEY1_Pin))
    {
        return 2;
    }
    else if(GPIO_PIN_SET == HAL_GPIO_ReadPin(KEY2_GPIO_Port, KEY2_Pin))
    {
        return 3;
    }

    return 0;
}

2.2.2 LED灯功能代码

void Led1_Open(void)
{
    HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin, GPIO_PIN_RESET);
}

void Led1_Close(void)
{
    HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin, GPIO_PIN_SET);
}

void Led1_Toggle(void)
{
    HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin);
}

2.2.3 Beep功能代码

void Beep_Open(void)
{
    HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_Port, BEEP_Pin, GPIO_PIN_SET);
}

void Beep_Close(void)
{
    HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_Port, BEEP_Pin, GPIO_PIN_RESET);
}

void Bepp_Toggle(void)
{
    HAL_GPIO_TogglePin(BEEP_GPIO_Port, BEEP_Pin);
}

2.2.4 Main函数代码

/* 重定义HAL_Delay，优化低延时的延时误差 */
void HAL_Delay(uint32_t Delay)
{
    uint32_t tickstart = HAL_GetTick();
    uint32_t wait = Delay;

    /* Add a freq to guarantee minimum wait */
    if (0 == wait)
    {
        wait += (uint32_t)(uwTickFreq);
    }

    while ((HAL_GetTick() - tickstart) < wait)
    {
    }
}

void Main_Handle(void)
{
    static uint32_t beep_cnt = 0;
    static uint32_t beep_flag = 0;
    static uint32_t button_cnt = 0;
    static uint32_t filter_cnt = 0;

    Led1_Open();
    Beep_Open();
    HAL_Delay(100);
    Led1_Close();
    Beep_Close();

    while(1)
    {
        if(button_cnt++ >= 10)
        {
            button_cnt = 0;
            /* 按键抖动滤波 */
            if(0 == filter_cnt)
            {
                switch(Independent_Button_Scan())
                {
                    case 1:Led1_Toggle();filter_cnt = 30;break;
                    case 2:Beep_Toggle();filter_cnt = 30;break;
                    case 3:beep_flag = 1;Beep_Toggle();filter_cnt = 30;break;
                    default:break;
                }
            }
            else
            {
                filter_cnt--;
            }
        }

        if((0 != beep_flag) && (beep_cnt++ >= 300))
        {
            beep_cnt = 0;
            beep_flag = 0;
            Beep_Toggle();
        }

        HAL_Delay(1);
    }
}

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 */
  Main_Handle();
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

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

2.2.5 Keil MDK调试参数配置

2.2.6 下载验证

①板卡上电后，Beep鸣叫100ms后关闭，同时Led1常亮100ms后关闭
②按下Key0后，Led1状态翻转
③按下Key1后，Beep状态翻转
④按下Key2后，Beep鸣叫300ms后关闭

三、参考资料

[1]正点原子战舰板原理图-WarShip STM32F1_V3.4_SCH
[2]STM32F1开发指南-HAL库版本_V1.1
[3]STM32中文参考手册_V10
[4]Cortex-M3权威指南(中文)