《M144Z-M3最小系统板使用指南——STM32F103版》第十章 跑马灯实验

正点原子运营

第十章 跑马灯实验

1）实验平台：正点原子 M144Z-M3 STM32F103最小系统板

2) 章节摘自【正点原子】M144Z-M3最小系统板使用指南——STM32F103版

3）购买链接:https://detail.tmall.com/item.htm?&id=609293737870

4）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boar ... _mini_sysboard.html

5）正点原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890

6）正点原子STM32技术交流QQ群:725095144

跑马灯程序是嵌入式开发的一个经典程序，类似于学习C语言时，编写的“HelloWorld”程序。跑马灯本质上是控制单片机的GPIO输出高低电平，以此达到控制LED等亮灭状态的切换。通过本章的学习，读者将学习到GPIO输出模式的使用。

本章分为如下几个小节：

10.1 硬件设计

10.2 程序设计

10.3 下载验证

10.1 硬件设计

10.1.1 例程功能

1. LED0和LED1交替闪烁。

10.1.2 硬件资源

1. LED

       LED0 -PB5

       LED1 -PE5

10.1.3 原理图

本章实验用的两个M144Z-M3最小系统板STM32F103版板载LED，分别为LED0（红色）和LED1（绿色），其与板载MCU的连接原理图，如下图所示：                              

10.1.3.1 LED与MCU的连接原理图

从上面原理图中可以看出，LED0和LED1的正极分别通过一个限流电阻连接到了电源正极，而负极分别与MCU的PB5引脚和PE5引脚相连接，因此只需通过控制PB5引脚或PE5引脚输出低电平，则能分别控制LED0和LED1点亮，反之，则熄灭。

10.2 程序设计

10.2.1 HAL库的GPIO驱动

本章实验中要通过控制GPIO引脚输出高低电平来控制LED的亮灭状态，因此需要以下两个步骤：

①：配置GPIO引脚为输出模式

②：设置GPIO引脚输出电平

在HAL库中对应的驱动函数如下：

①：配置GPIO引脚

该函数用于配置GPIO引脚的功能和各项参数，其函数原型如下所示：

voidHAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init);

该函数的形参描述，如下表所示：

表10.2.1.1 函数HAL_GPIO_Init()形参描述

该函数的返回值描述，如下表所示：

表10.2.1.2 函数HAL_GPIO_Init()返回值描述

该函数使用GPIO_InitTypeDef类型的结构体变量传入GPIO引脚的配置参数，该结构体的定义如下所示：

1. typedef struct
   
2. {
   
3.     uint32_t Pin;       /* 待配置的引脚 */
   
4.     uint32_t Mode;      /* 模式 */
   
5.     uint32_t Pull;      /* 上拉/下拉 */
   
6.     uint32_t Speed;     /* 速度 */
   
7. }GPIO_InitTypeDef;

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该函数的使用示例，如下所示：

1. #include "stm32f1xx_hal.h"
   
2. void example_fun(void)
   
3. {
   
4.    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct = {0};
   
5.    
   
6.     /* 配置PA0引脚为输出模式 */
   
7.    gpio_init_struct.Pin = GPIO_PIN_0;
   
8.    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
   
9.    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;
   
10.    gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    
11.    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);
    
12. }

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②：设置GPIO引脚输出电平

该函数用于设置GPIO引脚输出指定电平（高电平或低电平），其函数原型如下所示：

1. voidHAL_GPIO_WritePin( GPIO_TypeDef* GPIOx,
   
2.                          uint16_t GPIO_Pin,
   
3.                          GPIO_PinState PinState);

复制代码

该函数的形参描述，如下表所示：

表10.2.1.3 函数HAL_GPIO_WritePin()形参描述

该函数的返回值描述，如下表所示：

表10.2.1.4 函数HAL_GPIO_WritePin()返回值描述

该函数的使用示例，如下所示：

1. #include "stm32f1xx_hal.h"
   
2. void example_fun(void)
   
3. {
   
4.     /* 设置PA0引脚输出低电平 */
   
5.    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);
   
6.     /* 设置PA0引脚输出高电平 */
   
7.    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);
   
8. }

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③：翻转GPIO引脚输出电平（补充）

该函数用于翻转GPIO引脚的输出电平，其函数原型如下所示：

1. voidHAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

复制代码

该函数的形参描述，如下表所示：

表10.2.1.5HAL_GPIO_TogglePin()形参描述

该函数的返回值描述，如下表所示：

表10.2.1.6HAL_GPIO_TogglePin()返回值描述

该函数的使用示例，如下所示：

1. #include "stm32f1xx_hal.h"
   
2. void example_fun(void)
   
3. {
   
4.     /* 翻转PA0引脚输出电平 */
   
5.    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_0);
   
6. }

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10.2.2 LED驱动

LED驱动主要就是控制GPIO引脚输出高低电平，来控制LED亮起或熄灭。本章实验中，LED的驱动代码包括led.c和led.h两个文件（本书配套实验例程中，器件或外设的驱动代码基本都由一个C源文件和一个对应的头文件组成）。

根据原理图可知，应当将PE5引脚和PE6引脚配置为通用输出模式，并在需要控制LED0（LED1）亮起的时候，设置PE5引脚（PE6引脚）输出低电平，在需要控制LED0（LED1）熄灭的时候，设置PE5引脚（PE6引脚）输出高电平。

LED驱动中，对引脚的定义，如下所示：

1. #define LED0_GPIO_PORT         GPIOE
   
2. #define LED0_GPIO_PIN          GPIO_PIN_5
   
3. #define LED0_GPIO_CLK_ENABLE() do { __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE(); } while (0)
   
4. #define LED1_GPIO_PORT         GPIOE
   
5. #define LED1_GPIO_PIN          GPIO_PIN_6
   
6. #define LED1_GPIO_CLK_ENABLE() do { __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE(); } while (0)

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在后续的实验代码中，基本都会使用上述的宏定义的方式定义GPIO引脚的各种信息（GPIO端口、GPIO引脚号、GPIO端口时钟使能和GPIO复用功能等信息）。

LED驱动中，操作引脚的定义，如下所示：

1. #define LED0(x)                                                             \
   
2.      do { x ?                                                                \
   
3.          HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_PORT, LED0_GPIO_PIN,GPIO_PIN_SET) :  \
   
4.          HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_PORT,LED0_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \
   
5.      } while (0)
   
6. #define LED1(x)                                                             \
   
7.      do { x ?                                                                \
   
8.          HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT,LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) :  \
   
9.          HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT,LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \
   
10.      } while (0)
    
11. #define LED0_TOGGLE()                                      \
    
12.      do {                                                    \
    
13.          HAL_GPIO_TogglePin(LED0_GPIO_PORT,LED0_GPIO_PIN); \
    
14.      } while (0)
    
15. #define LED1_TOGGLE()                                      \
    
16.      do {                                                    \
    
17.          HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_PORT,LED1_GPIO_PIN); \
    
18.      } while (0)

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在后续实验代码中，基本都会使用上述的宏定义的方式定义GPIO引脚的操作（设置GPIO引脚输出高电平或低电平、翻转GPIO引脚输出电平和读取GPIO引脚输入电平等操作）。

LED驱动中，LED的初始化函数，如下所示：

1. /**
   
2. *@brief   初始化LED
   
3. *@param   无
   
4. *@retval  无
   
5. */
   
6. void led_init(void)
   
7. {
   
8.    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct = {0};
   
9.    
   
10.     /* 使能GPIO端口时钟 */
    
11.    LED0_GPIO_CLK_ENABLE();
    
12.    LED1_GPIO_CLK_ENABLE();
    
13.    
    
14.     /* 配置LED0控制引脚 */
    
15.    gpio_init_struct.Pin = LED0_GPIO_PIN;
    
16.    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    
17.    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLDOWN;
    
18.    gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    
19.    HAL_GPIO_Init(LED0_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);
    
20.    
    
21.     /* 配置LED1控制引脚 */
    
22.    gpio_init_struct.Pin = LED1_GPIO_PIN;
    
23.    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    
24.    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLDOWN;
    
25.    gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    
26.    HAL_GPIO_Init(LED1_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);
    
27.    
    
28.     /* 关闭LED0、LED1 */
    
29.    LED0(1);
    
30.    LED1(1);
    
31. }

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LED的初始化函数中，使能了LED0和LED1控制引脚的GPIO端口时钟，并将其配置为通用输出模式，最后默认将LED的状态设置为熄灭状态。

10.2.3 实验应用代码

本章实验的应用代码，如下所示：

1. int main(void)
   
2. {
   
3.    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
   
4.    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 配置时钟，72MHz */
   
5.    delay_init(72);                     /* 初始化延时 */
   
6.    usart_init(115200);                 /* 初始化串口 */
   
7.    led_init();                         /* 初始化LED */
   
8.    
   
9.     while (1)
   
10.     {
    
11.          LED0(0);                        /* 开启LED0 */
    
12.          LED1(1);                        /* 关闭LED1 */
    
13.          delay_ms(500);                  /* 延时500毫秒 */
    
14.          LED0(1);                        /* 关闭LED0 */
    
15.          LED1(0);                        /* 开启LED1 */
    
16.          delay_ms(500);                  /* 延时500毫秒 */
    
17.     }
    
18. }

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可以看到，在调用LED初始化之前，会先调用以下函数：

1. HAL_Init();                             /* 初始化HAL库 */
   
2. sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);    /* 配置时钟，72MHz */
   
3. delay_init(72);                         /* 初始化延时 */
   
4. usart_init(115200);                    /* 初始化串口 */

复制代码

①：第一行代码用于HAL库的初始化。

②：第二行代码用于配置系统时钟，因为大部分实验例程都无需考虑低功耗应用，因此大部分实验例程配置系统时钟的参数都与本实验一致，将系统主频配置为72MHz。

③：第三行代码用于初始化延时功能，为后续的应用代码提供微秒级和毫秒级的延时的功能。

④：第四行代码用于初始化用于调试功能的USART1，为后续的应用代码提供printf等功能，方面通过串口调试助手查看程序运行情况。

⑤：以上四行代码都是执行一些必要的初始化，基本在后续的每一个实验例程中都会看见，后续不再赘述。

执行完必要的初始化后，紧接着初始化LED，然后在一个while循环中重复地控制板载LED0和LED1轮流亮起和熄灭，轮流时间为500毫秒，以此实现跑马灯的效果。

10.3 下载验证

在完成编译和烧录操作后，可以看到板子上的LED0和LED1轮流亮起和熄灭，轮流的时间大约为500毫秒，与预期的实验效果相符。