在进行一款单片机学习时，最基本也是最简单的外设就是控制I/O口的高低电平。LED、蜂鸣器以及数码管这些都是可以作为外围电路连接在单片机的I/O口上，进而可以实现通过单片机对其进行控制。在本章节中，会以这三种外围电路的控制来学习stm32单片机中的外设资源—GPIO（General-purpose input/output）。

1、点亮LED灯
所使用的基于stm32f103zet6芯片的开发板中，关于LED外围电路的设计如下图中所示。从图中可以看出，只有当二极管（LED）的阴极电压为0V（低电平）时其会导通。因此通过单片机将相应接口的GPIO设置为低电平后，便能够控制LED灯亮，设置为高电平时，LED灯灭。



1.1 寄存器方式
通过前一章节对寄存器开发方式的简单介绍后，在本小节中使用寄存器开发方式实现对LED灯的亮灭控制。下图是一个关于GPIO的结构图，通过对其了解可以知道GPIO可以被配置成输入、输出、复用功能以及模拟输入输出四种模式。其中输入模式又被细分为模拟（ADC采集）、上拉、下拉以及浮空（输入电平不确定，完全由外部的输入决定，按键电路）模式；输出模式被分为推挽（输出高低电平）和开漏模式（输出高阻态或低电平）；复用功能也被分为推挽和开漏两种模式，但是输出信号源于其它外设，输入正常可用，但一般直接用外设的寄存器来获取该数据信号；模拟输入输出模式，上下拉无影响。


清楚了GPIO的模式配置后，下面通过寄存器来操作端口PC0输出一个低电平，进而使连接在其上的一颗LED灯亮起。最开始的模板准备工作在前一章节中已经详细描述，在此就不做过多赘述。
打开之前已经建立好了的寄存器开发模板，在main.c文件中编写的代码如下。

1. #include "stm32f10x.h"                        //头文件中定义各种寄存器
   
2. void SystemInit()                                //初始化
   
3. {
   
4.         
   
5. }
   
6. 
   
7. int main()                                                                //主函数
   
8. {
   
9.         RCC_APB2ENR |= 1<<4;                        //开启GPIOC挂载的总线APB2的时钟
   
10.         GPIOC_CRL &= ~(0x0F<<(4*0));        //
    
11.         GPIOC_CRL |= (3<<4*0);                        //配置GPIOC为通用推挽输出模式
    
12.         GPIOC_BSRR = (1<<(16+0));                //配置PC0端口为低电平，LED亮
    
13.         while(1);        
    
14. }

复制代码

1.2 库函数方式
本小节应用库函数开发的方式来点亮一颗LED。重复上一章节中库函数工程模板的建立，对stm32的GPIO进行操作就需要将标准库中的stm32f10x_gpio.c和stm32f10x_cc.c文件添加到项目中，前者是关于GPIO操作的函数声明及模式选项配置的宏定义，后者是关于时钟的一些函数和宏定义。在这里采用模块化编程，也就是将led看做一个功能模块，在项目中新建led.c及led.h文件，最后在main.c文件中包含使用。具体的代码如下所示：

led.c

1. #include "led.h"
   
2. 
   
3. void LED_Init(void)
   
4. {
   
5.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;                                        //定义GPIO操作结构体变量
   
6.         
   
7.         RCC_APB2PeriphClockCmd(LED_PORT_RCC,ENABLE);        //开启时钟
   
8.         
   
9.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED_PIN;                                        //设置led所在IO口
   
10.         
    
11.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;                //设置为推挽输出模式
    
12.         
    
13.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                //设置传输速率
    
14.         
    
15.         GPIO_Init(LED_PORT, &GPIO_InitStructure);                                //初始化GPIO口
    
16.         
    
17.         GPIO_SetBits(LED_PORT, LED_PIN);                                                //将IO口设置为高电平，LED灭
    
18.         
    
19. }

复制代码

led.h

1. #ifndef _led_H
   
2. #define _led_H
   
3. 
   
4. #include "stm32f10x.h"
   
5. 
   
6. #define LED_PORT_RCC RCC_APB2Periph_GPIOC
   
7. #define LED_PIN (GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7)
   
8. #define LED_PORT  GPIOC
   
9. 
   
10. void LED_Init(void);
    
11. 
    
12. #endif

复制代码

main.c

1. #include "stm32f10x.h"
   
2. #include "led.h"
   
3. int main()
   
4. {
   
5.         LED_Init();
   
6.         while(1)
   
7.         {
   
8.                 GPIO_ResetBits(LED_PORT,GPIO_Pin_0);                        //翻转IO口电平
   
9.         }
   
10. }

复制代码

1.3 HAL库方式
打开在上一章节中已经建立好的STM32CubeMX项目，在芯片的图形化界面中找到PC0端口单击后将其设置为GPIO_Output模式；



在左侧的System Core菜单中选择RCC（时钟配置），将HSE和LSE设置为Crystal/ceramic Resonator模式，即外部晶振；



将GPIO选项中的GPIO Mode and Configuration中的GPIO mode设置为Output Push Pull（推挽输出），User Label设置为LED（端口标签），其它的选项默认即可；



随后切换主菜单到Clock Configuration时钟配置，在HCLK下方的框中输入72，然后按下回车则系统的时钟就被配置到了72MHz，最后点击GENRATE CODE，即可生成代码；



紧接着在keil5中打开自动生成的项目，如下图中所示。可以看出整个项目的构成与标准库开发的方式类似，只不过这里的代码都是自动生成的。其中gpio.c文件中的代码为GPIO初始化与上一节中的led.c中的函数功能是相同的，只不过这里是使用了HAL库函数。在需要注意的是如果需要在这些CubeMX软件自动生成的文件中编写自定义的代码，是需要将其写在下述这段注释之间的，XXX表示的是某一个模块，比如Init（初始化）、SystInit（系统时钟初始化）等等;

1.   /* USER CODE BEGIN XXX*/
   
2.         code
   
3.   /* USER CODE END XXX */

复制代码

最后点亮一颗LED，只需要在main()函数中写下如下代码即可。

1. {
   
2.   /* USER CODE BEGIN 1 */
   
3. 
   
4.   /* USER CODE END 1 */
   
5. 
   
6.   /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
   
7. 
   
8.   /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
   
9.   HAL_Init();
   
10. 
    
11.   /* USER CODE BEGIN Init */
    
12. 
    
13.   /* USER CODE END Init */
    
14. 
    
15.   /* Configure the system clock */
    
16.   SystemClock_Config();
    
17. 
    
18.   /* USER CODE BEGIN SysInit */
    
19. 
    
20.   /* USER CODE END SysInit */
    
21. 
    
22.   /* Initialize all configured peripherals */
    
23.   MX_GPIO_Init();
    
24.   /* USER CODE BEGIN 2 */
    
25. 
    
26.   /* USER CODE END 2 */
    
27. 
    
28.   /* Infinite loop */
    
29.   /* USER CODE BEGIN WHILE */
    
30.   while (1)
    
31.   {
    
32.     /* USER CODE END WHILE */
    
33. 
    
34.     /* USER CODE BEGIN 3 */
    
35.         HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);
    
36.   }
    
37.   /* USER CODE END 3 */
    
38. }
    

复制代码

1.4 三种方式的总结与比较
经过了对LED的简单操作，可以发现在这三种方式中，寄存器开发方式最为复杂。其在编写程序前需要查找好所使用寄存器的地址等相关信息，出现了bug时很难精准的定位、开发周期长的缺点，因此寄存器开发常常不会被采用。标准库方式在其基础上简化了很多步骤，只需要通过调用相关外设的接口函数便可实现对应的功能，因此这一种方式也被广泛地应用到stm32单片机的开发中。HAL库开发方式由于CubeMX软件的存在，可以以图形化的方式对各种外设进行配置，大大方便了配置的步骤流程相比较于标准库来说还要更加便捷。

2、无源蜂鸣器的使用
蜂鸣器是一种可以发声的器件，无源蜂鸣器需要对其提供1.5~5KHz频率的脉冲信号，其才可以发出声音。蜂鸣器电路的设计如下图中所示，通过一个三极管将单片机IO口的电流放大后再驱动蜂鸣器，这一点是为了避免出现一个IO输出电流过大导致其它IO口的电流过小的情况。从电路图中可以看出，只需要控制PB5口输出一定频率的脉冲波蜂鸣器即可发声，详细的代码如下所示。



beep.c

1. #include "beep.h"
   
2. 
   
3. void Beep_Init()
   
4. {
   
5.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   
6.         
   
7.         RCC_APB2PeriphClockCmd(BEEP_PORT_RCC,ENABLE);
   
8.         
   
9.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=BEEP_PIN;
   
10.         
    
11.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;
    
12.         
    
13.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
    
14.         
    
15.         GPIO_Init(BEEP_PORT,&GPIO_InitStructure);
    
16. }

复制代码

beep.h

1. #ifndef _beep_H
   
2. #define _beep_H
   
3. 
   
4. #include "system.h"
   
5. 
   
6. #define BEEP_PORT_RCC RCC_APB2Periph_GPIOB
   
7. 
   
8. #define BEEP_PIN GPIO_Pin_5
   
9. 
   
10. #define BEEP_PORT GPIOB
    
11. void Beep_Init(void);
    
12. 
    
13. #define BEEP PBout(5)
    
14. 
    
15. #endif
    

复制代码

main.c

1. #include "system.h"
   
2. #include "led.h"
   
3. #include "SysTick.h"
   
4. #include "beep.h"
   
5. 
   
6. int main()
   
7. {
   
8.         u16 i=0;
   
9.         SysTick_Init(72);
   
10.         LED_Init();
    
11.         Beep_Init();
    
12.         
    
13.         while(1)
    
14.         {
    
15.                 i++;
    
16.                 if(i%10==0)
    
17.                 {
    
18.                         BEEP=!BEEP;
    
19.                 }
    
20.                 delay_us(10);
    
21.         }
    
22. }

复制代码

3、无源蜂鸣器的使用
数码管是一种发光器件，基本单元是发光二极管，本小节中用于数码管显示的单片机外围电路如下图中所示。数码管是一个8个LED组成的器件，因此要点亮数码管和LED方式相同，给相应的IO口一个低电平即可。此外，如果需要让数码管显示指定的数字，那么就需要同时点亮对应段的LED。比如需要显示数字“0”，则需要控制a，b，c，d，e，f段对应的PC0~5端口输出低电平即可。



smg.c

1. #include "smg.h"
   
2. 
   
3. void SMG_Init()
   
4. {
   
5.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   
6.         
   
7.         RCC_APB2PeriphClockCmd(SMG_PORT_RCC,ENABLE);
   
8.         
   
9.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=SMG_PIN;
   
10.         
    
11.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;
    
12.         
    
13.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
    
14.         
    
15.         GPIO_Init(SMG_PORT,&GPIO_InitStructure);
    
16.         
    
17. }
    

复制代码

smg.h

1. #ifndef _smg_H
   
2. #define _smg_H
   
3. 
   
4. #include "system.h"
   
5. 
   
6. #define SMG_PORT_RCC                 RCC_APB2Periph_GPIOC
   
7. 
   
8. #define SMG_PIN                                 (GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7)
   
9.         
   
10. #define SMG_PORT  GPIOC
    
11. void SMG_Init(void);
    
12. 
    
13. #endif

复制代码

main.c

1. #include "system.h"
   
2. #include "led.h"
   
3. #include "SysTick.h"
   
4. #include "smg.h"
   
5. 
   
6. u8 smgduan[16]={0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07,
   
7.              0x7F, 0x6F, 0x77, 0x7C, 0x39, 0x5E, 0x79, 0x71};        //数码管显示0~F的编码
   
8. 
   
9. int main()
   
10. {
    
11.         u8 i;
    
12.         SysTick_Init(72);
    
13.         LED_Init();
    
14.         SMG_Init();
    
15.         
    
16.         while(1)
    
17.         {
    
18.                 for(i=0;i<16;i++)
    
19.                 {
    
20.                         GPIO_Write(SMG_PORT,~smgduan<i>);
    
21.                         delay_ms(1000);
    
22.                 }
    
23.         }
    
24. }
    
25. 
    
26. 
    
27. </i>

复制代码