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）。
" n6 ?- T, e2 Z& j1 G- N6 s2 U8 g8 {
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。
  G7 s0 l; Q- U" H8 ^' K5 ], r' P8 W

  s% h: \* O* r* E/ y! w4 B
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。
" D! I7 C& d1 E' f4 h* ^; w
5 k5 u# L  Z7 A0 {8 |

1. #include "stm32f10x.h"                        //头文件中定义各种寄存器
   
2. void SystemInit()                                //初始化
   
3. {
   / v& {$ g0 _2 F9 p  S
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
   1 i0 X/ r' d' p% _+ A
10.         GPIOC_CRL &= ~(0x0F<<(4*0));        //
    
11.         GPIOC_CRL |= (3<<4*0);                        //配置GPIOC为通用推挽输出模式
    2 A/ ^( [  g2 ^! D; x1 ~# y' M* W
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
+ J5 V" C" k. |: S$ |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：
$ W' H. H- E3 b
+ [2 [4 n& I' Mled.c
4 |2 v8 T/ F+ Z

1. #include "led.h"
   ! B% H0 A# k4 o3 b: D
2. 
   
3. void LED_Init(void)
   2 W" P; I3 r1 [: f* ~
4. {
   * v* x& g; T6 n" ]; C  G4 H* y- Z
5.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;                                        //定义GPIO操作结构体变量
   
6.         
   - `( m- l" J! W0 T! \4 l) V0 ?
7.         RCC_APB2PeriphClockCmd(LED_PORT_RCC,ENABLE);        //开启时钟
   8 F5 ?9 v" D8 ]& F5 F
8.         
   
9.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED_PIN;                                        //设置led所在IO口
   - j: Y6 R; l+ l" K4 t3 L9 J9 D
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
    * {8 H: S0 M# s  N0 L) O4 E1 L2 b% E
14.         
    
15.         GPIO_Init(LED_PORT, &GPIO_InitStructure);                                //初始化GPIO口
    
16.         
    + x) X" ^+ v1 h+ A! j$ ^8 D
17.         GPIO_SetBits(LED_PORT, LED_PIN);                                                //将IO口设置为高电平，LED灭
    
18.         
    # q" U7 t" r% W, L. J8 V
19. }

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, X, O) g! Y1 t  d! b+ wled.h

, N- _. }8 a% l8 ^2 m9 y

1. #ifndef _led_H
   
2. #define _led_H
   
3. 
   
4. #include "stm32f10x.h"
   $ ?$ G8 B; Y. P# z2 o1 Q1 b) ^3 K
5. 
   ! `& {7 l2 m# \, K) ?8 J# H2 @4 |
6. #define LED_PORT_RCC RCC_APB2Periph_GPIOC
   6 ~+ {9 H6 O9 l) r/ B, l* u( I
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. 
    % Y. ]$ F: Q' A
12. #endif

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. t4 b8 k$ P) W! i) l( Zmain.c
2 h4 K, k. V) p" O" |7 t/ N
3 U9 I: l1 F# Y( `9 C

1. #include "stm32f10x.h"
   
2. #include "led.h"
   
3. int main()
     w6 V" O) h8 P; Z7 A
4. {
   ; M8 K, c1 R' S) {
5.         LED_Init();
   
6.         while(1)
   
7.         {
   3 D/ X4 Q+ I1 F0 A3 L
8.                 GPIO_ResetBits(LED_PORT,GPIO_Pin_0);                        //翻转IO口电平
   2 n, \" d# Y  k9 q+ ~
9.         }
   $ H! V! \4 r  d) d- |4 ?
10. }

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3 x" ], o/ d8 U- G# ~& o8 e4 ]! l1.3 HAL库方式
+ C0 b4 o* I; w/ a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；


: E# \8 w, q4 k1 ?
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；

5 e7 V; k) h$ C* x, u0 J
( U, C1 \4 k9 X% e
& \/ S) r, k$ K. }8 @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；
! D$ l/ `0 v7 n5 L: n


6 i; q, n7 z+ t# e% e5 ?9 N/ F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；
, r! x6 P. ?) Z& u, T( G! Z
1 c. E$ w* W0 t  t1 L2 [" g

) H- V5 M2 O% a9 X( k1 Q4 A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 */

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& A! v) b) M, ~# D1 D( m' K, g
' r- f( i# V2 F) o
8 d& s4 Q; p8 R; `最后点亮一颗LED，只需要在main()函数中写下如下代码即可。
1 X0 Q. U# ^. O/ g* P& Y2 t

1. {
   
2.   /* USER CODE BEGIN 1 */
   - b( m( R0 F% M6 p
3. 
   0 y! J% T% R' `7 G: ]% Q
4.   /* USER CODE END 1 */
   # [8 F! C8 L2 R  [, f- ?! B
5. 
   
6.   /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
   . p! B' t9 \9 D! {' U* c, ]
7. 
   " l1 T8 T- ?8 s7 w3 H% }% U
8.   /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
   6 n, w1 G  _4 q
9.   HAL_Init();
   ) f& }( h$ d. L+ j# F/ m
10. 
    " _% W( A* ~: k+ G( p9 ?
11.   /* USER CODE BEGIN Init */
    : f9 c- |- v2 l
12. 
    
13.   /* USER CODE END Init */
    : E0 {* W; O2 n: P) L7 h
14. 
    & @& ]* v( E9 B! N& |9 ]
15.   /* Configure the system clock */
    
16.   SystemClock_Config();
    
17. 
    ( ^- L7 I$ z: S# {4 D% {& E6 ~
18.   /* USER CODE BEGIN SysInit */
    
19. 
    $ J$ t# \/ L$ @2 E; w6 S; J
20.   /* USER CODE END SysInit */
    
21. 
    5 l+ v9 H1 _/ d/ K( _" G2 H
22.   /* Initialize all configured peripherals */
    
23.   MX_GPIO_Init();
    
24.   /* USER CODE BEGIN 2 */
    
25. 
    + f& f* Z' i3 X6 @
26.   /* USER CODE END 2 */
    * E$ D" c* ^, l
27. 
    8 N- A$ N7 p5 S5 j) Y
28.   /* Infinite loop */
    
29.   /* USER CODE BEGIN WHILE */
    * R* J1 a4 C( g0 o$ q4 M$ S+ G
30.   while (1)
    
31.   {
    
32.     /* USER CODE END WHILE */
    ! Q2 P& O, G1 f/ u
33. 
    " w% m0 `; A. ^7 V6 a2 q, }" H
34.     /* USER CODE BEGIN 3 */
    
35.         HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);
    4 S+ h, x( ^6 M- H3 `% C
36.   }
    3 g+ A) D9 ^) B
37.   /* USER CODE END 3 */
    " q7 ^8 }* g- v; t) X8 G4 i+ K
38. }
    . ]+ a+ P9 t) I( L* y$ o; t

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& N0 Z  o/ a- S6 U: Q1.4 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。
6 K8 J+ k. Q; u3 R9 j4 `
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。

" U) L4 q8 l6 g

9 f2 p( d, c- d3 v9 ]beep.c

1. #include "beep.h"
   
2. 
   3 Z3 m/ U# u% h4 [3 H1 l
3. void Beep_Init()
   6 M- c( X% c1 D
4. {
   
5.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   
6.         
   ! W- c9 w5 c$ E0 j
7.         RCC_APB2PeriphClockCmd(BEEP_PORT_RCC,ENABLE);
   
8.         
   
9.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=BEEP_PIN;
   2 e  p- n% L) i+ @' p5 U
10.         
    
11.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;
    
12.         
    ! O; `0 x* R: @/ A
13.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
    + [4 Q9 S: l0 b2 ~1 J
14.         
    ; G4 a5 P: i- ]9 j' u1 x* }- g  f
15.         GPIO_Init(BEEP_PORT,&GPIO_InitStructure);
    
16. }

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beep.h

( u  w% Q" O( g

1. #ifndef _beep_H
   * n# Y3 c2 m& R* X: F. C
2. #define _beep_H
   
3. 
   
4. #include "system.h"
   0 [1 s' Y' R0 M: F! t! z5 c# W# o
5. 
   
6. #define BEEP_PORT_RCC RCC_APB2Periph_GPIOB
   / U2 ?3 b' N; D7 ?; l/ n
7. 
   6 L! l: \# G! |3 j; U" Q4 v$ O
8. #define BEEP_PIN GPIO_Pin_5
   / B3 U3 T, j8 ]  b! n
9. 
   
10. #define BEEP_PORT GPIOB
    
11. void Beep_Init(void);
    
12. 
    5 y% Z- r% w. d9 E0 T: x6 A
13. #define BEEP PBout(5)
    
14. 
    
15. #endif
    

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8 b5 ]( V, A# f2 bmain.c
2 ?! t" C+ l5 e# s# i) a" U

1. #include "system.h"
   
2. #include "led.h"
   0 j1 F. A+ H( R$ K2 C* l- @2 [
3. #include "SysTick.h"
   
4. #include "beep.h"
   
5. 
   
6. int main()
   
7. {
   & z' u& _6 i+ I/ Q: _
8.         u16 i=0;
   # l2 I3 n, @! T5 E1 N/ H8 J
9.         SysTick_Init(72);
   
10.         LED_Init();
    1 n/ i  E* a. u( m& `4 J" q( o
11.         Beep_Init();
    9 D6 J4 e; o, g2 B" L' [
12.         
    
13.         while(1)
    ; r6 _8 L$ s6 T2 K0 e- r
14.         {
    
15.                 i++;
    
16.                 if(i%10==0)
    % d  y# W! i7 ]5 g- ^: r4 ]+ z0 |
17.                 {
    
18.                         BEEP=!BEEP;
    
19.                 }
    7 r2 }4 G1 e2 u
20.                 delay_us(10);
    0 ^! {) s$ t7 k2 v& U! n6 l8 G
21.         }
    
22. }

复制代码

3、无源蜂鸣器的使用
( w- A. w+ m8 j4 Y5 i) V" L' W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

; V8 E( l  y2 H8 Q% o5 T

1. #include "smg.h"
   3 c& H& Z. K; r" B5 D* P) e. C; I6 V
2. 
   % }7 N3 i$ ?+ w% e
3. void SMG_Init()
   / V/ }) m) k2 f7 v2 Z: z3 P3 C/ m" q
4. {
   + A2 Y& O- Q6 h  `1 z$ r
5.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   
6.         
   : K3 m/ V& ]& ~( |
7.         RCC_APB2PeriphClockCmd(SMG_PORT_RCC,ENABLE);
   
8.         
   ' h1 N1 O" ]/ [6 s; h# T$ F7 f
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);
    # X, U# O- l( e7 B$ x  X3 d
16.         
    
17. }
    

复制代码

$ |, F5 r4 p6 h4 _* A2 Ysmg.h
2 Y/ f/ U: m# }! v
) w8 l' q8 u5 h2 f% C! _6 p

1. #ifndef _smg_H
   ' q$ q# e& y7 n9 E1 ~8 u+ W+ K
2. #define _smg_H
   
3. 
   
4. #include "system.h"
   
5. 
   - D, o# B% W. n$ \  R# P0 T* d
6. #define SMG_PORT_RCC                 RCC_APB2Periph_GPIOC
   
7. 
   : j4 i' g2 W  C% F7 u( t
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)
   ' O9 r7 N; G8 i4 S. Z) `
9.         
   # E8 w3 a% A0 \$ L+ P
10. #define SMG_PORT  GPIOC
    
11. void SMG_Init(void);
    + N9 Z) v0 t, c9 z2 ?) r0 @
12. 
    ) t3 y/ f/ T# y  }
13. #endif

复制代码

1 l" {) A& u' v2 I% Fmain.c

5 U) c6 Z+ b: A7 Q5 C

1. #include "system.h"
   ; C8 A6 E% G8 I. v
2. #include "led.h"
   
3. #include "SysTick.h"
   + c* p4 s$ d# O) \; b4 z' w
4. #include "smg.h"
   
5. 
   + d% Z2 ^1 m3 p. y( ?; G1 c
6. u8 smgduan[16]={0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07,
   * \6 m1 Y& Y( k4 p& W0 I
7.              0x7F, 0x6F, 0x77, 0x7C, 0x39, 0x5E, 0x79, 0x71};        //数码管显示0~F的编码
   / s* K6 S' }" ^
8. 
   
9. int main()
   
10. {
    
11.         u8 i;
    
12.         SysTick_Init(72);
    # F" R8 j9 C9 j4 u) H5 W/ X9 P" u
13.         LED_Init();
    8 P% s$ N8 L! N1 M) Y+ H. E2 G# y
14.         SMG_Init();
    7 V& m! o3 n9 o
15.         
      ^' a6 R1 k2 n& ]
16.         while(1)
    
17.         {
    
18.                 for(i=0;i<16;i++)
    / w% y& C; B+ c" W; V% U2 B+ N3 U+ f
19.                 {
    : i2 J% b+ E8 @" U1 q
20.                         GPIO_Write(SMG_PORT,~smgduan<i>);
    % h' k& O% Z; E$ M1 C3 ~- u' o: @9 F
21.                         delay_ms(1000);
    + r3 q6 S/ O- m. A! J2 |: |6 z6 C
22.                 }
    
23.         }
    ; w) \. K+ ~4 l. ~3 M* S0 h
24. }
    ( c3 V* @) G% ]% F9 E$ d6 }
25. 
    
26. 
    8 ^! \2 @% ~, m# a! a8 o
27. </i>

复制代码

( j' g: _$ T, D$ o9 a! R) ], [! \