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）。
# U# x( K' _' Q9 ?$ J# q
1、点亮LED灯
5 Z8 L' ^; W+ w, `+ k6 b  {, h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。
7 V8 M; l& v4 S2 K

' T: v/ T! T5 j* q2 i. T
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。


% j& d* q  F; M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。
) F& M/ `( h1 |3 Z2 |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。

0 ^, g; {! x2 A. ?

1. #include "stm32f10x.h"                        //头文件中定义各种寄存器
   
2. void SystemInit()                                //初始化
   
3. {
   * I& s; D# Q3 {
4.         
   : y3 C& G7 @* c" }! e/ r' d( d
5. }
   
6. 
   
7. int main()                                                                //主函数
   " f, A# h# g6 x, J. m; N
8. {
   
9.         RCC_APB2ENR |= 1<<4;                        //开启GPIOC挂载的总线APB2的时钟
   " m  D7 g/ @, e' F9 u1 v" V
10.         GPIOC_CRL &= ~(0x0F<<(4*0));        //
    5 \! A0 K4 l( ^7 }8 s8 C. s7 T5 P
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
    ( R3 |' f  b# c8 X; v
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. 
   6 z/ ^' R* n* c1 ]9 g3 u
3. void LED_Init(void)
   % y. d. ]0 k# b, m
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.         
   : E/ o, \1 i: ~, Y; z
9.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED_PIN;                                        //设置led所在IO口
   3 r5 e, q2 _- b
10.         
    5 s% `6 ^# c# H; ^
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.         
    1 z& _5 o4 y+ r# `4 I
15.         GPIO_Init(LED_PORT, &GPIO_InitStructure);                                //初始化GPIO口
    ) c, |  }5 j+ O) y
16.         
    
17.         GPIO_SetBits(LED_PORT, LED_PIN);                                                //将IO口设置为高电平，LED灭
    3 m1 T; K; B! N8 n8 a' i8 D
18.         
    
19. }

复制代码

2 N& w! e, c6 O0 l3 t5 uled.h
+ p6 P. F# y, ?! W

1. #ifndef _led_H
   & ~; U9 O2 K8 A" Q! I
2. #define _led_H
   + T; V+ a" u! D8 p( w
3. 
   
4. #include "stm32f10x.h"
   2 R( \- D, W5 m: B
5. 
   
6. #define LED_PORT_RCC RCC_APB2Periph_GPIOC
   ' e+ u; o$ P5 R, P) u
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
   * m$ _. f* {# [
9. 
   
10. void LED_Init(void);
    
11. 
    " T) T; p: `$ h+ m' Y
12. #endif

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main.c

1. #include "stm32f10x.h"
   
2. #include "led.h"
   
3. int main()
   
4. {
   $ v- m; E8 p0 J
5.         LED_Init();
   # D* y$ V) e; R$ N5 ?& D
6.         while(1)
   9 b2 Y0 O/ t6 A( [: O
7.         {
   
8.                 GPIO_ResetBits(LED_PORT,GPIO_Pin_0);                        //翻转IO口电平
   $ A: Q2 q% v* m- Q, B
9.         }
   
10. }

复制代码

/ q' n4 }& T6 `! M4 n1.3 HAL库方式
9 _( A. ?7 c$ j- j+ A# B3 d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；
0 f. ]. ~9 x+ r' l$ ?. M9 c


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；

/ d- ]% f, F- }% R$ Q
/ U# T; A, ?! e9 }" i
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；


7 {" v* v4 j) ?# L- w. ]3 [8 q7 F
3 g/ {5 f0 F1 W8 x4 T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*/
   7 ^) w& k: Q% W2 d+ v0 L8 m
2.         code
   
3.   /* USER CODE END XXX */

复制代码

3 A  L4 @1 _% T( C2 f% i6 K( d
5 B; W% E7 O6 U5 F
最后点亮一颗LED，只需要在main()函数中写下如下代码即可。
9 p7 k* O: Q1 n

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 */
    5 @3 F8 b4 P' A# c9 A
12. 
    7 |1 _: I- }+ W: T; o4 W" H
13.   /* USER CODE END Init */
    / ^1 m; T2 _5 S( p. o. H* A
14. 
    5 f9 D4 B+ q6 c4 d0 @3 h+ j) i
15.   /* Configure the system clock */
    
16.   SystemClock_Config();
    5 H* w6 ]% p6 m* ]6 h
17. 
    & Z) U0 y- z) c0 t: l) q6 _5 t
18.   /* USER CODE BEGIN SysInit */
    
19. 
    
20.   /* USER CODE END SysInit */
    4 [, G: m6 x9 s) s/ }, R  U/ A) G
21. 
    
22.   /* Initialize all configured peripherals */
    ) m* n5 y( p& P( y
23.   MX_GPIO_Init();
    4 k- _  u+ ?0 ^+ r  F$ X- v
24.   /* USER CODE BEGIN 2 */
    
25. 
    3 R/ S" A4 F9 L3 ]
26.   /* USER CODE END 2 */
    
27. 
    
28.   /* Infinite loop */
    ( G4 O# b: m- [5 w$ T$ E
29.   /* USER CODE BEGIN WHILE */
    $ R9 \* _4 g! I  x
30.   while (1)
    5 H2 q% J' L; O2 {4 @+ h/ d1 U$ l
31.   {
    ; j% J8 o# S$ P( }3 o
32.     /* USER CODE END WHILE */
    
33. 
    5 J8 S& \! b1 d! x1 o! k& {
34.     /* USER CODE BEGIN 3 */
    
35.         HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);
    
36.   }
    
37.   /* USER CODE END 3 */
    
38. }
    

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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。
- z7 r- {0 b, h
* S5 J, F0 s+ |- \! p1 r+ N0 [2、无源蜂鸣器的使用
) p% z3 U; G4 b! M2 R% q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。
$ K7 e& F1 u! @" t' {
1 i: _" x1 T/ ], @- T: g

$ L1 e; J1 X  }( B4 ebeep.c
0 o4 {2 v/ E) `, b1 E

1. #include "beep.h"
   " {' i4 ^3 M; U9 W3 M& Y7 v" P
2. 
   
3. void Beep_Init()
   9 q! l& a4 O1 H- L1 u8 w
4. {
   2 F! a4 ?2 d; e) h- [
5.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   ! X, D! A! V. H: g7 u6 m0 G* T! }
6.         
   
7.         RCC_APB2PeriphClockCmd(BEEP_PORT_RCC,ENABLE);
   + W3 B9 ^% e5 L: f* y2 I
8.         
   7 V$ t, Q1 K9 M
9.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=BEEP_PIN;
   
10.         
    
11.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;
    
12.         
    6 l0 z8 x* H  p
13.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
    
14.         
      u1 I( R# U. {( `+ t
15.         GPIO_Init(BEEP_PORT,&GPIO_InitStructure);
    # W6 U/ L7 E2 s% k
16. }

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  `, t' M, s4 y/ y$ G" i5 pbeep.h
* \5 O- n; P* T; v1 W. L  w( H

1. #ifndef _beep_H
   & U7 a2 u7 J9 F8 b+ Z. z7 o# x
2. #define _beep_H
   
3. 
   3 {9 b  j' h. |" ^, v9 ^
4. #include "system.h"
   
5. 
   
6. #define BEEP_PORT_RCC RCC_APB2Periph_GPIOB
   
7. 
   
8. #define BEEP_PIN GPIO_Pin_5
   # [/ F# O" ^+ X$ c
9. 
   
10. #define BEEP_PORT GPIOB
    8 ]5 ]( a; V8 j, \' \
11. void Beep_Init(void);
    9 U$ y8 L' [; `4 r2 H
12. 
    
13. #define BEEP PBout(5)
    " J! I2 ^1 a" m9 n4 k7 P' n
14. 
    5 ~! `4 o2 I% r9 h
15. #endif
    ' p! e( v# B! o# e9 i

复制代码

1 S: |- b: P. ~! A" j+ T5 L0 u9 L3 |main.c
+ d9 W3 q- I' _1 S

1. #include "system.h"
   
2. #include "led.h"
   6 E) P1 T; _& A, S
3. #include "SysTick.h"
   ( l/ Q. V4 Y  ~7 n" |( Q6 R
4. #include "beep.h"
   
5. 
   2 J/ N1 u. L, r0 t' K7 S1 W
6. int main()
   
7. {
   
8.         u16 i=0;
   3 Y" p* v! V6 n3 X; n6 |0 d/ E
9.         SysTick_Init(72);
   2 _" P  v: t- o% e/ `( k; u. M
10.         LED_Init();
    
11.         Beep_Init();
    $ D$ i6 n$ O& c' Y" d; q! m
12.         
    
13.         while(1)
    
14.         {
    ; \9 k9 r6 u* F1 @7 H. L
15.                 i++;
    ' q& o+ h0 v( U4 ~! G$ @
16.                 if(i%10==0)
    4 ^2 a) T& g- G
17.                 {
    7 g2 p* `4 Y+ R- R* \
18.                         BEEP=!BEEP;
    
19.                 }
    
20.                 delay_us(10);
    
21.         }
    
22. }

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: m4 N" @) f- ?) r; {4 Q0 n2 a3、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。
+ {' r9 e: _- W0 \3 M0 p

$ L0 A. ?# ?$ P- ~: ~; u" u
4 Q' N3 ^/ j! v+ X/ v( F/ n" bsmg.c

1. #include "smg.h"
   
2. 
   
3. void SMG_Init()
   ) @* g* ~* k  \0 W; }! U
4. {
   
5.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   
6.         
   
7.         RCC_APB2PeriphClockCmd(SMG_PORT_RCC,ENABLE);
   
8.         
   , s/ G  ?$ W4 w6 e. F' j& s
9.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=SMG_PIN;
   
10.         
    
11.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;
    4 }" D% l# `, U
12.         
    4 l4 @8 A, A" D1 j3 |4 |
13.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
    9 k: k' O4 P! u; x
14.         
    1 a& a  H  `% U! Z
15.         GPIO_Init(SMG_PORT,&GPIO_InitStructure);
    7 u. V* l8 r* H
16.         
    & {" R$ n/ t% I, a- f. i( b
17. }
    8 V0 h/ ~; U$ W7 \1 ?' X1 l7 p

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smg.h

1. #ifndef _smg_H
   # [* T, y3 g& X, \; W7 J
2. #define _smg_H
   
3. 
   
4. #include "system.h"
   , a; F6 P1 r8 Z4 t2 i
5. 
   4 }5 }3 m. R% i- F. r  G$ F" ~
6. #define SMG_PORT_RCC                 RCC_APB2Periph_GPIOC
   1 \' n6 j, O! {6 G, R3 N
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)
   / _! K" Y& {: |  d# x/ [5 |
9.         
   
10. #define SMG_PORT  GPIOC
    
11. void SMG_Init(void);
    
12. 
    
13. #endif

复制代码

. A. [7 T/ D' N' h) a  C4 S& Imain.c
, C. @; e9 J9 U' U/ B4 L  R6 D1 r

1. #include "system.h"
   6 n" d: ^+ i- \4 {9 O  |
2. #include "led.h"
   ; P+ R7 J" ^& {  C) `% K2 @8 L  s
3. #include "SysTick.h"
   
4. #include "smg.h"
   8 s0 C0 A$ D7 w. K" t; C3 ?+ _
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. 
   ( P2 P) r) d' E! }& N* o
9. int main()
   
10. {
    3 P2 k% _* H* t" a6 P  V
11.         u8 i;
    
12.         SysTick_Init(72);
    
13.         LED_Init();
    - v5 B6 j( Y6 N: f3 c# k3 \
14.         SMG_Init();
    ) [  Q* G1 k- T+ H/ U& }$ Q9 K
15.         
    
16.         while(1)
    6 n, {8 p7 @" P$ o1 q
17.         {
    
18.                 for(i=0;i<16;i++)
    1 ^' W9 ^! p5 j+ j5 m
19.                 {
      F( e% y4 W; z
20.                         GPIO_Write(SMG_PORT,~smgduan<i>);
    
21.                         delay_ms(1000);
    2 q) n; U7 W/ a. Y+ X; a% [$ |
22.                 }
    % d) R, r! |& b+ K$ R
23.         }
    3 T; {* F- g8 I! x
24. }
    # `* `  V# M) f5 l, n
25. 
    
26. 
    
27. </i>

复制代码

/ f2 d2 W- P. P# y% f% K