1. 项目简介

1.1 实验目标

本实验在 NUCLEO-C542RC 开发板上，通过主循环轮询用户按键 B1（PC13），实现按键控制板载 LED 状态翻转，掌握 STM32C5 系列 GPIO 输入与输出的基本用法。

功能需求：

• 在主循环中轮询用户按键（PC13）
• 每次有效按下时切换板载 LED（PA5）的状态
• 持续按住不重复触发，松开后可响应下一次按键
• 消抖时间 20 ms

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1.2 实验条件

硬件：

• NUCLEO-C542RC 开发板
• 支持数据传输的 USB Type-C 线（用于连接 ST-LINK 接口）

软件：

• STM32CubeMX2（用于引脚、时钟配置与代码生成）
• VS Code + STM32Cube 插件（用于编译、烧录、调试）

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2. 硬件说明

2.1 NUCLEO-C542RC 开发板

NUCLEO-C542RC 是 ST 基于 STM32C542RCT6 推出的 Nucleo-64 开发板。主要特性：

• MCU：STM32C542RCT6，Arm Cortex-M33 内核，最高主频 144 MHz，256 KB Flash，64 KB RAM
• 调试器：板载 STLINK-V3EC，支持大容量存储、虚拟串口和调试端口三种功能
• 用户 LED：LD1，连接 PA5
• 用户按键：B1，连接 PC13
• 复位按键：B2
• 扩展接口：Arduino Uno V3 和 ST morpho 连接器

本实验使用板载的 LD1 和 B1，无需额外外设。

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2.2 引脚说明

引脚	别名	功能	方向	有效电平
PA5	LD1	板载用户 LED	GPIO 输出	高电平点亮
PC13	B1	用户按键	GPIO 输入	按下为高电平，松开为低电平

PA5（LD1）：配置为推挽输出，输出高电平时 LED 点亮，输出低电平时 LED 熄灭。复位后初始状态为低电平（LED 熄灭）。

PC13（B1）：配置为输入模式。PC13 通过外部电阻 R13（10K）下拉到地，按键按下时接 3V3。因此空闲时为低电平，按下时为高电平。

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3. STM32CubeMX2 工程配置

3.1 新建工程

本实验采用 MCU 方式创建工程，即以芯片型号 STM32C542RC 为起点，而非开发板方式。

1. 进入 MCU 选择界面 启动 STM32CubeMX2，在首页点击 MCU，进入芯片型号选择列表。
2. 搜索并选中芯片 在 MCU name 输入框中输入 STM32C542RC（或完整型号 STM32C542RCT6），从筛选出的列表中选择对应型号。
3. 填写项目信息 输入项目名称 GPIO_Button 和项目保存路径。项目名称避免使用特殊字符，路径建议使用纯英文目录。

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3.2 基础配置

工程创建后，软件自动进入 Pinout 视图。时钟配置保持默认即可：CubeMX2 创建工程后的默认系统主频为 48 MHz，时钟源为 HSI 分频，本实验无需修改。

注意：本工程的系统时钟为 48 MHz，与之前点灯实验（144 MHz）不同。这是 CubeMX2 的默认配置，不影响 GPIO 功能，HAL_Delay() 仍可正常工作。

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3.3 GPIO 配置（PA5 输出）

1. 在 Pinout 视图中找到 PA5 引脚。根据 UM3615 手册，向 PA5 写入高逻辑电平（“1”）即可点亮 LD1。
2. 右键点击 PA5，选择 Assign signal → GPIO，把引脚的功能分配给 GPIO 模块。
3. 再次右键点击 PA5，选择 Configure GPIO，进入 GPIO 详细配置界面。
4. 将 PA5 的 Mode 设置为 Output。
5. 保持默认参数：Output level 为 Low，Output mode 为 Push Pull，Pull-up/Pull-down 为 No pull-up and no pull-down，Maximum output speed 为 Low。
6. 在 PA5 的配置项中找到 User Label（用户标签）输入框，填入 LD1。

设置别名后，CubeMX2 生成的代码中会自动创建对应的宏定义，例如 LD1_GPIO_Port 和 LD1_Pin，后续在 main.c 中可以直接使用这两个宏来操作 LED，无需再手动记忆 GPIOA 和 GPIO_PIN_5。

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3.4 GPIO 配置（PC13 输入）

1. 在 Pinout 视图中找到 PC13 引脚。
2. 右键点击 PC13，选择 Assign signal → GPIO。
3. 再次右键点击 PC13，选择 Configure GPIO，进入 GPIO 详细配置界面。
4. 将 PC13 的 Mode 设置为 Input。
5. 保持默认参数：Pull-up/Pull-down 为 No pull-up and no pull-down。
6. 在 User Label 输入框中填入 B1。

本实验采用轮询方式，不启用外部中断，因此不需要勾选 EXTI 相关选项。

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3.5 项目配置

1. 点击 Project Settings，进入工程设置页面。
2. 在 IDE Format 下拉选项中选择 CMake。
3. 在 CMake Toolchain 下拉选项中选择 GCC。
4. 确认配置无误后，点击 Generate Code。CubeMX2 会执行配置检查，如果没有错误，开始在指定路径下生成 CMake 工程文件。
5. 生成完成后，项目路径下会出现标准 CMake 工程结构，包含 Core/、Drivers/、CMakeLists.txt 等。

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4. 编程实现

4.1 实现思路

采用 “检测 → 消抖 → 二次确认 → 翻转 → 等待松开” 的轮询方案：

主循环
    │
    └─ 读取 PC13 电平
          │
          ├─ 非按下（低电平）→ 继续轮询
          │
          └─ 按下（高电平）
                ├─ HAL_Delay(20ms) 消抖
                ├─ 二次确认仍为按下？
                │      └─ 否 → 视为抖动，忽略
                ├─ 是 → 有效按下 → 翻转 PA5 状态
                └─ 阻塞等待松开（读到高电平）后才回到轮询

各步骤使用的 HAL 函数：

步骤	HAL 函数	作用
读取按键	HAL_GPIO_ReadPin(B1_PORT, B1_PIN)	读取 PC13 电平
消抖延时	HAL_Delay(DEBOUNCE_TIME_MS)	延时 20 ms
翻转 LED	HAL_GPIO_TogglePin(LD1_PORT, LD1_PIN)	切换 PA5 输出电平

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4.2 关键代码

在 VS Code 中打开生成的 CMake 工程，找到 main.c，添加以下代码。

（1）文件头部添加宏定义

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
#define DEBOUNCE_TIME_MS    20u                 /* 按键消抖时间 */
#define B1_PRESSED_STATE    HAL_GPIO_PIN_SET    /* 按下时 B1(PC13) 为高电平 */

（2）声明按键扫描函数

/* Private functions prototype -----------------------------------------------*/
static void Button_Scan(void);

（3）主函数

int main(void)
{
  if (mx_system_init() != SYSTEM_OK)
  {
    return (-1);
  }
  else
  {
    while (1)
    {
      Button_Scan();
    }
  }
}

（4）按键扫描函数

/**
  * brief:  Poll user button B1 (PC13) and toggle onboard LED LD1 (PA5) on each
  *         valid press. Debounces the press, and waits for the release so that
  *         holding the button down does not re-trigger.
  * retval: none
  */
static void Button_Scan(void)
{
  if (HAL_GPIO_ReadPin(B1_PORT, B1_PIN) == B1_PRESSED_STATE)
  {
    /* A press is detected, confirm it after the debounce time */
    HAL_Delay(DEBOUNCE_TIME_MS);
    if (HAL_GPIO_ReadPin(B1_PORT, B1_PIN) == B1_PRESSED_STATE)
    {
      /* Valid press: toggle the onboard LED */
      HAL_GPIO_TogglePin(LD1_PORT, LD1_PIN);

      /* Wait for the release before scanning again */
      while (HAL_GPIO_ReadPin(B1_PORT, B1_PIN) == B1_PRESSED_STATE)
      {
      }
    }
  }
}

代码说明：

• B1_PORT、B1_PIN、LD1_PORT、LD1_PIN 四个宏由 CubeMX2 生成在 generated/hal/mx_gpio_default.h，通过 main.h 链入，在 main.c 中可直接使用。
• 第 1 步检测到高电平后，第 2 步延时 20 ms 消抖，第 3 步再次确认。两次都为低电平才判定为有效按下。
• 第 4 步翻转 LED 状态。
• 第 5 步的 while 空循环阻塞等待按键松开，这是实现“按住不重复触发”的关键。松开后回到外层，可响应下一次按下。

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5. 编译烧录与运行测试

5.1 编译与烧录

1. 打开工程：用 VS Code 打开 CubeMX2 生成的 CMake 工程文件夹（如 GPIO_Button_cmake）。
2. 编译：点击 VS Code 底部状态栏的 Build 按钮，或使用命令面板执行 CMake 构建。编译完成后，终端应输出 Build finished with exit code 0，无 error。
3. 连接开发板：用支持数据传输的 USB Type-C 线连接 NUCLEO-C542RC 的 ST-LINK USB 口（CN1）。
4. 确认设备识别：打开设备管理器，在“端口 (COM 和 LPT)”下应能看到 STLink COMx。
5. 烧录：点击 VS Code 中的 运行按钮，将固件下载到开发板。

5.2 运行与测试

烧录完成后，程序自动开始运行。依次验证以下功能：

1. 初始状态 复位开发板（按下黑色复位按键 B2），观察 LD1。复位后 LD1 应保持熄灭状态，说明 GPIO 初始化正确。
2. 按键响应 按下蓝色用户按键 B1，观察 LD1 是否翻转。如果当前 LED 熄灭，按下后应点亮；再次按下，LED 应熄灭。反复测试几次，确认每次按下都能可靠触发翻转。
3. 按住不重复 按住 B1 不放，观察 LD1。LED 应该只翻转一次，持续按住期间不会再翻转。
4. 松开可再响应 松开 B1 后再次按下，LD1 应能再次翻转，说明等待松开的逻辑正常。
5. 消抖验证 快速连续按下 B1 多次，观察 LED 响应。如果消抖正常，每次按下只触发一次翻转，不会因按键机械抖动产生多次翻转。

测试结果：

• [X] 按一下 B1，LD1 翻转一次
• [X] 持续按住 B1，LD1 只翻转一次，不重复触发
• [X] 松开后再次按下，LD1 再次翻转
• [X] 快速连按无明显误触发，20 ms 消抖生效

功能正常。

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6. 小结

本实验通过轮询方式实现了按键控制 LED 状态翻转，掌握了 STM32C5 GPIO 输入与输出的基本配置和使用方法。

核心逻辑可以概括为：“检测 → 消抖 → 二次确认 → 翻转 → 等待松开”。其中“等待松开”这一步是保证按住不重复触发、松开可再响应的关键，不可缺少。

需要注意的是，本方案采用阻塞式轮询：HAL_Delay(20) 消抖和等待松开的空循环都会占用主循环，期间无法执行其他任务。对于功能简单的应用这是可接受的；如果系统还有其他实时任务，建议改用外部中断方式或非阻塞状态机。下一篇将介绍用外部中断实现同样的按键控制功能。

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