一、芯片简介

我使用的是 STM32F103VET6 芯片，板载 USB 转串口芯片（CH340/CP2102 等）和 SWD 调试接口。

学习资料：江协科技 STM32 教程（B站）

开发平台：Keil MDK-ARM v5

库版本：STM32F10x 标准外设库（StdPeriph Library）

开发板选择：复刻开源的STM32电赛开发板

1.1 芯片型号解读

STM32 F 103 V E T 6
      │  │   │ │ │ └── 温度等级：6 = 工业级 -40℃ ~ +85℃
      │  │   │ │ └──── 封装类型：T = LQFP
      │  │   │ └────── Flash容量：E = 512KB
      │  │   └──────── 引脚数：V = LQFP100（100引脚）
      │  └──────────── 系列编号：103 = 中容量增强型
      └─────────────── 产品类型：F = 通用主流闪存 MCU

字段	含义	本芯片参数
F	通用主流闪存 MCU	F1 系列（经典M3内核）
103	中容量增强型	外设齐全：ADC、高级定时器TIM1、CAN、USB
V	引脚封装	LQFP100，共100个引脚
E	Flash 容量	512KB Flash 程序存储器
T	封装类型	LQFP 薄型四方扁平封装
6	温度等级	工业级，-40℃ ~ +85℃

1.2 核心资源概览

• 内核：ARM Cortex-M3，最高 72MHz 主频

• 存储器：512KB Flash + 64KB SRAM

• GPIO：最多 80 个快速 IO 口，支持 5V 容忍

• 定时器：8 个定时器（含 1 个高级控制定时器 TIM1）

• 通信接口：USART×3、SPI×2、I2C×2、USB、CAN、SDIO

• 模拟外设：ADC×2（12位，共16通道）、DAC×2

• 电源：2.0V ~ 3.6V 供电，典型工作电压 3.3V

1.3 典型应用场景

1. 电子竞赛、单片机课程学习、毕业设计

2. 电机驱动小车、平衡车、舵机控制系统

3. 数据采集、温湿度/压力传感器采集设备

4. 工业简易控制器、RS485/CAN 总线节点

5. 蓝牙/WiFi 串口透传设备、OLED 显示屏控制器

6. 智能门锁、小型家电控制板、USB 虚拟串口工具

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二、GPIO 原理详解

2.1 什么是 GPIO

GPIO（General Purpose Input/Output，通用输入输出端口）是单片机最基本的外设，可以通过软件配置引脚为输入或输出模式，实现与外部电路的数字信号交互。

STM32F103 的 GPIO 按端口分组：GPIOA、GPIOB、GPIOC …… GPIOG，每组最多 16 个引脚（Px0 ~ Px15）。

2.2 GPIO 八种工作模式

模式	分类	特点与应用
GPIO_Mode_AIN	输入-模拟	接 ADC 模拟输入，关闭施密特触发，功耗最低
GPIO_Mode_IN_FLOATING	输入-浮空	复位后默认状态，电平不确定，一般用于按键外部输入
GPIO_Mode_IPD	输入-下拉	内部下拉电阻，默认低电平
GPIO_Mode_IPU	输入-上拉	内部上拉电阻，默认高电平
GPIO_Mode_Out_OD	输出-开漏	只能拉低，高电平由外部上拉决定，可做线与、I2C
GPIO_Mode_Out_PP	输出-推挽	高低电平都由内部 MOS 管驱动，驱动能力强，常用
GPIO_Mode_AF_OD	复用-开漏	片上外设（如I2C）的开漏输出
GPIO_Mode_AF_PP	复用-推挽	片上外设（如SPI、USART TX）的推挽输出

2.3 推挽输出 vs 开漏输出（重点）

推挽输出（Push-Pull）

• 输出高电平时：P-MOS 导通，N-MOS 截止 → 引脚被强拉到 VDD

• 输出低电平时：N-MOS 导通，P-MOS 截止 → 引脚被强拉到 GND

• 优点：高低电平都有驱动能力，速度快

• 缺点：不能直接线与（两个推挽输出接在一起会短路）

• 应用：LED 驱动、普通数字输出、SPI 等

开漏输出（Open-Drain）

• 输出高电平时：P-MOS、N-MOS 都截止 → 引脚呈高阻态，电平由外部上拉决定

• 输出低电平时：N-MOS 导通 → 引脚被拉到 GND

• 优点：可实现线与逻辑、电平转换（外部上拉到不同电压）

• 缺点：高电平驱动能力弱，需要外部上拉电阻

• 应用：I2C 总线、电平转换、多路共线

2.4 GPIO 输出速度

速度配置	翻转速率	适用场景
GPIO_Speed_2MHz	2 MHz	低速、低功耗、抗干扰要求高
GPIO_Speed_10MHz	10 MHz	一般应用
GPIO_Speed_50MHz	50 MHz	高速信号、SPI 等

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三、RCC 时钟系统（为什么要先开时钟）

3.1 为什么必须使能时钟

STM32 为了降低功耗，所有外设默认都是关闭时钟的。未开启时钟的外设，其寄存器无法读写，配置无效。这是新手最容易踩的坑之一。

GPIO 挂载在 APB2 总线上，所以要用 RCC_APB2PeriphClockCmd() 开启对应端口的时钟。

3.2 STM32 时钟树概览

          ┌─────────┐
 HSE(8M)──┤ PLL 倍频 ├──→ 72MHz SYSCLK ──→ AHB总线 ──→ APB1(最大36M)
          └─────────┘                              └──→ APB2(最大72M)
 HSI(8M)──┘
 LSE(32.768K) → RTC
 LSI(40K) → IWDG

• SYSCLK：系统时钟，最高 72MHz

• AHB：高速总线，主频 72MHz，DMA、SDIO 等挂在这里

• APB2：高速外设总线，最高 72MHz，GPIO、ADC、USART1、TIM1 等

• APB1：低速外设总线，最高 36MHz，USART2/3、SPI2、TIM2~7 等

3.3 常用时钟使能函数

// 开启 GPIOA 时钟（APB2 总线）
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
​
// 同时开启多个外设时钟（用 | 位或）
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

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四、点亮 LED —— 完整详解

4.1 硬件接线

共阳接法（本笔记采用）：

• LED 阳极（长脚）→ 限流电阻 → 3.3V

• LED 阴极（短脚）→ PA0 引脚

• 当 PA0 输出低电平时，LED 点亮

• 当 PA0 输出高电平时，LED 熄灭

3.3V ──[ 1kΩ ]───►|─── PA0
         限流电阻   LED

为什么需要限流电阻？

LED 是电流型器件，正向压降约 1.8~2.2V（红色）。不加电阻会导致电流过大烧坏 LED 甚至单片机引脚。

计算公式：R = (Vcc - Vf) / If = (3.3V - 2V) / 10mA ≈ 130Ω实际常用 330Ω ~ 1kΩ，电流越小亮度越低但更安全。

4.2 初始化四步法

GPIO 初始化遵循标准的「结构体配置法」，这是 STM32 标准库的通用套路：

1. 定义配置结构体 → 准备参数容器

2. 开启外设时钟 → 给外设供电（最容易忘！）

3. 填充结构体参数 → 设置引脚号、模式、速度

4. 调用初始化函数 → 写入寄存器，生效

4.3 完整代码（逐行注释）

#include "stm32f10x.h"  // STM32F10x 标准库头文件
​
/**
 * @brief  PA0 引脚初始化（推挽输出，驱动LED）
 * @param  无
 * @retval 无
 */
void LED_Init(void)
{
    // 第一步：定义一个 GPIO 初始化结构体变量（空白模板）
    // GPIO_InitTypeDef 是标准库定义的结构体类型
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
    // 第二步：开启 GPIOA 端口时钟
    // 注意：所有外设使用前必须先开时钟，否则配置无效！
    // GPIOA 挂载在 APB2 总线上
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    
    // 第三步：配置结构体参数
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;        // 选择引脚：PA0
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 模式：推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;// 速度：50MHz
    
    // 第四步：调用初始化函数，将配置写入寄存器
    // 参数1：哪个端口（GPIOA/GPIOB...）
    // 参数2：结构体指针（取地址 &）
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // 初始化后默认输出高电平，LED熄灭（共阳接法）
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
}
​
int main(void)
{
    // 调用 LED 初始化函数
    LED_Init();
    
    // PA0 输出低电平 → LED 点亮
    GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
    
    // 主循环死循环，防止程序跑飞
    while(1)
    {
        // 空循环，程序停在这里
    }
}
​

4.4 常用 GPIO 输出库函数

函数	功能	示例
GPIO_SetBits(GPIOx, GPIO_Pin_x)	置位（输出高电平）	GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
GPIO_ResetBits(GPIOx, GPIO_Pin_x)	复位（输出低电平）	GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
GPIO_WriteBit(GPIOx, GPIO_Pin_x, BitVal)	写指定引脚电平	GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, Bit_RESET);
GPIO_Write(GPIOx, PortVal)	写整个端口16位	GPIO_Write(GPIOA, 0x00FF);
GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOx, GPIO_Pin_x)	读输出寄存器某一位	回读自己输出的电平
GPIO_ReadInputDataBit(GPIOx, GPIO_Pin_x)	读输入引脚电平	按键检测时用

---

五、扩展练习：LED 闪烁

在点亮的基础上，加入延时函数实现闪烁效果：

#include "stm32f10x.h"
​
/**
 * @brief  简单延时函数（软件延时，不准，仅入门用）
 * @param  time: 延时参数，数值越大延时越长
 */
void Delay(uint32_t time)
{
    while(time--);
}
​
void LED_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}
​
int main(void)
{
    LED_Init();
    
    while(1)
    {
        GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);  // 亮
        Delay(5000000);                      // 延时
        GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);    // 灭
        Delay(5000000);                      // 延时
    }
}

---

六、常见问题与排错

6.1 LED 不亮怎么办？按顺序排查

1. 时钟开了吗？ → 检查 RCC_APB2PeriphClockCmd 是否正确调用

2. 引脚号对吗？ → 代码里的引脚和实际接线的引脚一致吗？

3. 模式对吗？ → 必须是 GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出

4. LED 正负极接反了吗？ → 长脚阳极、短脚阴极，共阳接法阴极接单IO

5. 限流电阻接了吗？ → 没接可能烧坏 LED

6. 编译下载成功了吗？ → 检查 Keil 是否提示 "Program Done"

7. 板子上电了吗？ → 最基础但最容易忘

6.2 Keil 编译报错：#1 error: "..."

如果复制代码后重建工程报错，检查：

• 文件最后一行是否为空行 → C 标准要求源文件末尾必须有换行

• 头文件路径是否添加 → Options → C/C++ → Include Paths

• 标准库文件是否全部添加 → stm32f10x_gpio.c、stm32f10x_rcc.c 等

6.3 下载失败

• 检查 SWD 接线（SWDIO、SWCLK、GND 三根必接）

• 检查芯片是否被锁死（可通过串口 ISP 擦除解除）

• 检查调试器驱动是否安装（ST-Link / J-Link）

• 检查启动模式选择是否正确

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七、知识总结

7.1 GPIO 输出初始化口诀

一时钟，二结构，三模式，四速度，五调用初始化

1. 开时钟（RCC）

2. 定义结构体

3. 选引脚（Pin）

4. 设模式（Mode）

5. 设速度（Speed）

6. 调 Init 函数

7.2 核心知识点

• STM32 外设默认关闭时钟，使用前必须使能

• GPIO 有 8 种工作模式，推挽输出最常用

• 推挽输出高低都能驱动，开漏输出只能拉低

• BSRR 寄存器实现原子位操作，比改 ODR 更安全

• LED 一定要串联限流电阻