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任务1 点亮LED灯

一、任务描述

本任务基于STM32F103C8T6最小系统板，硬件连接为PA6 引脚驱动LED灯。在Keil中编写、编译、下载程序，实现GPIO输出高电平点亮 LED的功能，掌握STM32 GPIO最基础的输出控制方法。

二、任务目标

1.知识目标

1）理解STM32 GPIO端口的输出模式、推挽输出、开漏输出工作原理。

2）掌握LED点亮的硬件原理：高电平点亮/低电平点亮的区别。

3）熟悉HAL库中GPIO初始化、电平控制的核心函数。

4）了解STM32工程下载、运行的完整流程。

2.能力目标

1）能够生成工程并在Keil中编写GPIO电平控制代码。

2）能够独立完成程序编译、下载，实现LED点亮功能。

3）能够排查硬件接线、软件配置导致的LED不亮问题。

3.素质目标

1）培养嵌入式开发先配置、后编程、再调试的规范流程。

2）提升硬件与软件结合的分析、调试能力。

3）养成严谨、耐心排查问题的工程素养。

三、任务重难点

1.任务重点

1）PA6引脚正确配置：GPIO推挽输出、无上拉下拉、低速模式。

2）掌握HAL库控制GPIO电平函数：HAL_GPIO_WritePin()。

3）区分LED高电平点亮/低电平点亮，正确设置输出电平。

4）工程编译无错误，程序成功下载并运行。

2.任务难点

1）硬件判断：LED是高电平点亮还是低电平点亮。

2）正确调用HAL库GPIO函数，参数匹配无误。

3）排查LED不亮原因：接线错误、引脚配置错误、电平设置错误。

4）解决下载失败、程序不运行的基础问题。

四、知识准备

1.STM32F103C8T6的GPIO详细介绍

（1）GPIO基本概念

GPIO（General Purpose Input Output）通用输入输出口，是STM32单片机与外部硬件（LED、按键、传感器等）交互的最基础接口。STM32F103C8T6一共有GPIOA、GPIOB、GPIOC三组端口，每组端口包含16个引脚（Pin0~Pin15），如图1所示。本任务使用：GPIOA第6号引脚——PA6。

（2）GPIO端口结构

每组GPIO包含：

一组16个引脚

控制寄存器（控制模式、速度、电平）

数据寄存器（读取/写入引脚电平）

（3）GPIO四种工作模式

输入模式：读取外部电平（按键、传感器）

输出模式：控制外部设备（LED、继电器）

复用功能模式：串口、SPI、I2C等硬件外设

模拟模式：ADC采集

（4）GPIO输出模式（点亮LED必须掌握）

输出模式分为两种：

推挽输出（Push-Pull）

可输出强高电平+强低电平，驱动能力强，适合驱动LED。

开漏输出（Open-Drain）

只能输出强低电平，需要外部上拉，一般不用于LED。

本任务PA6必须配置为：通用推挽输出

（5）GPIO上拉/下拉（Pull-up/Pull-down）

上拉：引脚默认高电平

下拉：引脚默认低电平

无上拉无下拉：电平由程序控制

点亮LED推荐：无上拉无下拉

（6）GPIO输出速度

低速（2MHz）

中速（10MHz）

高速（50MHz）

LED属于慢速设备，使用低速即可。

图1 STM32F103C8T6引脚定义

2.HAL库GPIO函数详细使用（点亮LED核心）

（1）GPIO初始化结构体

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct ={0};

//开启GPIOA时钟

__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

//配置PA6为推挽输出、无上下拉、低速

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6;

GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;

GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;

GPIO_InitStruct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_LOW;

//初始化引脚

HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

（2）最核心函数：设置引脚电平（点亮/熄灭LED）

HAL_GPIO_WritePin(GPIOx,GPIO_Pin,PinState);

三个参数含义：

GPIOx：端口，如GPIOA

GPIO_Pin：引脚号，如GPIO_PIN_6

PinState：电平状态

GPIO_PIN_SET→高电平（1）

GPIO_PIN_RESET→低电平（0）

（3）点亮LED常用代码示例

//点亮LED（根据硬件决定高低电平）

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_RESET);

//熄灭LED

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET);

（4）翻转电平函数（闪烁LED用）

GPIO_PinState state = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_6);

3.LED点亮原理知识

（1）LED点亮条件

LED是单向导通的二极管，必须加正向电压才会亮。

（2）两种常见电路

低电平点亮（最常见）

PA6输出0→LED亮

PA6输出1→LED灭

高电平点亮

PA6输出1→LED亮

PA6输出0→LED灭

4.时钟使能知识（非常重要）

GPIO使用前必须开启时钟！

__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

如果不开启时钟，GPIO无法工作，LED不会亮。

5.程序执行流程知识

（1）系统初始化（时钟、GPIO）

（2）进入main函数

（3）执行MX_GPIO_Init()初始化PA6

（4）在while(1)之前点亮LED

（5）程序保持运行，LED常亮

五、硬件连接

LED模块接线如图2所示：

U6 为 LED 灯模块，有两个引脚：

引脚 1（标记为 A6）：直接连接到 STM32 核心板的 PA6 引脚，作为 LED 的控制端。

引脚 2（标记为 GND）：直接连接到系统地（GND）。

图2 LED模块接线

六、任务实现

任务1.1重定义fputc函数

为了让printf函数输出的打印信息重定向到串口调试助手，在usart.c文件中添加如下代码：

/* USER CODE BEGIN 0 */

#include <stdio.h>

/*********************************************************

*

*重定义fputc函数

*

*********************************************************/

int fputc(int ch,FILE *f)

{

HAL_UART_Transmit (&huart1 ,(uint8_t *)&ch,1,HAL_MAX_DELAY );

return ch;

}

/* USER CODE END 0 */

任务1.2 添加LED驱动

1.在项目根目录新建hardware文件夹，在其中再建src和inc两个文件夹，将led.c文件放到src文件夹中，将led.h文件放到inc文件夹中，如图3所示。

图3 新建hardware文件夹

2.在项目根目录下的MDK-ARM下双击TEST.uvprojx文件，打开工程，如图4所示。

图4 打开工程

3.单击按钮，打开”Manager Project Items”对话框，点击按钮，添加hardware，再点击“Add Files...”按钮，将hardware\src下led.c文件添加进来，如图5所示。

图5 添加led.c文件

4.单击按钮，打开“Options for Target ’TEST’”对话框，选择“C/C++”选项卡，在“Include Paths”后选择头文件所在目录“hardware\inc”，如图6所示。

图6 选择“hardware\inc”

任务1.3 修改main.c文件

1.添加头文件

在main.c文件中添加头文件。

/* USER CODE BEGIN Includes */

//C库

#include <string.h>

#include <stdio.h>

//LED驱动

#include "led.h"

/* USER CODE END Includes */

2.在main函数中添加如下代码。

 /* USER CODE BEGIN 2 */

Led_Init(); //LED初始化

    printf("任务1 点亮LED灯\r\n");

Led_Set(LED_ON);

  /* USER CODE END 2 */

任务1.4 编译、下载程序，查看结果

1.点击编译按钮，编译程序。

2.点击下载按钮，下载程序。

3.打开串口调试助手，按stm32f103c8t6主控板上的复位键，在串口调试助手中输出打印信息，如图7所示，同时LED灯点亮。

图7 输出打印信息