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[STM32]从零开始的STM32 LED教程（小白向）

article 2024/11/14 21:08:30

一、为什么LED会作为第一个例程

大家可能已经发现了，我们大部分的STM32教程都将LED作为教程中的第一个例程。为什么呢？在我看来，之所以把LED作为教程的第一个例程，因为这个实验能够让新手直观的看到实验现象，在操作GPIO的同时对STM32有更进一步的理解，所以，我也不例外，将STM32点亮一个LED作为第一个教程。这次教程中，我会教大家如何使用之前创建的初始工程来进行GPIO的操作从而点亮一个LED。这次教程涉及到的东西会比较多，我不仅会教大家如何点亮一个LED，并且还会教大家如何下载程序，以及在程序下载时遇到问题应该怎么解决，STM32锁了应该怎么解决。如果你准备好了，那我们就开始吧！

二、需要准备什么？

在这次的实验中，你需要准备一个STM32的最小开发板，如图中所示，我们既然要学习STM32当然需要一个开发板来观察现象，你可以使用STM32F103C8T6或者STM32F103C6T6,它们的程序基本互通，但是在实际开发中，不同单片机的程序不能直接使用，尽管你下载和运行都没有问题，但这依然是不被允许的。下图所示，就是我们STM32的最小系统板：

你还需要准备一个已经搭建好的STM32F1的标准库开发环境，如果你还不会搭建环境，那么可以参考下面的文章：

STM32标准库环境搭建：[STM32]从零开始的STM32标准库环境搭建（小白向）_添加stm32-CSDN博客

这里我将本次实验能用到的资料已经打包整理到百度网盘，大家自行下载。如果你是新手，我还是强烈建议你下载我给出的资料，虽说这些资料在官网或者网络上都有。但在你刚开始学习的时候，我并不推荐你把太多的精力用花在找资料上:

LED教程资料：https://pan.baidu.com/s/1Wutlt1KYF45n9FTIzAbEBQ?pwd=clxm
提取码：clxm

当你准备好STM32的最小版和开发环境以后，就可以进行下一步了。

三、编写一个点亮LED的程序

这里编写程序我会使用两种方式，一种是通过控制寄存器来点亮一个LED,另一种是通过库函数来点亮一个LED。如果你是新手，你可以把寄存器的方式当作一个了解，等你学习了一段时间以后再去深究，这里讲寄存器的控制方式也只是为了教大家怎么去翻阅手册。在后面的开发中，我们有些地方可能会用到寄存器，但是不会作为主要的形式。下面我们来了解一下怎样才能点亮一个LED。为了学习如何点亮一个LED，我们可能需要一点电学知识，如下图，这是我们的一个LED的电气符号，当然，实际的LED不长这样。

我们现在来介绍以下LED的基本概念，LED的全称是“发光二极管”，所以它说白了也是一个二极管，它具有二极管的特性，比如它同样具有“正向导通，反向截止”的特性。也就是说我们给它加上正向电压时，它就会导通，给它加上反向电压时，它就会截止。如图中LED所示，我们规定，左端，也就是三角形大的一端表示正极，右端，也就是三角形指向的并且有一根竖线的一端为负极，所以，如果我们给LED像下图这样加电压，那么它就会导通，LED一旦导通并且电流达到额定值它就会发光：

VCC在这里充当的是我们的电源正极，GND在这里充当的是我们的电源负极，这样一来，LED的正接到了正，负接到了负，它就导通了。我们下面来看看LED截止的电路模型：

这次我们将电源正极接到了LED的负极上，电源负极接到了LED的正极上，这样的LED是不会导通的。以上就是LED通电发光的基本原理了，当然，这些是非常浅显的，如果你想了解更多半导体的知识还请查阅别的文章。

下面是一个LED发光电路的正确模型：

这里我们将电源正极经过一个300欧姆的电阻接到了LED的正极，LED的负极直接接到电源负极。这个电阻被我们叫做限流电阻，它是为了防止LED因为电流过大而烧毁。这也是最常见的LED电路模型。这个电阻在实际的电路设计中也是必须的。

学习了LED的基本知识，下面我们来查看一下我们STM32最小板上的LED接到了哪里，我们应该怎么点亮。可以将我给的资料进行解压，得到以下文件夹，在文件夹中就有一个“最小板原理图.jpg”的文件。

这里要注意的是，如果你的最小板样式和我最开始的一样，那么你就可以使用这张原理图。如果你的最小板不像这样，那你可以找商家要原理图。我们现在将原理图打开，看到LED有关的部分：

被我框出的地方就是整个最小板的LED部分了，我们可以放大一点来分析：

我们首先看到上面的LED，可以观察到这个LED的正极是直接接到了电源的正极，它的负极通过了一个510欧的电阻接到了电源的负极，这里的限流电阻从正极接和从负极接都无所谓。也就是说这个LED在我们通电时它就会亮，这个LED就是我们的电源指示灯。

我们再来看下面的LED,同样的这个LED的正极直接接到了电源的正极，负极通过一个510欧的电阻接到了PC13上，PC13是什么呢？我们在原理图中寻找一下：

是的，PC13是我们芯片上的一个引脚，我们的PC13是一个网络标签，表示这两个地方是连接到一起的。也就是说，我们的LED的负极经过了一个电阻接到了我们的STM32上。我们想让这个LED发光，就必须让STM32的PC13引脚输出一个负极的电压。接下来我们引入电平的概念。在数字电路的TTL电平中，我们规定电源电压在0v-5v，并且我们将高于2.7v的电压称为高电平，低于0.5v的电压称为低电平，我们的STM32就是一个标准的TTL器件，它能够输出TTL电平。在STM32中，如果让引脚输出高电平，那么引脚的电压就等于或者接近电源电压，这里的电源指的是STM32片上供电电源。如果让引脚输出低电平，那么引脚的电压就等或者接近于0。所以我们如果想让这个LED亮起来，我们需要让PC13引脚输出一个接近于0的电压，也就是低电平。

我们可以看到我们的LED就在我们开发板的如下图指示位置：

当我们给开发板通电，我们发现，开发板的电源指示LED亮起，接在STM32 PC13口的LED不亮，我们现在就需要使用代码使这个LED点亮。下面我会使用操作寄存器和使用库函数两种方法来驱动LED。对于新手来说，操作寄存器作为了解即可。下面我们分情况讨论：

1.操作寄存器点亮一个LED

我们首先要打开我们一开始创建的STM32标准库工程，如果你没有创建完成，可以去看我以前的文章。如果你反复创建失败，也可以打开我给的资料中的工程文件夹，里面有这一次实验会使用到的工程模板，当然也有我编写好的工程。大家如果使用自己已经创建好的工程，可以新建一个文件夹，将原本工程内的文件复制一份到这个文件夹，并且将文件夹命名为本次实验的名字。这里我在桌面上新建一个“LED”的文件夹：

我们将工程模板中的文件都复制过来：

在完成以后，我们在LED的文件夹打开工程。

打开工程以后，我们进入“main.c”就可以开始写程序了。

我们操作寄存器，首先就需要打开我们STM32F1的寄存器手册，手册我放在了本次下载的资料下，如果你想查看，你可以打开“STM32F10xxx参考手册（中文）.pdf”文件。我们点亮一个LED只需要使用到3个寄存器。我们首先看到RCC相关的寄存器。我们STM32的GPIOC口被挂载在了APB2总线上，我们看到相关的配置寄存器。

配置GPIOC的时钟我们要使用到“APB2ENR”寄存器。我们可以看到“APB2ENR”的第四位负责了GPIOC的时钟，我们只需要将“APB2ENR”的第四位配置为1即可。

转换为16进制就是“0x00000010”，在程序中就像下面这样写：

RCC->APB2ENR=0x00000010;

我们继续来配置端口模式寄存器，我们下面看到“GPIOx_CRH”寄存器，这个寄存器就用于配置GPIO的模式寄存器。这里的“GPIOx_CRH”是对GPIO口的高八位进行配置，“GPIOx_CRL”是对GPIO端口的低八位进行控制，这里的x在手册中也提到了，是选择哪一个GPIO口。

我们这里要配置GPIOC的输出模式和最大速度，我们就要配置“GPIOx_CRH”寄存器的20-23位。我们将其配置位推挽输出模式，并且最大速度50MHZ。所以这里“GPIOx_CRH”的值我们要配置为“0x00300000”，写在程序中就是：

GPIOC->CRH=0x00300000;

我们将GPIO的时钟和输出寄存器配置好以后，就可以开始控制GPIO输出了，我们这里看到控制GPIO控制输出的寄存器，也就是我们的“GPIOx_ODR”寄存器。

我们只需要将“GPIOx_ODR”寄存器的13位写为0，GPIOC13就能输出低电平了，之前我们看原理图也发现了PC13口只要给低电平，LED就可以亮起，当然，我们也可以直接将整个寄存器写成0，写在程序中如下：

GPIOC->ODR=0x00000000;

至此，我们的STM32寄存器控制LED程序就已经完成了，下面是完整的“main.c”中的程序：

#include "stm32f10x.h"                  

int main(void)
{
	RCC->APB2ENR=0x00000010;
	GPIOC->CRH=0x00300000;
	GPIOC->ODR=0x00000000;
	while(1)
	{
		
	}
}

大家可以将其复制到自己的“main.c”中进行测试。我们将代码编译，不出意外的话应该是零错误，零警告。

大家可以查看hex文件有没有正常生成。如果没有生成可以查看我们之前新建标准库工程的文章，查看如何生成hex文件。这个hex文件我们后续的烧录会使用到，当然，现在我们不讲烧录。我们将下面的标准库的操作方法讲完以后，我们才会讲如何烧录程序。

大家应该也发现了，寄存器控制GPIO口输出电平的方法非常复杂，并且我们在编写寄存器相关程序时，我们需要反复翻阅手册，如果程序没有注释，可读性是非常低的。所以，如果你作为一个新手，我并不推荐你一开始就学习寄存器。我们下面会讲使用标准库进行开发，这是一种非常易用并且高效的开发方式。

2.使用标准库点亮一个LED

在开始之前，我们仍然需要将原本的工程模板复制一份出来，放在一个单独的文件夹中。这是一种很好的习惯，能够让我们不断累积自己的代码库。现在让我们继续吧，将工程复制完成以后，我们直接打开工程并来到“main.c”文件：

我们使用库函数控制GPIO引脚同样需要先使能引脚的时钟，我们使能GPIOC的时钟可以使用下面的函数进行：

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);

这里的“RCC_APB2Periph_GPIOC”就表示了我们要操作GPIO的时钟，后面的“ENABLE”表示使能，这两个都是函数“void RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState)”的参数。如果你想知道一个函数有哪些参数，你可以右键这个函数，然后点击“Go to.......”

这里有我们函数的简单介绍，以及函数传入参数和返回值的描述：

在我们开发过程中，我们要经常性的去看一个函数的参数和返回值。

当我们打开GPIOC的时钟以后，就可以开始配置GPIOC的模式和输出速度了。我们配置GPIO的模式和输出速度经常会采用“void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct)”函数，如果你不知道一个函数的参数，可以把这个函数先写出来，再使用“Go to......”跳转到函数定义去查看参数。

我们可以看到这个函数第一个参数要我们选择要配置哪一个GPIO,第二个要的是“ GPIO_InitTypeDef”类型的一个结构体指针，在很多函数库中都会使用结构体来传递参数，我们一般是先修改结构体内部参数的值再将结构体一次性传入函数。我们可以先使用下面的代码定义一个“ GPIO_InitTypeDef”类型的结构体：

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructTypeDef;

我们下面开始往结构体中装入参数：

GPIO_InitStructTypeDef.GPIO_Mode =GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructTypeDef.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
GPIO_InitStructTypeDef.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

这里我们通过修改结构体成员的方式来往结构体中装入参数，我们将GPIO端口模式配置为推挽输出模式，端口我们选择的13，端口最大速度我们配置为了50MHZ。

当我们准备好结构体以后，就可以使用“GPIO_Init()”函数了。代码如下：

GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructTypeDef);

这里函数的第一个参数为选择的GPIO口，我们选择的GPIOC口，后面要求传入一个结构为类型的指针，所以我们这里要对我们自己创建的结构体取地址。

至此，我们已经将GPIOC的时钟打开，并且已经配置了输出模式和最大速度。我们下面就可以来控制GPIOC13口的电平了。我们可以使用下面的命令将GPIOC13的电平置为低电平：

GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_13,Bit_RESET);

这里的参数GPIOC仍然表示我们选择哪一个GPIO口，后面表示我们选择的GPIO口的引脚，最后一个参数表示我们要将这个引脚置高电平还是低电平，这里的“RESET”是一个宏定义，表示低电平。

下面是完整的“main.c”代码：

#include "stm32f10x.h"                  

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructTypeDef;

int main(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);
	
	GPIO_InitStructTypeDef.GPIO_Mode =GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructTypeDef.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
	GPIO_InitStructTypeDef.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructTypeDef);
	
	GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_13,Bit_RESET);
	while(1)
	{
		
	}
}

我们同样将代码编译。应该是没有错误也没有警告的：

在编译出hex文件以后，程序编写和编译的工作就完成了。大家可以发现，虽然标准库开发的语句多了许多，但是每条语句都有自己独特的意思，让我们的代码有迹可循。

四、程序下载与工程测试

做了上面那么多，我们总算是可以开始下载程序了，下载程序这个地方有很多坑，有时候也会下载不成功。下面我会教大家使用ST-Link下载程序和使用串口下载程序。这两种程序下载方式都有自己的优缺点，我会详细说明。下面我们分情况讨论：

1.使用ST-Link下载程序

下面我来给大家讲解如何使用ST-Link给STM32下载程序，这种下载方式也是作为我们STM32非常常见的一种下载方式。在这种下载方式下，你需要拥有一个ST-Link下载器用于下载程序，目前价格在10块左右建议大家买贵一点的ST-Link，这样可以避免很多因为硬件引起的不能下载的问题，下面我们将ST-Link按照下面的方式进行连接：

这里注意我们的ST-Link有两排排针对应了两排名字，左边一列的名字对应的是上面的排针，右边一列的名字对应的是下面的排针，我们要用的接口一般都在下面的排针。确定好以后，我们将“SWCLK”“SWDIO”“3.3V”“GND”连接起来，有时“SWCLK”也会直接写成“CLK”,“3.3V”可能会写成“3V3”。这些引脚的表述方式不同，但是都表示的是同一个引脚。大家在连接的时候需要注意，不要将VCC和GND接反了，一定要多检查几遍再上电。在连接好上电以后我们的电源指示灯会亮起，如果你上电以后，电源指示灯没有亮起，你要马上将其从电脑上拔出并且检查接线是否正确。

当你正确上电以后，STM32的最小系统板的电源指示灯会亮起，我们就可以准备开始下载程序了。

我们回到keil中，点击魔术棒：

随后点击“Debug”:

我们将这里的下载器改成“ST-Link”

在换好了以后，我们点击右边的“Settings”:

我们可以看到这里已经出现了ST-Link的ID：

这里需要注意的是，只有出现ST-Link的ID以后才算连接成功了，如果没有ID，表示接线或者驱动有错误。这里还请大家自己检查，如果你怀疑驱动有错误，你可以将ST-Link插在电脑上，然后不接任何外围设备，随后打开我给的资料中的“ST-Link驱动”文件夹，

这里的驱动资料由正点原子整理，里面也有驱动更新的教程，大家跟着教程自行安装或者更新ST-Link的驱动。如果在安装完驱动以后keil中仍然找不到ST-Link的ID，就可以考虑一下接线是不是有问题，如果接线也没有问题并且驱动已经正确安装，那么就需要考虑检查一下是不是ST-Link本身的问题。如果你ST-Link一直识别不到，那么就需要考虑一下使用串口下载程序。

当你的ST-Link正确识别以后，我们可以点击这个窗口中的“Flash Download”：

如果你这里不像我一样有一个下载协议，那么你就需要自己点击“Add”添加一个下载协议。完成以后点击确定即可。

确定以后，后面的窗口都一路确定下来，好了，现在我们就可以开始烧录程序了。

在代码编译以后，我们点击图中所示的烧录按钮：

点击了以后，会输出下面的信息：

如果你的ST-Link像我描述的那样配置正确的话，都是可以烧录成功的。

下面我来教大家如何使用串口烧录程序。

2.使用串口下载程序

大家可能已经发现了，使用ST-Link烧录程序非常方便，那么，我们为什么还要使用串口来烧录呢？其实串口烧录是针对极少数情况，比如我们的ST-Link无法烧录，或者是我们的芯片锁了，这种时候，就需要使用串口进行烧录。我们要使用串口下载程序，我们首先需要一个USB转TTL电平的转换模块，我这里使用的是CH340这也是目前比较常见的USB转TTL模块，其次我们还需要给自己的电脑安装一个CH340的驱动，这样我们电脑才能够识别：