嵌入式技术及应用（STM32CubeMX版）课件 任务2 点亮LED灯

任务2 点亮LED灯任务要求STM32的主时钟源为外部晶体振荡电路，程序的调试模式为SWD模式，GPIO口的PE口外接8只发光二极管的控制电路，发光二极管采用低电平有效控制，8只发光二极管的编号依次为LED1～LED8。要求用STM32CubeMX对STM32进行适当配置，然后生成Keil工程代码，再在Keil中对程序进行编译连接，生成hex文件，然后用STM32的程序下载软件将hex文件下载至STM32中，使LED1点亮，其他发光二极管熄灭。知识储备

1．初识GPIO口GPIO是GeneralPurposeInputOutput的缩写，其含义是通用的输入输出。不同型号的STM32，其GPIO口的数量不同，STM32最多有7个GPIO口，依次定义为GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE、GPIOF、GPIOG。每个GPIO口16个引脚，依次为PX0～PX15（X=A～G）。例如，GPIOA口的16个引脚为PA0～PA15。STM32F103RBT6有4个GPIO口，分别为GPIOA～GPIOD，STM32F103VET6有5个GPIO口，分别为GPIOA～GPIOE。1．初识GPIO口

STM32的GPIO口的功能与51单片机的并行口的功能相似，GPIO口的引脚一般具有多种功能。基本的功能是输入/输出高低电平，另外还具备其他功能，例如模拟输入功能，外部中断输入功能、串口数据输入/输出功能等复用功能。GPIO口作基本的输出口使用时，STM32可控制GPIO口的引脚输出高电平或者低电平，从而实现开关控制功能。例如，在GPIO口的引脚上接入发光二极管控制电路，STM32就可以通过GPIO口的引脚输出高电平或低电平来实现发光二极管的点亮或熄灭控制。1．初识GPIO口

GPIO口作基本的输入口使用时，STM32可以通过检测GPIO口引脚的电平状态来获知外部输入状态。例如，GPIO口的引脚上接入开关转换电路，STM32就可以通过检测GPIO口引脚是否为高电平来识别开关是否闭合。GPIO口作基本的输入/输出口使用时，可以以16位的方式并行输入/输出高低电平，每个引脚也可以以一位的方式输入/输出高低电平。1．初识GPIO口

GPIO口作基本的输入/输出口使用时，输入有：上拉输入、下拉输入、浮空输入（既无上拉也无下拉输入）3种输入方式。输出有：开漏输出、推挽输出2种输出方式。在STM32CubeMX中，这些输入/输出方式的表示如表所示。输入/输出模式STM32CubeMX中的表示说明上拉输入Pull-up

下拉输入Pull-down

浮空输入Nopull-upandnopulldown

开漏输出OutputOpenDrain需外部接上拉电阻才能输出高电平推挽输出OutputPushPullGPIO口输入/输出模式2．STM32的时钟源

时钟信号的作用是同步STM32内部各功能部件，使其按照统一的节拍协调工作，缺少了时钟信号，STM32就不能正常工作。时钟源是指时钟信号的来源。STM32有4个时钟源，分高频时钟源和低频时钟源2组，如图所示。STM32的时钟源2．STM32的时钟源

高频时钟源为STM32的主时钟源，它所产生的时钟信号经倍频和分频后形成系统时钟（SYSCLK），再经分频后为内部总线、定时器、串口、ADC等功能部件提供时钟信号。高频时钟源分内部高频时钟源（HSI）和外部高频时钟源（HSE）2种。STM32的时钟源2．STM32的时钟源

内部高频时钟源（HSI）为内部的高频RC振荡器，用来产生8MHz的时钟信号，RC振荡器起振快，但振荡频率的误差比较大，在频率误差要求不高的情况下可以选择内部高频时钟源（HSI）作为STM32的主时钟源。外部高频时钟源（HSE）为外部晶体振荡电路或陶瓷振荡电路，由OSC_IN引脚和OSC_OUT引脚之间所接的晶体振荡器或者陶瓷振荡器以及稳频电容构成。外部高频时钟源（HSE）用来产生频率精准的时钟信号，通常情况下其振荡频率选择8MHz。外部高频时钟源的频率精度高，STM32的主时钟源一般选择外部高频时钟源。STM32的时钟源2．STM32的时钟源

低频时钟源分内部低频时钟源（LSI）和外部低频时钟源（LSE）2种，主要是为内部实时钟控制器（RTC）、独立看门狗（IWDG）提供时钟信号。内部低频时钟源（LSI）为内部的低频RC振荡器，用来产生大约40KHz的时钟信号，其频率误差较大，主要是为独立看门狗（IWDG）提供时钟信号，也可以为内部实时钟控制器（RTC）提供时钟信号。外部低频时钟源（LSE）为外部的晶体振荡电路，由OSC32IN引脚和OSC32OUT引脚内部的放大电路以及这2个引脚上所接的晶振及稳频电容所构成，晶振的固有频率一般选32.768KHz。外部低频时钟源主要是为实时钟控制器提供时钟信号。STM32的时钟源3．STM32的程序启动模式

STM32的程序启动模式是指STM32复位后STM32从何处开始执行程序。STM32有3种程序启动模式，既可以从用户闪存中开始执行程序，也可以从系统存储器中开始执行程序，还可以从SRAM中开始执行程序。STM32的程序启动模式取决于BOOT0、BOOT1引脚的电平状态，它们之间的关系如表所示。BOOT0BOOT1启动模式说明0X用户闪存存储器复位后从FLASH存储器中启动，用于正常运行程序10系统存储器复位后从系统存储器中启动，用于串口下载11SRAM复位后从SRAM中启动，用于在SRAM中调试程序STM32的程序启动模式3．STM32的程序启动模式

用串口下载程序时，STM32的启动电路如图所示。图中，BOOT1通过电阻R2接地，BOOT1=0。BOOT0通过开关K1接VCC，同时通过电阻R3接地，K1闭合，BOOT0＝1，STM32复位后从系统存储器中开始执行程序，STM32用串口下载程序。K1断开，BOOT0＝0，STM32复位后从用户闪存中开始执行程序，STM32执行用户程序。由上可以看出，用串口下载程序的方法是，先闭合K1，然后复位STM32，待STM32下载完程序后再断开K1，最后再复位STM32。这样STM32就开始运行串口所下载的程序。STM32启动电路4．STM32的程序调试模式

STM32的程序调试模式有JTAG模式和SWD模式2种。JTAG是JointTestActionGroup的缩写，其含义是联合测试行动组，它是一种PCB和IC测试标准。标准的JTAG接口由JTMS、JTCK、JTDI、JTDO共4根线组成，它们的含义如右侧上表所示。SWD是SerialWireDebug的缩写，其含义是串行调试。SWD接口由SWDIO和SWDCLK共2根线组成，它们的含义如下表所示。在高速模式下SWD模式比JTAG更加可靠。所以，只要所选用的仿真器支持SWD调试模式，通常情况下用户就会选择SWD调式模式。接口线含义STM32中的引脚JTMS模式选择PA13JTCK时钟PA14JTDI数据输入PA15JTDO数据输出PB3接口线含义STM32中的引脚SWDIO串行数据输入输出线PA13SWDCLK串行时钟线PA14STM32的程序启动模式STM32的程序启动模式5．发光二极管的控制电路

发光二极管常用的控制电路如图所示。图a中，发光二极管LED1的阳极通过电阻R1接至正电源VCC，阴极接STM32的控制端PA0。PA0=0时，LED1亮，PA0=1时，LED1灭。即控制端口为低电平时，发光二极管亮。习惯上我们把这种发光二极管的控制叫低电平有效控制，简称为低有效控制。图b中，发光二极管LED1的阴极通过电阻R1接地，阳极接STM32的控制端口PA0。PA0=0时，LED1灭，PA0=1时，LED1亮，即控制端口为高电平时发光二极管点亮。这种控制叫高有效控制。图中，R1为限流电阻，用来保护发光二极管，R1的大小取决于发光二极管点亮时的电压降以及允许通过的电流，通常情况下取1KΩ的电阻。发光二极管的控制电路实现方法与步骤任务2的硬件电路：

1．搭建电路1．搭建电路图中，R1、C1和S1构成了STM32的复位电路，它们接在STM32的NRST引脚上。NRST引脚为STM32的复位脚，NRST＝0时，STM32复位，NRST=1时，STM32正常工作。上电时，电源通过电阻R1对电容C1充电，由于电容两端电压不能突变，NRST端为低电平，STM32复位。过一段时间后，电容两端电荷充满，电容等效为开路，NRST端为高电平，STM32结束复位，开始运行程序。S1为复位按钮，按下S1，NRST端为低电平，STM32复位，同时释放C1两端电荷。断开S1后，电源通过电阻R1对电容C1充电，重复前面的上电复位过程。

任务2硬件电路图1．搭建电路R2、R3和K1为STM32的启动模式选择电路。K1闭合，BOOT0=1,BOOT1=0，按复位键S1，STM32运行系统存储器中的程序，STM32开始用串口下载程序，并将程序存放在FLASH存储器中。程序下载结束后断开K1，此时BOOT0=0，BOOT1=0，再按复位键S1，STM32运行FLASH存储器中的程序，即运行用串口所下载的程序。C2、C3、Y1、R4为晶体振荡电路，Y1为晶体振荡器，在电路中起反馈选频作用，它的固有频率即为振荡电路的频率。在主频振荡电路中Y1一般选用8MHz的晶体振荡器。R5～R12、LED1～LED8为8只发光二极管的控制电路，这8只发光二极管采用低有效控制。

任务2硬件电路图2．新建STM32CubeMX工程新建STM32CubeMX工程的方法如下：（1）在计算机的D盘新建“D:\ex”文件夹，用来保存各任务中的程序文件。（2）启动STM32CubeMX。双击桌面上的“”图标，打开如图所示的STM32CubeMX窗口。（3）新建工程。在STM32CubeMX窗口点击菜单栏上的【File】→【NewProject】菜单，打开新建工程对话框。

STM32CubeMX窗口2．新建STM32CubeMX工程（4）选择单片机第1步：在新建工程对话框中点击“MCU/MPUSelector”标签，然后在对话框左边的查找下拉列表框中输入开发板上所使用STM32的型号。本书配套开发板上所用的STM32为STM32VET6，所以应在查找下拉列表框中输入“STM32F103VE”，此时对话框右下方的“MCUs/MPUsList”列表中就会显示STM32F103VETx单片机，如图所示。

新建工程对话框2．新建STM32CubeMX工程（4）选择单片机第2步：用鼠标左键双击“MCUs/MPUsList”列表中的“STM32F103VETx”，打开如图所示的STM32CubeMX工程窗口。

STM32CubeMX工程窗口3．配置STM32的硬件资源（1）配置调试模式第1步：在工程窗口中单击“Pinout&Configuration”标签，然后点击左边的“Categories”标签，再在左边的列表框中点击“SystemCore”项，将“SystemCore”项展开。第2步：点击“SystemCore”项中的“SYS”子项，窗口的中间会展示出系统模式与配置窗口。第3步：系统模式与配置窗口中点击“Debug”下拉列表框，从展开的列表项中选择“SerialWire”列表项，将调试模式设置成串行线模式，此时窗口右边的引脚视图中的PA13、PA14引脚显绿色状，并且这2个引脚分别被配置成SYS_JTMS-SWDIO脚和SYS_JTCLK-SWCLK脚。

STM32CubeMX工程窗口3．配置STM32的硬件资源（2）选择高频时钟源第1步：在工程窗口中，点击左边列表框中的“RCC”列表项，窗口的中间会出现“RCCModeandConfiguration”（RCC模式与配置）窗口，如图所示。第2步：在RCC模式与配置窗口中点击“HighSpeedClock（HSE）”下拉列表框，从中选择“Crystal/CeramicResonator”列表项，即外部高速时钟为晶体/陶瓷谐振器，参考右图。

配置时钟源3．配置STM32的硬件资源（3）配置GPIO引脚从任务硬件电路可知，LED1～LED8采用低有效控制，本任务中需要将PE0～PE7配置成输出口。根据任务要求，应将PE口的PE0口输出低电平，其他7个引脚输出高电平，输出速度任意。配置PE0～PE7的方法如下：第1步：在工程窗口的引脚视图中，在右下角的查找引脚下拉列表框中输入引脚PE0（字符的大小写任意），然后按回车键Enter，此时引脚视图中的PE0引脚呈闪烁状态。然后单击引脚视图中的PE0引脚，在弹出的菜单中点击“GPIO_Output”菜单项，将PE0引脚设置为GPIO口的输出脚，如图所示。

设置PE03．配置STM32的硬件资源（3）配置GPIO引脚第2步：重复第1步，将PE1～PE7设置成输出脚。第3步：在工程窗口中，单击左边的“GPIO”列表项，窗口的中间就会出现GPIO口的模式与配置窗口，如右图所示。第4步：在图中单击GPIO口配置列表框中的PE0列表项，GPIO口配置列表框的下面就会出现“PE0Configuration”框架。第5步：在“PE0Configuration”框架中点击“GPIOoutputlevel”下拉列表框，从中选择“Low”，将PE0引脚的复位后的电平设置为低电平。配置GPIO口3．配置STM32的硬件资源（3）配置GPIO引脚第6步：按同样的方式将“GPIOmode”（GPIO口的模式）设置成“OutputPushPull”（推挽输出），将“GPIOPull-up/Pull-down”（GPIO口的上拉电阻和下拉电阻）设置成“NoPull-upandnopull-down”（无上拉电阻也无下拉电阻），将“Maximumoutputspeed”（最大输出速度）设置成“High”（高速）。配置GPIO口3．配置STM32的硬件资源（3）配置GPIO引脚第7步：重复第4步～第6步，将PE1～PE7引脚配置成输出高电平、推挽输出、既无上拉电阻也无下拉电阻，各引脚配置后的状态如右图所示。【说明】

GPIO配置窗口中允许将多引脚同时配置为相同的参数，以同时配置PE1～PE4这4个引脚为例，在GPIO口配置列表框点击PE1，然后按住Ctrl键后再点击PE2、PE3、PE4，PE1～PE4同时选中，然后在GPIO口配置列表框下面的Configuration框架中设置所选择GPIO的参数。各引脚配置后的状态3．配置STM32的硬件资源（4）配置时钟第1步：在STM32CubeMX的工程窗口中点击“ClockConfiguration”标签，进入时钟配置页面，如右图所示。第2步：设置外部高速时钟的时钟频率。在图所示的页面的“Inputfrequency”文本框中输入开发板上所接的晶振的频率，本例中晶振的频率为8MHz，所以此文本框中需输入8。第3步：点击“PLLSourceMux”（锁相环时钟源的多路开关）中的HSE单选钮，将锁相环的时钟源设置为外部高速时钟，此时PLL标签中将显示“8”。

时钟配置页面3．配置STM32的硬件资源第4步：单击“PLLMul”下拉列表框，将锁相环倍频系数设置成9。第5步：点击“SystemClockMux”（系统时钟多路选择开关）中的PLLCLK单选钮，将系统时钟的来源设置为锁相环时钟，此时SYSCLK标签中将显示“72”，表示此时系统时钟的频率为72MHz。第6步：单击“AHBPrescaler”下拉列表框，将AHB的预分频系统设置成1，此时HCLK（高性能总线时钟）的频率刚好为其最大值72MHz。第7步：单击“APB1Prescaler”下拉列表框，将APB1的预分频系统设置成2，此时PCLK1的频率刚好为其最大值36MHz。

【说明】

在时钟配置页面中，如果某处的时钟频率超过了其最大值，则对应的文本框将呈红色显示，此时修改其对应的分频系数或倍频系数。时钟配置页面4．管理STM32CubeMX工程步骤第1步：在STM32CubeMX的工程窗口中点击“ProjectManager”标签，进入工程管理页面。第2步：在页面的“ProjectName”文本框中输入工程名“Task2”，然后单击“ProjectLocation”下面的“Browse”按钮，打开“ChooseProjectFolder”对话框，在对话框中选择保存工程的文件夹“D:\ex”，此时“ProjectLocation”下面的文本框中将显示保存工程文件的文件夹“D:\ex”。工程管理页面4．管理STM32CubeMX工程第3步：单击“Toolchain/IDE”下拉列表框，从中选择我们后面进行STM32开发时所用的开发工具“MDK-AMRV5”，即Keil5。其他的项选择默认值。第4步：在右图所示的工程管理页面中，单击页面左边的“CodeGenerator”标签，页面的右边就会显示代码生成器的配置选项。

工程管理页面4．管理STM32CubeMX工程第5步：在右图的页面中，单击“Copyonlythenecessarylibraryfiles”（只复制必要的库文件）单选钮。第6步：在“Generatedfiles”框架中勾选“Generateperipheralinitializationasapairof‘.c/.h’filesperperipheral”复选框，使STM32CubeMX在生成代码时为每个外设生成一对‘.c/.h’的外设初始化文件。第7步：在窗口中单击菜单栏上的“File”→“SaveProject”菜单项，或者按快捷键Ctrl+S，保存工程文件。代码生成器配置5．生成Keil工程代码步骤（1）在STM32CubeMX工程窗口中单击“GENERATECODE”按钮，STM32CubeMX将会按照用户的配置要求生成C语言程序代码，并显示代码生成的进度，如右侧上图所示。代码生成结束后会出现如下图所示的代码生成提示框。（2）在代码生成提示框中单击“OpenProject”按钮，系统就会调用Keil5，并打开当前所生成的工程。（3）关闭STM32CubeMX工程窗口。产生代码代码生成提示框5．生成Keil工程代码步骤（4）在Keil5集成开发环境中，单击“Project”窗口中“Application/User”文件夹前面的“+”号，打开文件夹，找到main.c文件名，然后双击main.c文件名，集成开发环境的右边窗口中就会显示main.c文件的内容，如下图所示。打开main.c文件6．配置Keil工程步骤Keil工程的配置主要是配置Keil的输出文件。目的是，让Keil工程编译时能产生STM32的执行文件（Hex文件），以便后续用串口将此Hex文件下载至STM32中。第1步：在Keil窗口中单击目标选项图标按钮“”，打开如右图所示的“OptionforTarget”对话框。第2步：在“OptionforTarget”对话框中单击“Output”标签，进入Output页面。“OptionforTarget”对话框6．配置Keil工程步骤第3步：在Output页面中勾选“CreateHEXFile”复选框。如果要修改hex文件存放的位置，则可点击Output页面中“SelectfolderforObject”按钮，然后在弹出的对话框中选择hex文件存放的位置。第4步：在“OptionforTarget”对话框中单击“OK”按钮，完成输出文件的配置。Output页面7．编译连接程序配置好工程后就可以进行编译、连接了，以便生成STM32可以直接执行的16进制文件(HEX文件)。编译、连接的方法是，在Keil工程窗口中，单击图标工具栏上的重新编译连接图标按钮“”，如右图所示。这时，Keil窗口下面的“BuildOutput”窗口中会显示编译信息，如果源程序中存在语法上的错误，输出窗口中将会有错误报告出现，双击错误报告行，可以定位到出错的位置。对源程序反复修改后最终会得到如右图所示的结果。提示生成了Hex文件错误数报告编译连接重新连接BuildOutput窗口Keil工程窗口8．下载程序程序下载有用仿真器下载、用串口下载等多种方式，用仿真器下载程序适用于手中有源程序的情况，用串口下载程序常用于手中无仿真器或者没有源程序而只有Hex文件的情况。任务2中我们用串口下载程序，下载软件为mcuisp，下载程序的方法如下：第1步：按照前面介绍的方法编译连接程序。第2步：用USB线连接计算机与开发板，并给开发板上电。第3步：在开发板上将程序运行模式开关拔至“接VCC”位置，即使K1处于闭合状态，也就是STM32复位后从系统存储器中启动程序。第4步：按开发板上的复位键，让STM32复位，STM32就从系统存储器中启动程序。第5步：按照任务1中所介绍的方法查看USB口映射的串口号，并记录其串口号。

8．下载程序第6步：在文件夹中找到“mcuisp.exe”文件，然后双击“mcuisp.exe”文件，打开mcuisp工作窗口。第7步：在mcuisp工作窗口中点击菜单栏上的“Port”菜单，“Port”菜单中就会以子菜单的形