項(xiàng)目三

LED燈及按鍵控制CONTENTS01項(xiàng)目描述02任務(wù)一

掌握GPIO工作原理03任務(wù)二

點(diǎn)亮一顆LED燈04任務(wù)三

按鍵控制LED燈

05任務(wù)四

中斷方式實(shí)現(xiàn)按鍵對(duì)LED燈的控制項(xiàng)目描述01在本項(xiàng)目中，我們將通過(guò)四個(gè)實(shí)踐任務(wù)，深入理解通用輸入輸出（GPIO）的工作原理，并學(xué)會(huì)如何應(yīng)用GPIO來(lái)控制LED燈以及實(shí)現(xiàn)按鍵對(duì)LED燈的控制。GPIO是單片機(jī)(STM32L431)與外界交互的接口，通過(guò)配置和操作GPIO引腳，我們可以實(shí)現(xiàn)各種簡(jiǎn)單的輸入輸出功能，如點(diǎn)亮LED、讀取按鍵狀態(tài)等。GPIO不僅是單片機(jī)與外部世界進(jìn)行交互的重要橋梁，也是學(xué)習(xí)者掌握單片機(jī)技術(shù)、提升硬件控制能力的關(guān)鍵項(xiàng)目描述GPIO實(shí)踐任務(wù)與LED控制理解GPIO的基本原理，包括GPIO引腳的功能、輸入輸出模式以及配置方法掌握LED燈的控制方法，了解如何通過(guò)GPIO引腳輸出高低電平來(lái)控制LED燈的亮滅理解按鍵控制LED燈的實(shí)現(xiàn)原理，包括按鍵的電路連接、輪詢檢測(cè)方式以及中斷方式的實(shí)現(xiàn)020301知識(shí)目標(biāo)能力目標(biāo)能夠熟練配置GPIO引腳的模式和初始狀態(tài)，以滿足不同的應(yīng)用需求能夠編寫控制邏輯，通過(guò)GPIO引腳實(shí)現(xiàn)LED燈的點(diǎn)亮、熄滅以及按鍵控制LED燈的功能能夠?qū)崿F(xiàn)中斷服務(wù)函數(shù)，通過(guò)中斷方式更加高效地響應(yīng)按鍵事件，控制LED燈的狀態(tài)具備較強(qiáng)的實(shí)踐操作能力，能夠獨(dú)立完成GPIO相關(guān)電路的連接和調(diào)試具備良好的問(wèn)題解決能力，能夠針對(duì)GPIO控制過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行排查和解決具備技術(shù)探索精神，能夠主動(dòng)學(xué)習(xí)和嘗試新的GPIO應(yīng)用技術(shù)和方法，不斷提升自己的技能水平素質(zhì)目標(biāo)02任務(wù)一

掌握GPIO工作原理GPIO在單片機(jī)中的應(yīng)用本任務(wù)旨在通過(guò)理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作相結(jié)合的方式，使讀者深入理解GPIO（通用輸入輸出）的基本工作原理，掌握其在單片機(jī)編程中的配置與應(yīng)用方法。通過(guò)學(xué)習(xí)GPIO的輸入輸出模式、配置流程以及關(guān)鍵函數(shù)的使用，為后續(xù)的單片機(jī)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)任務(wù)描述GPIO（General-PurposeInput/Output），即通用輸入輸出端口，是單片機(jī)與外部世界溝通的橋梁，其設(shè)計(jì)旨在促進(jìn)嵌入式系統(tǒng)與環(huán)境之間的無(wú)縫交互。通過(guò)靈活配置模式寄存器，GPIO可輕松切換為輸入或輸出模式，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向流動(dòng)：作為輸入時(shí)，它能夠捕獲來(lái)自傳感器、開(kāi)關(guān)等外設(shè)的信號(hào)，為系統(tǒng)決策提供實(shí)時(shí)反饋；作為輸出時(shí)，則能驅(qū)動(dòng)LED指示燈、TFT-LCD顯示屏、電機(jī)等多種外設(shè)，展現(xiàn)強(qiáng)大的控制能力在嵌入式系統(tǒng)的廣闊舞臺(tái)上，GPIO的應(yīng)用無(wú)處不在，涵蓋了從簡(jiǎn)單的LED燈與蜂鳴器控制，到復(fù)雜的電機(jī)驅(qū)動(dòng)、精確按鍵檢測(cè)，乃至傳感器數(shù)據(jù)的高效采集等多元化場(chǎng)景。它不僅提升了系統(tǒng)的交互性與響應(yīng)速度，還極大地豐富了嵌入式設(shè)備的功能性與用戶體驗(yàn)。因此，GPIO無(wú)疑是構(gòu)建強(qiáng)大、靈活嵌入式系統(tǒng)不可或缺的核心組件之一GPIO:單片機(jī)的通用輸入輸出端口GPIO在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用相關(guān)知識(shí)：1.GPIO基本概念相關(guān)知識(shí)：

GPIO端口基本結(jié)構(gòu)介紹GPIO端口位的基本結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí)：

GPIO端口的工作模式

輸入浮空相關(guān)知識(shí)：

GPIO端口的工作模式

輸入上拉相關(guān)知識(shí)：

GPIO端口的工作模式

開(kāi)漏輸出相關(guān)知識(shí)：

GPIO端口的工作模式

推挽輸出相關(guān)知識(shí)：

GPIO端口的工作模式

開(kāi)漏式復(fù)用相關(guān)知識(shí)：

GPIO端口的工作模式

推挽式復(fù)用相關(guān)知識(shí)：

GPIO端口的工作模式

模擬輸入相關(guān)知識(shí)：

GPIO工作原理

本書遵循正邏輯規(guī)則對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行定義，其中，電源VCC被視為高電平狀態(tài)，以數(shù)值1來(lái)表示；而地（GND）則代表低電平狀態(tài)，相應(yīng)地用數(shù)值0來(lái)表示。

LED燈和按鍵接口電路思考：1.如何點(diǎn)亮LED燈？2.如何判斷按鍵KEY是否按下？相關(guān)知識(shí)：

HAL庫(kù)GPIO初始化結(jié)構(gòu)體Typedefstruct{uint32_tPin;

//指定要配置的GPIO引腳號(hào)，通常是一個(gè)或多個(gè)引腳的位掩碼。

uint32_tMode;

//GPIO引腳的工作模式，如輸入模式、輸出模式、復(fù)用功能模式或模擬模式等。uint32_tPull;

//GPIO引腳的上拉/下拉配置，可以是無(wú)上拉/下拉、上拉或下拉。

uint32_tSpeed;

//GPIO引腳的輸出速度，通常有幾個(gè)可選的速度等級(jí)：低速、中速、高速或非常高速。uint32_tAlternate;//當(dāng)GPIO引腳配置為復(fù)用功能模式時(shí)，此成員指定復(fù)用的功能編號(hào)。}GPIO_InitTypeDef;GPIO基礎(chǔ)與HAL庫(kù)應(yīng)用本任務(wù)深入講解了GPIO基本概念、工作原理及其核心構(gòu)成，包括GPIO基本結(jié)構(gòu)、工作模式，并詳細(xì)介紹了相關(guān)寄存器。同時(shí)，著重闡述了HAL庫(kù)中與GPIO相關(guān)的關(guān)鍵函數(shù)及其操作方法。這些內(nèi)容為后續(xù)單片機(jī)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的GPIO理論與實(shí)踐基礎(chǔ)任務(wù)總結(jié)GPIO配置與應(yīng)用注意事項(xiàng)請(qǐng)根據(jù)GPIO（通用輸入輸出）的結(jié)構(gòu)圖（圖3-1），詳細(xì)闡述在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)如何對(duì)GPIO的輸入和輸出功能進(jìn)行配置，并討論可能的配置步驟及注意事項(xiàng)思考與練習(xí)03任務(wù)二

點(diǎn)亮一顆LED燈任務(wù)描述本任務(wù)的目標(biāo)是通過(guò)編程控制單片機(jī)上的PB5引腳，點(diǎn)亮紅燈（LED_RED）。通過(guò)本任務(wù)實(shí)踐加深對(duì)GPIO工作原理的理解，學(xué)會(huì)如何使用HAL庫(kù)函數(shù)來(lái)配置和控制GPIO引腳點(diǎn)亮紅燈LED實(shí)踐相關(guān)知識(shí)硬件電路

LED燈原理圖單擊此處添加文本具體內(nèi)容，簡(jiǎn)明扼要地闡述您的觀點(diǎn)。根據(jù)需要可酌情增減文字，以便觀者準(zhǔn)確地理解。1）GPIOx：指向一個(gè)GPIO端口的指針，如GPIOA、GPIOB等指定要控制的GPIO引腳，通常使用宏定義來(lái)表示，如GPIO_PIN_0、GPIO_PIN_1等，或者多個(gè)引腳的位掩碼組合2）GPIO_Pin指定要設(shè)置的引腳狀態(tài)，可以是GPIO_PIN_SET（高電平）或GPIO_PIN_RESET（低電平）3）PinStateHAL_GPIO_WritePin()函數(shù)用于設(shè)置指定GPIO引腳的輸出電平。通過(guò)該函數(shù)，你可以將GPIO引腳設(shè)置為高電平（通常表示邏輯“1”）或低電平（通常表示邏輯“0”）。函數(shù)原型：voidHAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin,GPIO_PinStatePinState);相關(guān)知識(shí)：HAL庫(kù)關(guān)鍵函數(shù)任務(wù)實(shí)現(xiàn)初始化GPIO的PB5引腳，將PB5設(shè)置成輸出模式GPIO_Output。引腳初始化任務(wù)實(shí)現(xiàn)

GPIO模式配置將PB5引腳默認(rèn)設(shè)置為輸出高電平（HIGH），推挽輸出（OutputPushPull），無(wú)上下拉（nopull-upandnopull-down），低速模式（Low），用戶標(biāo)簽LED_RED，如圖所示PB5引腳配置任務(wù)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵代碼如下：while(1)

{//點(diǎn)亮紅燈 HAL_GPIO_WritePin(LED_RED_GPIO_Port,LED_RED_Pin,GPIO_PIN_RESET);

}任務(wù)總結(jié)本任務(wù)主要講解了如何利用HAL庫(kù)函數(shù)配置與控制GPIO引腳，以點(diǎn)亮LED燈為核心目標(biāo)。涵蓋的關(guān)鍵內(nèi)容有：GPIO工作原理的深入解析、技術(shù)文檔的有效查閱方法，以及AI工具在編程與調(diào)試中的應(yīng)用技巧。這些技能與知識(shí)的積累，為后續(xù)單片機(jī)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)奠定了牢固的基礎(chǔ)點(diǎn)亮LED的GPIO配置技巧思考與練習(xí)使用人工智能工具編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，實(shí)現(xiàn)RGBLED的三色循環(huán)點(diǎn)亮04任務(wù)三

按鍵控制LED燈任務(wù)描述本任務(wù)旨在通過(guò)STM32L431RCT6單片機(jī)實(shí)現(xiàn)按鍵SW2控制紅燈（LED_RED）燈的功能。具體要求為：當(dāng)按下SW2按鍵時(shí)，紅燈點(diǎn)亮；再次按下SW2按鍵時(shí)，紅燈熄滅。此任務(wù)將幫助我們深入理解STM32的GPIO（通用輸入輸出）配置及HAL（硬件抽象層）庫(kù)的使用STM32控制紅燈開(kāi)關(guān)相關(guān)知識(shí)硬件電路按鍵電路相關(guān)知識(shí)：

HAL庫(kù)關(guān)鍵函數(shù)1）讀引腳函數(shù)HAL_GPIO_ReadPin()是STM32HAL（硬件抽象層）庫(kù)中的一個(gè)函數(shù)，用于讀取指定GPIO（通用輸入輸出）引腳的當(dāng)前狀態(tài)函數(shù)原型：GPIO_PinStateHAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin);1）GPIOx。這是一個(gè)指向GPIO端口的指針，指定了要讀取的引腳所在的GPIO端口號(hào)。STM32微控制器有多個(gè)GPIO端口（如GPIOA、GPIOB等），每個(gè)端口可以包含多個(gè)引腳。2）GPIO_Pin。這是一個(gè)指定具體引腳的參數(shù)。通常使用庫(kù)中定義的宏來(lái)表示，例如GPIO_PIN_0、GPIO_PIN_1等。如果要讀取多個(gè)引腳的狀態(tài)，可以使用邏輯或操作符（|）組合多個(gè)引腳宏。返回值：函數(shù)返回一個(gè)GPIO_PinState類型的值，這個(gè)類型通常是一個(gè)枚舉，表示引腳的當(dāng)前狀態(tài)。常見(jiàn)的狀態(tài)值有GPIO_PIN_RESET（表示引腳處于低電平）和GPIO_PIN_SET（表示引腳處于高電平）。相關(guān)知識(shí)：2.HAL庫(kù)關(guān)鍵函數(shù)（2）引腳電平翻轉(zhuǎn)函數(shù)HAL_GPIO_TogglePin()是STM32HAL(HardwareAbstractionLayer)庫(kù)中的一個(gè)函數(shù)，用于切換指定GPIO引腳的輸出狀態(tài)。如果引腳當(dāng)前是高電平（通常表示LED燈亮），調(diào)用此函數(shù)后會(huì)將其切換為低電平（LED燈滅）；如果引腳當(dāng)前是低電平，調(diào)用后會(huì)切換為高電平（LED燈亮）。這個(gè)函數(shù)非常適用于需要頻繁改變GPIO引腳狀態(tài)的場(chǎng)景，比如控制LED燈的閃爍相關(guān)知識(shí)：HAL庫(kù)關(guān)鍵函數(shù)（2）引腳電平翻轉(zhuǎn)函數(shù)HAL_GPIO_TogglePin()是STM32HAL(HardwareAbstractionLayer)庫(kù)中的一個(gè)函數(shù)，用于切換指定GPIO引腳的輸出狀態(tài)。如果引腳當(dāng)前是高電平（通常表示LED燈亮），調(diào)用此函數(shù)后會(huì)將其切換為低電平（LED燈滅）；如果引腳當(dāng)前是低電平，調(diào)用后會(huì)切換為高電平（LED燈亮）。這個(gè)函數(shù)非常適用于需要頻繁改變GPIO引腳狀態(tài)的場(chǎng)景，比如控制LED燈的閃爍。voidHAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin);函數(shù)原型：1）GPIOx。指定要操作的GPIO端口，比如GPIOA、GPIOB等。STM32微控制器通常有多個(gè)GPIO端口，每個(gè)端口包含多個(gè)引腳。STM32GPIO端口介紹2）GPIO_Pin。指定要切換狀態(tài)的引腳，可以是單個(gè)引腳（如GPIO_PIN_0）或多個(gè)引腳的組合（通過(guò)位或運(yùn)算符|連接，如GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1）。GPIO_Pin配置任務(wù)實(shí)現(xiàn)初始化GPIO的PB3引腳，將PB3設(shè)置成輸出模式GPIO_Input。如圖所示引腳初始化任務(wù)實(shí)現(xiàn)GPIO模式配置將PB3設(shè)置為輸入模式，上拉輸入，用戶標(biāo)簽SW2，如圖所示任務(wù)實(shí)現(xiàn)：代碼編寫關(guān)鍵代碼如下：while(1){ if(HAL_GPIO_ReadPin(SW2_GPIO_Port,SW2_Pin)==0)//判斷按鍵SW2是否按下 { HAL_Delay(20);//按鍵消抖

if(HAL_GPIO_ReadPin(SW2_GPIO_Port,SW2_Pin)==0) { HAL_GPIO_TogglePin(LED_RED_GPIO_Port,LED_RED_Pin);//電平翻轉(zhuǎn)

} }

}STM32LED控制教程本任務(wù)主要講解了如何通過(guò)按鍵控制LED燈的功能，核心內(nèi)容涵蓋STM32的GPIO配置、HAL庫(kù)的應(yīng)用，以及GPIO引腳作為輸入與輸出模式的設(shè)置。具體講解了HAL_GPIO_ReadPin()和HAL_GPIO_TogglePin()函數(shù)的基本運(yùn)用。此任務(wù)不僅深化了我們對(duì)STM32硬件平臺(tái)的認(rèn)知，還顯著提升了我們的編程技巧與問(wèn)題解決能力任務(wù)總結(jié)思考與練習(xí)使用人工智能工具編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，實(shí)現(xiàn)按下按鍵SW1亮紅燈，按下按鍵SW2亮綠燈05任務(wù)四

中斷方式實(shí)現(xiàn)按鍵對(duì)LED燈的控制STM32按鍵控制LED中斷任務(wù)本任務(wù)旨在通過(guò)STM32的中斷機(jī)制實(shí)現(xiàn)按鍵對(duì)LED燈的控制。當(dāng)用戶按下按鍵時(shí)，將觸發(fā)中斷，進(jìn)而在中斷服務(wù)例程中改變LED燈的狀態(tài)（如點(diǎn)亮或熄滅）。此任務(wù)將幫助讀者深入理解STM32的中斷系統(tǒng)、GPIO的配置以及HAL庫(kù)的使用任務(wù)描述相關(guān)知識(shí)：中斷的基礎(chǔ)知識(shí)中斷基本概念中斷基本概念

中斷，在程序執(zhí)行過(guò)程中，由于系統(tǒng)內(nèi)外部事件引起的CPU暫時(shí)停止當(dāng)前執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行另一段處理該事件的程序，處理完后再返回原程序繼續(xù)執(zhí)行的過(guò)程。中斷源，引發(fā)中斷的源頭，可以是外部設(shè)備（如按鍵、傳感器等），也可以是內(nèi)部事件（如定時(shí)器溢出、異常等）中斷處理流程中斷請(qǐng)求，當(dāng)中斷源檢測(cè)到事件發(fā)生時(shí)，會(huì)向CPU發(fā)送中斷請(qǐng)求信號(hào)。中斷響應(yīng)，CPU在檢測(cè)到中斷請(qǐng)求后，會(huì)暫停當(dāng)前正在執(zhí)行的任務(wù)，并保存現(xiàn)場(chǎng)（即當(dāng)前程序的執(zhí)行狀態(tài)，如寄存器值、程序計(jì)數(shù)器等），以便中斷處理結(jié)束后能夠恢復(fù)執(zhí)行。中斷服務(wù)，CPU跳轉(zhuǎn)到中斷向量表中找到對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口地址，開(kāi)始執(zhí)行中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序負(fù)責(zé)處理中斷事件，如讀取外部設(shè)備的數(shù)據(jù)、更新內(nèi)部狀態(tài)等。中斷返回，當(dāng)中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢后，CPU會(huì)恢復(fù)之前保存的現(xiàn)場(chǎng)，并返回到被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行中斷處理流程相關(guān)知識(shí)：HAL庫(kù)關(guān)鍵函數(shù)1）IRQn。這是一個(gè)枚舉類型IRQn_Type的參數(shù)，用于指定要設(shè)置優(yōu)先級(jí)的中斷源。STM32的每個(gè)中斷源都有一個(gè)唯一的IRQn值，這些值在STM32的頭文件中定義。2）Priority。這是一個(gè)uint32_t類型的參數(shù)，用于設(shè)置中斷的搶占優(yōu)先級(jí)。搶占優(yōu)先級(jí)決定了當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，哪個(gè)中斷能夠打斷當(dāng)前正在執(zhí)行的中斷服務(wù)程序。數(shù)值越小，優(yōu)先級(jí)越高。3）SubPriority。這也是一個(gè)uint32_t類型的參數(shù)，用于設(shè)置中斷的子優(yōu)先級(jí)。當(dāng)兩個(gè)中斷具有相同的搶占優(yōu)先級(jí)時(shí)，子優(yōu)先級(jí)決定了它們之間的執(zhí)行順序。同樣，數(shù)值越小，優(yōu)先級(jí)越高。（1）設(shè)置優(yōu)先級(jí)HAL_NVIC_SetPriority()是STM32HAL（硬件抽象層）庫(kù)中的一個(gè)函數(shù)，用于設(shè)置指定中斷的優(yōu)先級(jí)。在STM32微控制器中，中斷管理系統(tǒng)（NVIC）允許為每個(gè)中斷源配置不同的優(yōu)先級(jí)，以便在多個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生時(shí)，能夠按照優(yōu)先級(jí)順序進(jìn)行處理函數(shù)原型HALNVICSetPriorityFunctionvoidHAL_NVIC_SetPriority(IRQn_TypeIRQn,uint32_tPriority,uint32_tSubPriority)參數(shù)說(shuō)明：相關(guān)知識(shí)：HAL庫(kù)關(guān)鍵函數(shù)IRQn這是一個(gè)枚舉類型IRQn_Type的參數(shù)，用于指定要使能的中斷源。STM32的每個(gè)中斷源都有一個(gè)唯一的IRQn值，這些值通常在STM32的頭文件（如stm32xxxx.h，其中xxxx代表具體的STM32系列）中定義。（2）中斷使能HAL_NVIC_EnableIRQ()是STM32HAL（硬件抽象層）庫(kù)中的一個(gè)函數(shù)，用于使能指定的中斷請(qǐng)求（IRQn）。在STM32微控制器中，每個(gè)外設(shè)或功能模塊都可能有一個(gè)或多個(gè)與之關(guān)聯(lián)的中斷。為了使這些中斷能夠響應(yīng)外部事件或內(nèi)部條件，需要先使能它們。函數(shù)原型：voidHAL_NVIC_EnableIRQ(IRQn_TypeIRQn);參數(shù)說(shuō)明：任務(wù)實(shí)現(xiàn)初始化GPIO的PB3引腳，將該引腳設(shè)置為外部中斷GPIO_EXTI3，如圖所示引腳初始化任務(wù)實(shí)現(xiàn)設(shè)置優(yōu)先級(jí)分組為4，使能外部中，設(shè)置搶占優(yōu)先級(jí)為1，響應(yīng)優(yōu)先級(jí)為0，如圖所示NVIC基本設(shè)置任務(wù)實(shí)現(xiàn)設(shè)置優(yōu)先級(jí)分組為4，使能外部中，設(shè)置搶占優(yōu)先級(jí)