【蓝桥杯——物联网设计与开发】Part1：GPIO

一、GPIO输出——LED

（1）资源介绍

🔅原理图

🔅驱动原理

（2）STM32CubeMX 软件配置

（3）代码编写

🟢️main 函数

（4）实验现象

二、LED接口函数封装

🟡️LED接口函数

🔴LED接口函数调用实例

三、GPIO输入——KEY

（1）资源介绍

🔅原理图

🔅驱动原理

（2）STM32CubeMX 软件配置

（3）代码编写

🟢️main 函数

（4）实验现象

四、KEY接口函数封装

🟡️KEY接口函数

🔴KEY接口函数调用实例

五、GPIO常用函数讲解

🔅GPIO写函数

🔅GPIO读函数

🔅GPIO翻转函数

一、GPIO输出——LED

（1）资源介绍

🔅原理图

在新版蓝桥杯物联网竞赛实训平台中，每个节点都有3个板载 LED，D1、D2、D3；

🟢️LED 原理图如图1所示：

通过电路图连接可知，引脚资源配置情况为：

表1 引脚资源配置情况
LED	MCU
D1	PB2
D2	PB5
D3	PB12

🔅驱动原理

D1、D2、D3 是发光二极管，其左侧连接芯片引脚，右侧连接 VDD，即节点电源。

当引脚输出低电平时，LD 两侧压差大于二极管导通电压而导通，LD 点亮；
当引脚输出高电平时，LD 两侧压差小于二极管导通电压而截止，LD 熄灭；

（2）STM32CubeMX 软件配置

1️⃣打开软件，在搜索栏中搜索 STM32WLE5CCU6 系列 → 在右侧下方选择 UFQFPN48 封装 → 点击 "Start Project"；

2️⃣点击 "System Core" 栏 → 点击 "RCC" → 将 "HSE" 和 "LSE" 配置为 "Crystal/Ceramic Resonator"（水晶/陶瓷晶振）；

如图4所示，新版平台的MCU连接了两个外部晶振，分别是32.768kHz的低速晶振和32MHz的高速晶振，能够提供更稳定的时钟；

这里的低速晶振修复了旧平台RTC时钟不准的bug；

3️⃣点击 "Trace and Debug” → 点击 "DEBUG" → 将 "JTAG and Trace" 栏配置为 "Serial Wire"，从而配置 Debug 串行线，有助于 Keil 编译器的 Debug 调试与信号的追踪检测；

4️⃣点击 "Clock Configuration" 栏 → 在 "HCLK1（MHz）" 框中填写最大时钟 48（MHz） → 回车即可自动配置时钟树；

5️⃣回到 "Pinout & Configuration" 栏 → 点击 "System Core" 栏 → 点击 "NVIC" 栏 → 将 "Time base: System tick timer" 的 "Preemption priority" 更改为0；

⚠️这里是将时基时钟中断的抢占优先级更改为0，即最高优先级，以此保证时基时钟的准确性；

6️⃣点击引脚 PB2、PB5、PB12 → 选择 GPIO_Output 模式（此处默认为推挽输出）；

7️⃣点击 "Project Manager" 栏 → ⚠️注意 "Toolchain / IDE" 应当修改为 "MDK-ARM" → "Code Generator" 栏中配置如图10所示 → 生成代码，打开文件即可；

（3）代码编写

🟢️main 函数

/*** @brief  The application entry point.* @retval int*/
int main(void)
{/* USER CODE BEGIN 1 *//* USER CODE END 1 *//* MCU Configuration--------------------------------------------------------*//* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */HAL_Init();/* USER CODE BEGIN Init *//* USER CODE END Init *//* Configure the system clock */SystemClock_Config();/* USER CODE BEGIN SysInit *//* USER CODE END SysInit *//* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();/* USER CODE BEGIN 2 *//* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){// 引脚电平翻转HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_2);HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_5);HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_12);// 延迟500msHAL_Delay(500);/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}/* USER CODE END 3 */
}

（4）实验现象

D1、D2、D3间隔0.5s闪烁；

二、LED接口函数封装

🟡️LED接口函数

/* LED接口函数 */
void LED_Disp(uint8_t led_state)
{/* LD1 */if((led_state & 1) == 1)HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);	// 低电平点亮else                           HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);		// 高电平熄灭/* LD2 */if((led_state & 2) == 2)          HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET);else                        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET);/* LD3 */if((led_state & 4) == 4)          HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_RESET);else                            HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_SET);
}

🔴LED接口函数调用实例

/*** @brief  The application entry point.* @retval int*/
int main(void)
{/* USER CODE BEGIN 1 */uint8_t	led_state = 0;	// led状态变量定义/* USER CODE END 1 *//* MCU Configuration--------------------------------------------------------*//* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */HAL_Init();/* USER CODE BEGIN Init *//* USER CODE END Init *//* Configure the system clock */SystemClock_Config();/* USER CODE BEGIN SysInit *//* USER CODE END SysInit *//* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();/* USER CODE BEGIN 2 *//* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){led_state ^= 1;		// D1状态取反led_state &= ~2;		// D2点亮LED_Disp(led_state);HAL_Delay(500);led_state |= 2;		// D2熄灭LED_Disp(led_state);HAL_Delay(500);/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}/* USER CODE END 3 */
}

三、GPIO输入——KEY

（1）资源介绍

🔅原理图

在新版蓝桥杯物联网竞赛实训平台中，每个节点都有2个板载 KEY，SW1、SW2；

🟢️KEY 原理图如图11所示：

通过电路图连接可知，引脚资源配置情况为：

表2 引脚资源配置情况
KEY	MCU
SW1	PA8
SW2	PB8

🔅驱动原理

SW 上方连接着 10K 电阻（上拉电阻）、节点电源 VDD、引脚，下方接地。

当按键按下时，引脚与 GND 连接导通，读取到低电平；
当按键抬起时，引脚与 VDD 连接，读取到高电平；

（2）STM32CubeMX 软件配置

1️⃣返回软件，点击引脚 PA8、PB8 → 选择 GPIO_Input 模式（此处默认不配置上拉电阻和下拉电阻，由于按键电路已经带有上拉电阻，故不修改相关配置）；

2️⃣生成代码；

（3）代码编写

🟢️main 函数

/*** @brief  The application entry point.* @retval int*/
int main(void)
{/* USER CODE BEGIN 1 */uint8_t led_state = 0xff;	// led状态变量，初始全灭/* USER CODE END 1 *//* MCU Configuration--------------------------------------------------------*//* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */HAL_Init();/* USER CODE BEGIN Init *//* USER CODE END Init *//* Configure the system clock */SystemClock_Config();/* USER CODE BEGIN SysInit *//* USER CODE END SysInit *//* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();/* USER CODE BEGIN 2 *//* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){// SW1按键状态检测if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_8) == 0){HAL_Delay(10);	// 延迟消抖if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_8) == 0)	// 再次检测，确认是否是按下{led_state &= ~1;	// D1亮while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_8) == 0);	// 抬手检测}}// SW2按键状态检测if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_8) == 0){HAL_Delay(10);if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_8) == 0){led_state |= 1;	// D1灭while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_8) == 0);}}// LED显示LED_Disp(led_state);HAL_Delay(10);	// 延迟10ms/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}/* USER CODE END 3 */
}

（4）实验现象

按下按键SW1，D1亮；

按下按键SW2，D1灭；

四、KEY接口函数封装

🟡️KEY接口函数

uint8_t Key_Read(void)
{uint8_t key_value = 0;	// 中间变量，存储按键状态if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_8) == 0)	// 引脚状态读取key_value |= 1;	// 读取到按键SW1按下if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_8) == 0)key_value |= 2;	// 读取到按键SW2按下elsekey_value = 0;	// 均未读到return key_value;
}

🔴KEY接口函数调用实例

uint8_t cnt_10ms;			// 10ms计时变量，放在滴答计时器中自增
uint8_t led_state = 0xff;	// led状态变量，初始全灭
/* 按键任务处理函数 */
void Task_Key(void)
{uint8_t key_temp, key_down;static uint8_t key_old = 0;/* 每10ms进入一次 */if(cnt_10ms < 10)	return;cnt_10ms = 0;/* 边沿检测 */key_temp = Key_Read();	                        // 键值读取key_down = key_temp & (key_temp ^ key_old);		// 下降沿判断key_old = key_temp;		                        // 键值存储/* 下降沿逻辑 */if(key_down){switch(key_down){// SW1 按下case 1:led_state &= ~1;	// D1亮break;// SW2 按下case 2:led_state |= 1;		// D1灭break;// SW1和SW2同时按下case 3:led_state ^= 2;		// D2状态取反break;default:	break;}}
}