蓝桥杯嵌入式赛道备考1 —— 基础GPIO实战

1. 点亮一个LED

蓝桥杯的板子资料的URL，笔者是从GitHub - JoyRiderJie/LanQiaoBei-QianRuShi拉去下来的。这个是Github仓库地址。

从应用层去玩一个开发板子，首先需要的是去尝试是点亮一个LED。让我们切换到手册《CT117E——产品手册》的第11页，笔者截取了一张图。

我们分析一下这个图。首先，从左侧看起，VDD给LED提供了高电平，也就是使用了上拉电阻上拉到了VCC，想要点亮这个LED，只需要给对应的电平一个低电平。所以事情变得非常的简单。只需要使能对应的GPIO拉低就好了。

问题和难点就在这个SN74HC753ADWR，这是什么呢？这是一个锁存器。锁存器芯片74HC573芯片的用法，及其在实际电路中的应用_74hc573真值表-CSDN博客，这一博客介绍了锁存器的用法。

笔者建议使用MX偷懒，给一个推挽输出的GPIO，然后HAL_GPIO_WritePin就完事。

我们需要注意的是，我们对锁存器编程只需要关心他的输入输出即可，对于这个锁存器，给一个高电平的时候。锁存器释放状态，允许将状态通到右侧。当给一个低电平的时候则是将状态锁住。所以，对LED编程，我们首先需要给寄存器释放状态，给一个高电平，然后写入LED电平后给一个低电平。

void led_set_status(uint8_t states)
{HAL_GPIO_WritePin(LOCKER_GPIO_Port, LOCKER_Pin, GPIO_PIN_SET);// 这个compose_all_led_gpio稍后说明，理解为生成所有LED的Pin即可HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, __compose_all_led_gpio(), !states);HAL_GPIO_WritePin(LOCKER_GPIO_Port, LOCKER_Pin, GPIO_PIN_RESET);
}

现在麻烦之处在于，我们如何方便的操作8个LED呢？我们难道必须给具体的Pin吗？其实不然，下面就来揭晓笔者写的__compose_all_led_gpio

uint16_t __compose_all_led_gpio(void)
{uint16_t gpio_type = 0;for(uint8_t i = 0; i < 8; i++){gpio_type |= (GPIO_PIN_8 << (i) );}return gpio_type;
}

关心的是中间的(GPIO_PIN_8 << (i))，这个操作让我们到hal_gpio.h文件中仔细瞧瞧。

#define GPIO_PIN_0                 ((uint16_t)0x0001)  /* Pin 0 selected    */
#define GPIO_PIN_1                 ((uint16_t)0x0002)  /* Pin 1 selected    */
#define GPIO_PIN_2                 ((uint16_t)0x0004)  /* Pin 2 selected    */
#define GPIO_PIN_3                 ((uint16_t)0x0008)  /* Pin 3 selected    */
#define GPIO_PIN_4                 ((uint16_t)0x0010)  /* Pin 4 selected    */
#define GPIO_PIN_5                 ((uint16_t)0x0020)  /* Pin 5 selected    */
#define GPIO_PIN_6                 ((uint16_t)0x0040)  /* Pin 6 selected    */
#define GPIO_PIN_7                 ((uint16_t)0x0080)  /* Pin 7 selected    */
#define GPIO_PIN_8                 ((uint16_t)0x0100)  /* Pin 8 selected    */
#define GPIO_PIN_9                 ((uint16_t)0x0200)  /* Pin 9 selected    */
#define GPIO_PIN_10                ((uint16_t)0x0400)  /* Pin 10 selected   */
#define GPIO_PIN_11                ((uint16_t)0x0800)  /* Pin 11 selected   */
#define GPIO_PIN_12                ((uint16_t)0x1000)  /* Pin 12 selected   */
#define GPIO_PIN_13                ((uint16_t)0x2000)  /* Pin 13 selected   */
#define GPIO_PIN_14                ((uint16_t)0x4000)  /* Pin 14 selected   */
#define GPIO_PIN_15                ((uint16_t)0x8000)  /* Pin 15 selected   */
#define GPIO_PIN_All               ((uint16_t)0xFFFF)  /* All pins selected */

眼尖的朋友已经一眼看到了要点。那就是我们完全可以通过移位得到一个GPIO的Pin。Pin9就是Pin8左移移位得到的。基于这个技巧，我们可以迅速的写出这样的方便的代码

/* index is from 0 for the gpio8 */
void led_set_single_status(uint8_t states, uint8_t index)
{HAL_GPIO_WritePin(LOCKER_GPIO_Port, LOCKER_Pin, GPIO_PIN_SET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_8 << (index), !states);HAL_GPIO_WritePin(LOCKER_GPIO_Port, LOCKER_Pin, GPIO_PIN_RESET);
}

所以，现在我们来看看流水线灯的代码吧：

/* USER CODE BEGIN Header */
/********************************************************************************* @file           : main.c* @brief          : Main program body******************************************************************************* @attention** <h2><center>&copy; Copyright (c) 2025 STMicroelectronics.* All rights reserved.</center></h2>** This software component is licensed by ST under BSD 3-Clause license,* the "License"; You may not use this file except in compliance with the* License. You may obtain a copy of the License at:*                        opensource.org/licenses/BSD-3-Clause********************************************************************************/
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "gpio.h"
​
/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "led.h"
/* USER CODE END Includes */
​
...
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 */// 对LED进行初始化LED_GPIO_Init();/* USER CODE END 2 */
​/* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */// states是LED的点亮点灭状态，i表达的是第几个GPIOuint8_t states = 1;uint8_t i = 0;while (1){led_set_single_status(states, i);i++;if(i == 8){states = !states;i = 0;}HAL_Delay(500);/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}/* USER CODE END 3 */
}
...

按键Key

GPIO除了编程为对外输出，还可以编程为输入。让我们看看产品手册的指导

很好，我们可以看到，板子已经有了上拉和下拉，所以事情变得非常的简单，让我们简单的配置一下...

void key_init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};// enables the led clocks__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();uint16_t key_pins = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2 ;GPIO_InitStruct.Pin = key_pins;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; // 无所谓上下，因为已经有外置的上下拉电阻了GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);key_pins = GPIO_PIN_0;GPIO_InitStruct.Pin = key_pins;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

笔者比较喜欢自己配置，比较自由，但是代价就是不熟练就会发生低级错误。所以建议是少的就直接MX梭哈。

状态机编程

我们的PBX和PAX读取我们的按钮，无非就是确定的高低电平。在按钮没有嗯下的时候，则是高电平，嗯下了就是低电平。为此，抽象一个状态机变得非常有必要

static struct {GPIO_TypeDef*   key_port;uint16_t        pin_state;uint8_t         state;uint8_t         prev_state;
}states[4] = {{GPIOB, GPIO_PIN_0, 1, 1},{GPIOB, GPIO_PIN_1, 1, 1},{GPIOB, GPIO_PIN_2, 1, 1},{GPIOA, GPIO_PIN_0, 1, 1}
};

解释一下笔者抽象的结构体，首先是对应Key的GPIO表达，其次是两个state作为状态。我们检测的是——摁扭嗯下和摁扭抬起的操作。摁扭嗯下，此时此刻，我们使用GPIO_ReadPin来读取我们的GPIO状态

uint8_t key_scanner(uint8_t index)
{uint8_t result = 0;states[index].state = HAL_GPIO_ReadPin(states[index].key_port, states[index].pin_state);

此时，我们应该得到的是低电平（若我们嗯下的话），这样就跟我们的先前的高电平的状态反过来了，说明摁扭被嗯下。

    if(!states[index].state && states[index].prev_state){result = 1;}

很好象，反过来当摁扭被抬起来的时候，原先是低电平，现在换成了高电平。但是笔者这里就不写检测了。我们判断好了结果后快速的薄记转移状态。并把检测的结果返回回去。

    states[index].prev_state = states[index].state;return result;
}

补充一个使用TogglePin来完成电平反转的LED操作函数

void led_flip_status(uint8_t index)
{HAL_GPIO_WritePin(LOCKER_GPIO_Port, LOCKER_Pin, GPIO_PIN_SET);HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_8 << (index));HAL_GPIO_WritePin(LOCKER_GPIO_Port, LOCKER_Pin, GPIO_PIN_RESET);   
}

我们来看看我们的主代码

key_init();
...while (1){if(key_scanner(0)){led_flip_status(0); }if(key_scanner(1)){led_flip_status(1); }if(key_scanner(2)){led_flip_status(2); }if(key_scanner(3)){led_flip_status(3); }/* USER CODE END WHILE */}
...

完事，这也就意味着检测到摁扭摁下就反转对应LED的电平。

所有代码的地址都在：MCU_Libs/Competitions at main · Charliechen114514/MCU_Libs (github.com)

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