STM32F103单片机C语言模块化编程实战：按键控制LED灯并串口打印详解与示例

news2024/11/19 1:53:07

一、开发环境

硬件：正点原子 STM32F1精英版 开发板

单片机：STM32F103ZET6

Keil版本：5.32

STM32CubeMX版本：6.9.2

STM32Cube MCU Packges版本：STM32F1 V1.8.5

虽然这里演示的是STM32F103，但是STM32F407还是STM32H系列等，但是可直接将LED、按键、串口文件复制使用，仅供需改头文件的引脚，这里是用STM32F407实现的介绍（http://t.csdnimg.cn/CWVUM）。之前介绍了很多关于点灯的方法，比如轮询、定时器中断、PWM、按键点灯等方式，这些文章使用的编程方法都不是模块化的编写方式，往往会导致代码可读性差、重用性差、扩展性差以及测试和维护困难等问题。为了避免这些问题，我们实际工作中通常会采用模块化的编写方法，这样可以确保代码结构清晰、功能明确，提高代码的可读性和可维护性，同时降低功能之间的耦合度，增强代码的重用性和扩展性。模块化的编写方式还有助于实现代码的并行开发，提高开发效率，使得整个项目更加易于管理和维护。

基于之前的按键点灯的程序和printf重定向输出进行修改，我将为您详细阐述如何使用STM32F103的HAL库，并结合STM32CubeMX配置工具，通过模块化方法用按键分别控制两个LED灯并通过串口打印按键与灯的状态，即用引脚PE3和PE4按键分别控制PB5和PE5引脚LED，通过USART1打印信息。这一简洁而高效的流程将助您迅速掌握LED、按键、串口模块化编写方法。

1.LED灯
用drv_led.h和drv_led.c作为一个独立的模块，并提供三个LED驱动程序的接口

int LedDrvInit(BoardLed led);//初始化指定的LED

int LedDrvWrite(BoardLed led, LedStatus status);//设置指定LED的状态

int LedDrvRead(BoardLed led);//读取指定LED的当前状态

2.按键

用drv_key.h和drv_key.c作为一个独立的模块，并提供两个KEY驱动程序的接口

int KeyDrvInit(BoardKey key);//用于初始化指定的按键。  
int KeyDrvRead(BoardKey key);//用于读取指定按键的状态。  

3.串口USART1

int UartDrvInit(BoardUart uart);// 定义宏，将DbgUart映射到具体的USART（通用同步异步收发器）硬件接口，这里映射到USART1 
// 声明UartDrvWrite函数，该函数用于向指定的UART接口写入数据，参数pbuf指向要写入的数据，length表示数据长度
int UartDrvWrite(BoardUart uart, unsigned char *pbuf, unsigned short length);
// 声明UartDrvRead函数，该函数用于从指定的UART接口读取数据，参数pbuf用于存储读取到的数据，length表示读取的数据长度
int UartDrvRead(BoardUart uart, unsigned char *pbuf, unsigned short length);

 二、配置STM32CubeMX

  1. 启动STM32CubeMX，新建STM32CubeMX项目：​​​
  2. 选择MCU：在软件中选择你的STM32型号-STM32F103ZET6。
  3. 选择时钟源：
  4. 配置时钟：
  5. ​使能Debug功能：Serial Wire
  6. ​HAL库时基选择：SysTick
  7. ​配置LED引脚：当前硬件的LED灯的引脚是PB5和PE5：在Pinout & Configuration标签页中，找到LED连接的GPIO端口，并设置为输出模式，通常选择Push-Pull，GPIO output level选低电平。
  8. ​配置KEY引脚：当前硬件的KEY的引脚是PE3和PE4：在Pinout & Configuration标签页中，找到KEY连接的GPIO端口，并设置为输入模式，通常选择Pull-up。​​
  9. 配置USART1串口：
  10. 配置工程参数：在Project标签页中，配置项目名称和位置，选择工具链MDK-ARM。​​​
  11. 生成代码：在Code Generator标签页中，配置工程外设文件与HAL库，勾选头文件.c和.h文件分开，然后点击Project > Generate Code生成代码。 ​​

三、代码实现与部署

  1.  新建文件：在工程目录下建立ModuleDrivers的文件夹，名字随意,用于保存LED灯的驱动drv_led.h和drv_led.c ：​​ drv_led.h

    #ifndef __DRV_LED_H
#define __DRV_LED_H

typedef enum{
    LED1 = 1,
    LED2
}BoardLed;

typedef enum{
    led_on = 0,
    led_off = 1
}LedStatus;

/*
#define LED1_PIN      GPIO_PIN_9
#define LED1_PORT     GPIOF
#define LED2_PIN      GPIO_PIN_10
#define LED2_PORT     GPIOF
*/
#define LED1_PIN      GPIO_PIN_5
#define LED1_PORT     GPIOB
#define LED2_PIN      GPIO_PIN_5
#define LED2_PORT     GPIOE

int LedDrvInit(BoardLed led);
int LedDrvWrite(BoardLed led, LedStatus status);
int LedDrvRead(BoardLed led);

#endif /* __DRV_LED_H */

    drv_led.c

    #include "drv_led.h"
#include "stm32f1xx_hal.h"

int LedDrvInit(BoardLed led)
{
    switch(led)
    {
        case LED1:
        {
            break;
        }
        case LED2:
        {
            break;
        }
        default:break;
    }
    
    return 0;
}

int LedDrvWrite(BoardLed led, LedStatus status)
{
    switch(led)
    {
        case LED1:
        {
            HAL_GPIO_WritePin(LED1_PORT, LED1_PIN, (GPIO_PinState)status);
            break;
        }
        case LED2:
        {
            HAL_GPIO_WritePin(LED2_PORT, LED2_PIN, (GPIO_PinState)status);
            break;
        }

        default:break;
    }
    
    return 0;
}

int LedDrvRead(BoardLed led)
{
    LedStatus status = led_on;
    switch(led)
    {
        case LED1:
        {
            status = (LedStatus)HAL_GPIO_ReadPin(LED1_PORT, LED1_PIN);
            break;
        }
        case LED2:
        {
            status = (LedStatus)HAL_GPIO_ReadPin(LED2_PORT, LED2_PIN);
            break;
        }
        default:break;
    }
    
    return status;
}
  2. 添加路径：将drv_led.c添加到所属组， drv_led.h添加到头文件的路径中。​​​​
  3. 添加按键代码：drv_key.h和drv_key.c，方法与LED的一样。drv_key.h 
    // #ifndef __DRV_KEY_H 是预处理指令，用于防止头文件的内容在一个编译单元中被多次包含。  
// 如果__DRV_KEY_H还没有被定义，则继续处理此头文件的内容；如果已经定义了，则忽略。  
#ifndef __DRV_KEY_H
#define __DRV_KEY_H

// 定义一个名为BoardKey的枚举类型，用于表示不同的按键。
typedef enum{
    K1 = 1,// K1键，其值为1  
    K2,    // K2键，其值为2（因为K1为1，所以K2自动为2）  
    K3,
    K4
}BoardKey;

// 定义一个名为KeyStatus的枚举类型，用于表示按键的状态。  
typedef enum{  
    isPressed = 0,  // 按键被按下，其值为0  
    isReleased = 1  // 按键被释放，其值为1  
}KeyStatus; 

// 定义了一系列的宏，用于表示按键对应的GPIO引脚和端口。  
// 例如，K1_PIN代表K1键连接的GPIO引脚，而K1_PORT代表该引脚所在的GPIO端口。  
#define K1_PIN          GPIO_PIN_0
#define K1_PORT         GPIOA
#define K2_PIN          GPIO_PIN_2
#define K2_PORT         GPIOE
#define K3_PIN          GPIO_PIN_3
#define K3_PORT         GPIOE
#define K4_PIN          GPIO_PIN_4
#define K4_PORT         GPIOE

int KeyDrvInit(BoardKey key);//用于初始化指定的按键。  
int KeyDrvRead(BoardKey key);//用于读取指定按键的状态。  

#endif /* __DRV_KEY_H */
    drv_key.c 
    #include "drv_key.h"
#include "stm32f1xx_hal.h"

int KeyDrvInit(BoardKey key)
{
    switch(key)
    {
        case K1:
        {
            break;
        }
        case K2:
        {
            break;
        }
        case K3:
        {
            break;
        }
        case K4:
        {
            break;
        }
        default:break;
    }
    
    return 0;
}

int KeyDrvRead(BoardKey key)
{
    KeyStatus status = isReleased;
    switch(key)
    {
        case K1:
        {
            status = (KeyStatus)HAL_GPIO_ReadPin(K1_PORT, K1_PIN);

            break;
        }
        case K2:
        {
            status = (KeyStatus)HAL_GPIO_ReadPin(K2_PORT, K2_PIN);
            break;
        }
        case K3:
        {
            status = (KeyStatus)HAL_GPIO_ReadPin(K3_PORT, K3_PIN);
            break;
        }
        case K4:
        {
            status = (KeyStatus)HAL_GPIO_ReadPin(K4_PORT, K4_PIN);
            break;
        }
        default:break;
    }
    
    return status;
}
  4. 添加串口代码：drv_uart.h和drv_uart.c，方法与LED的一样。                                   drv_uart.h 
    // 防止头文件被重复包含，这是一种常见的预处理指令用法，用来确保头文件在一个编译单元中只被包含一次  
#ifndef __DRV_UART_H
#define __DRV_UART_H

// 定义一个枚举类型BoardUart，用来区分不同功能的UART（通用异步收发器）  
typedef enum{
    DbgUart = 1,// 定义一个枚举类型BoardUart，用来区分不同功能的UART（通用异步收发器）  
    WiFiBTUart // WiFi蓝牙UART,后面会介绍WiFi蓝牙  
}BoardUart;

// 定义宏，将DbgUart映射到具体的USART（通用同步异步收发器）硬件接口，这里映射到USART1  
#define DBGUART     USART1
#define WiFiUART    USART3

int UartDrvInit(BoardUart uart);// 定义宏，将DbgUart映射到具体的USART（通用同步异步收发器）硬件接口，这里映射到USART1 
// 声明UartDrvWrite函数，该函数用于向指定的UART接口写入数据，参数pbuf指向要写入的数据，length表示数据长度
int UartDrvWrite(BoardUart uart, unsigned char *pbuf, unsigned short length);
// 声明UartDrvRead函数，该函数用于从指定的UART接口读取数据，参数pbuf用于存储读取到的数据，length表示读取的数据长度
int UartDrvRead(BoardUart uart, unsigned char *pbuf, unsigned short length);

// 结束头文件防止重复包含的检查  
#endif /* __DRV_UART_H */
    drv_uart.c 
    #include "drv_uart.h"
#include "usart.h"
#include "stm32f1xx_hal.h"

int UartDrvInit(BoardUart uart)
{
    switch(uart)
    {
        case DbgUart:
        {
            break;
        }
        case WiFiBTUart:
        {
            break;
        }
        default:break;
    }
    
    return 0;
}

int UartDrvWrite(BoardUart uart, unsigned char *pbuf, unsigned short length)
{
    int ret = -1;
    switch(uart)
    {
        case DbgUart:
        {
            HAL_StatusTypeDef status = HAL_UART_Transmit(&huart1, pbuf, length, length*5);
            if(HAL_OK == status)    ret = 0;
            break;
        }
        case WiFiBTUart:
        {
            break;
        }
        default:break;
    }
    
    return ret;
}

int UartDrvRead(BoardUart uart, unsigned char *pbuf, unsigned short length)
{
    int ret = -1;
    switch(uart)
    {
        case DbgUart:
        {
            HAL_StatusTypeDef status = HAL_UART_Receive(&huart1, pbuf, length, length*5);
            if(HAL_OK == status)    ret = 0;
            break;
        }
        case WiFiBTUart:
        {
            break;
        }
        default:break;
    }
    
    return ret;
}
  5. 添加打印重定向代码：printf.h和printf.c，方法与LED的一样。                                               printf.h  
    #ifndef __PRINTF_H
#define __PRINTF_H

#ifndef USE_PRINTF
#define USE_PRINTF  (1)
#endif /* USE_PRINTF */

#if USE_PRINTF
    #include <stdio.h>
    #define xprintf(...)    printf(__VA_ARGS__)
#else 
    #define xprintf(...)
#endif /* USE_PRINTF */

#endif /* __PRINTF_H */
     printf.c 
    #include "drv_uart.h"
#include <stdio.h>

struct __FILE{
    int handle;
};

FILE __stdout;

int fputc(int ch, FILE *f)
{
    (void)f;
    int ret = UartDrvWrite(DbgUart, (unsigned char*)&ch, 1);
    if(0 == ret)
        return ch;
    
    return 0;
}
  6. 在main.c添加代码：添加头文件 
    #include "drv_led.h"
#include "drv_key.h"
#include "drv_uart.h"
#include "printf.h"
#include <string.h>
    ​​ 
       /* USER CODE BEGIN 2 */
   LedStatus d1_s = led_off; //灯状态
   LedStatus d2_s = led_off;
   LedDrvInit(LED1);
   LedDrvInit(LED2);
   KeyDrvInit(K3);
   KeyDrvInit(K4);
   UartDrvInit(DbgUart);
 
  /* USER CODE END 2 */
 
  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */
    /* USER CODE BEGIN 3 */
	  if(KeyDrvRead(K4) == isPressed)/* 检测按键的状态 */  
      {
          HAL_Delay(100);/* 消抖处理 */ 
          if(KeyDrvRead(K4) == isPressed)
          {
              d1_s =!d1_s; /* 切换LED1状态 */  
			 if(d1_s)
			 {
				 LedDrvWrite(LED1, d1_s); /* 更新LED1的显示状态 */  
				 UartDrvWrite(DbgUart,(unsigned char *)"KEY1 is Pressed,LED1 is Off\r\n", strlen("KEY1 is Pressed,LED1 is Off\r\n"));
			 }
			else
			{
			     LedDrvWrite(LED1, d1_s); /* 更新LED1的显示状态 */  
				 UartDrvWrite(DbgUart,(unsigned char *)"KEY1 is Pressed,LED is On\r\n", strlen("KEY1 is Pressed,LED1 is On\r\n"));
			 }	
							
           }
      }
     if(KeyDrvRead(K3) == isPressed)		/* 检测按键的状态 */  
      {
          HAL_Delay(100);/* 消抖处理 */ 
          if(KeyDrvRead(K3) == isPressed)
          {
              d2_s =!d2_s;/* 切换LED1状态 */  
				if(d2_s)
				{
					LedDrvWrite(LED2, d2_s);/* 检测按键的状态 */  
					UartDrvWrite(DbgUart,(unsigned char *)"KEY2 is Pressed,LED2 is Off\r\n", strlen("KEY2 is Pressed,LED2 is Off\r\n"));
				}
				else
				{
					LedDrvWrite(LED2, d2_s);/* 检测按键的状态 */  
					UartDrvWrite(DbgUart,(unsigned char *)"KEY2 is Pressed,LED2 is On\r\n", strlen("KEY2 is Pressed,LED2 is On\r\n"));
				}
          }
      }	
  }
  /* USER CODE END 3 */
  7. 编译代码：Keil编译生成的代码。

  8. 烧录程序：将编译好的程序用ST-LINK烧录到STM32微控制器中。

四、运行结果

观察结果：一旦程序烧录完成并运行，你应该能看到按不同的按键会点亮不同的LED灯，串口打印按键和灯的状态。如果一切正常，恭喜你，你现在已经是一个掌握模块化的编写“点灯大师”了！​​

​​​

五、总结

模块化的编写方式对之前的代码封装了一层，提供了与LED、按键、串口硬件交互的接口，使得软件开发者可以在不直接操作硬件的情况下控制LED灯、按键、串口，将STM32F1（LED灯、按键、串口）的代码直接用到STM32F407、STM32H系列等中，如果引脚不一样，只需修改引脚即可。通过上面的代码，希望你更多的采用模块化的编写方式，确保代码结构清晰、功能明确，提高可读性和可维护性，降低功能耦合，增强重用和扩展性，也促进并行开发（比如A员工做LED灯、B员工做按键、C员工做串口），提升效率，便于项目管理和维护。

六、注意事项

1.确保你的开发环境和工具链已经正确安装和配置。

2.在STM32CubeMX中配置GPIO时，注意选择正确的引脚和模式。

3.在编写代码时，确保使用正确的GPIO端口和引脚宏定义。

4.LED没有按预期点亮，按一下复位键，检查代码、连接和电源是否正确。

6.串口没有打印，检查代码、连接、电源、波特率是否正确，串口是否打开。

七、预告

后面将将LED、按键、串口封装成一个GPIO类，直接3归1，敬请关注！

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python学习笔记（集合）

知识点思维导图 # 直接使用{}进行创建 s{10,20,30,40} print(s)# 使用内置函数set()创建 sset() print(s)# 创建一个空的{}默认是字典类型 s{} print(s,type(s))sset(helloworld) print(s) sset([10,20,30]) print(s) s1set(range(1,10)) print(s1)print(max:,max(s1)) print(m…
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入门指南：网站UI原型设计的简单方法

入门指南：网站UI原型设计的简单方法

从零开始做网站UI原型设计&#xff0c;真的很有成就感&#xff01;那么&#xff0c;UI设计师从零开始做网站UI原型设计需要经历哪些过程呢&#xff1f;设计网站UI原型的第一步&#xff1a;绘制网站线框。本文将主要分为两个阶段&#xff1a;网站线框和原型绘制。 如何制作网站…
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HDFS详解(Hadoop)

HDFS详解(Hadoop)

Hadoop 分布式文件系统&#xff08;Hadoop Distributed File System&#xff0c;HDFS&#xff09;是 Apache Hadoop 生态系统的核心组件之一&#xff0c;它是设计用于存储大规模数据集并运行在廉价硬件上的分布式文件系统。 1. 分布式存储&#xff1a; HDFS 将文件分割成若干块…
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SAP Fiori开发中的JavaScript基础知识15 - 原型，object，constructor，class，继承

SAP Fiori开发中的JavaScript基础知识15 - 原型，object，constructor，class，继承

1. 前言 本文将介绍JavaScript中的核心概念 - 原型&#xff0c;并会介绍基于原型的应用场景object&#xff0c;constructor&#xff0c;class&#xff0c;继承。 本文会将这几个核心概念汇总在一篇博客中&#xff0c;因为这些概念是触类旁通的&#xff0c;希望对你有帮助。 …
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