STM32F103C8T6 单片机入门基础知识及点亮第一个 LED 灯-EW帮帮网

STM32F103C8T6 是一款基于 ARM Cortex-M3 内核的 32 位微控制器，以其高性能、低功耗和丰富的外设资源而广泛应用于嵌入式系统开发。对于嵌入式开发初学者来说，掌握 STM32F103C8T6 的基本知识并实现简单的功能（如点亮 LED 灯）是迈向嵌入式开发的重要一步。本文将详细介绍 STM32F103C8T6 的基本特性、开发环境搭建以及如何通过 GPIO 控制点亮第一个 LED 灯。

二、STM32F103C8T6 基本特性

1. 内核与性能

STM32F103C8T6 采用 ARM Cortex-M3 内核，工作频率最高可达 72MHz，提供高性能处理能力。其哈佛架构的存储器系统支持高达 60MHz 的系统时钟，确保了高效的代码执行。

2. 存储器

Flash 存储器 ：内置 64KB 的 Flash 存储器，用于存储程序代码和常量数据。

SRAM ：提供 20KB 的 SRAM，用于存储变量和运行时数据。

3. 时钟系统

内部时钟源 ：包括 8MHz 的高速内部时钟（HSI）和 40KHz 的低速内部时钟（LSI）。

外部时钟源 ：支持 12MHz 的高速外部时钟（HSE）和 32.768KHz 的低速外部时钟（LSE）。

时钟树结构 ：通过配置时钟树，可以灵活调整系统时钟频率，满足不同应用的需求。

4. GPIO（通用输入输出）

引脚数量 ：具有 42 个 GPIO 引脚，分布在 5 个端口（A、B、C、D、E）。

工作模式 ：每个 GPIO 引脚可以配置为输入、输出、复用功能或模拟模式。

输出模式 ：输出模式下，可配置为推挽输出或开漏输出。

5. 外设

定时器 ：包含多个通用定时器和高级定时器，支持多种计时和 PWM 输出功能。

通信接口 ：支持 UART、SPI、I2C 等多种通信接口，方便与其他设备进行数据交换。

ADC（模数转换器） ：提供 12 位 ADC，用于将模拟信号转换为数字信号。

三、开发环境搭建

1. 硬件准备

开发板 ：STM32F103C8T6 开发板，通常配备有 LED 灯、按键等基本外设。

下载器 ：用于将编译后的程序烧录到 STM32 芯片中，常见的下载器有 ST-Link、J-Link 等。

电脑：用于编写和编译代码。

2. 软件安装

集成开发环境（IDE） ：推荐使用 Keil uVision 或 STM32CubeIDE。Keil 是一款功能强大的 IDE，支持 STM32 系列芯片的开发；STM32CubeIDE 是由 ST 公司推出的免费 IDE，集成了丰富的开发工具。

驱动库 ：安装 STM32 标准外设库或 HAL 库，这些库提供了对 STM32 外设的封装函数，简化了开发过程。

四、点亮第一个 LED 灯

1. 硬件连接

将开发板上的 LED 灯连接到 GPIO 引脚，例如 PA0 引脚。确保 LED 的正极连接到 GPIO 引脚，负极通过电阻连接到地（GND）。

2. 软件实现

（1）创建新工程

打开 Keil uVision 或 STM32CubeIDE，创建一个新的 STM32 工程，选择 STM32F103C8T6 为目标芯片。

（2）配置时钟

在 system_stm32f10x.c 文件中，配置系统时钟。通常使用 HSE（外部高速时钟）作为系统时钟源，并通过 PLL（锁相环）倍频到所需的频率，例如 72MHz。

void SystemInit(void)
{
    // 配置时钟
    SystemCoreClockUpdate();
    SetSysClock();
}

void SetSysClock(void)
{
    // 配置 HSE 和 PLL
    RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct;
    RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct;

    // 使能 HSE
    RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9; // 12MHz * 9 = 108MHz
    HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct);

    // 配置系统时钟
    RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK | RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
    RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
    RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
    RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
    RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
    HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2);
}

（3）配置 GPIO

在主函数中，配置 PA0 引脚为输出模式。

#include "stm32f10x.h"

int main(void)
{
    // 初始化时钟
    SystemInit();

    // 配置 GPIOA 时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // 配置 PA0 引脚为推挽输出模式
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 点亮 LED
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);

    while (1)
    {
        // 主循环
    }
}

（4）编译与下载

编译工程，确保没有错误。使用下载器将编译后的程序烧录到 STM32 芯片中。如果一切正常，LED 灯将被点亮。

五、代码解析

1. 时钟配置

时钟配置是 STM32 初始化的重要步骤。通过配置时钟树，可以确保系统时钟频率满足要求。在上述代码中，我们使用 HSE 作为时钟源，并通过 PLL 倍频到 72MHz。

2. GPIO 配置

GPIO 引脚需要先使能对应的时钟，然后通过 GPIO_InitTypeDef 结构体配置引脚模式和速度。在本例中，我们将 PA0 配置为推挽输出模式，速度为 50MHz。

3. LED 控制

使用 GPIO_SetBits 函数将 PA0 引脚置为高电平，点亮 LED 灯。如果需要熄灭 LED，可以使用 GPIO_ResetBits 函数。

六、总结

通过本文的介绍，我们学习了 STM32F103C8T6 的基本特性、开发环境搭建以及如何通过 GPIO 控制点亮第一个 LED 灯。点亮 LED 灯是 STM32 开发的入门实验，掌握了这一基本操作后，可以进一步学习 STM32 的其他外设功能，如定时器、ADC、通信接口等。希望本文能够帮助初学者顺利入门 STM32 开发。

七、参考代码

以下是完整的代码示例，用于点亮 PA0 引脚上的 LED 灯：

#include "stm32f10x.h"

void SystemInit(void)
{
    // 配置时钟
    SystemCoreClockUpdate();
    SetSysClock();
}

void SetSysClock(void)
{
    // 配置 HSE 和 PLL
    RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct;
    RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct;

    // 使能 HSE
    RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9; // 12MHz * 9 = 108MHz
    HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct);

    // 配置系统时钟
    RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK | RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
    RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
    RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
    RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
    RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
    HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2);
}

int main(void)
{
    // 初始化时钟
    SystemInit();

    // 配置 GPIOA 时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // 配置 PA0 引脚为推挽输出模式
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 点亮 LED
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);

    while (1)
    {
        // 主循环
    }
}

八、常见问题与解答

1. 为什么 LED 灯不亮？

检查硬件连接是否正确，确保 LED 的正负极连接正确。
检查程序是否正确配置了 GPIO 引脚。
检查时钟配置是否正确，确保 GPIO 时钟已使能。

2. 如何更改 LED 灯的引脚？

修改 GPIO 配置部分的代码，将 GPIO_Pin_0 更改为所需的引脚编号，例如 GPIO_Pin_1。
确保对应的 GPIO 时钟已使能。

3. 如何实现 LED 灯闪烁？

在主循环中，使用延时函数交替调用 GPIO_SetBits 和 GPIO_ResetBits 函数，实现 LED 灯的闪烁。

while (1)
{
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); // 点亮 LED
    for (int i = 0; i < 1000000; i++); // 延时
    GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); // 熄灭 LED
    for (int i = 0; i < 1000000; i++); // 延时
}

STM32F103C8T6 单片机入门基础知识及点亮第一个 LED 灯

一、引言