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第13章 实验一：STM32基础外设实验

13 第 13 章 实验一：STM32 基础外设实验

本实验引导学生在 PicSimlab 仿真环境或实际 Blue Pill 硬件上完成 GPIO、定时器和串口三个基础实验，巩固第 3~6 章的理论知识。

13.1 实验目的

  1. 掌握 CubeMX 工程创建和引脚配置流程
  2. 熟练使用 GPIO 控制 LED 和读取按键
  3. 理解定时器中断和 PWM 输出的配置方法
  4. 掌握 UART 串口收发编程

13.2 实验环境

表 13-1 实验环境配置

项目 方案 A（仿真） 方案 B（实物）
开发板 PicSimlab Blue Pill 虚拟板 STM32F103C8T6 Blue Pill
IDE CubeIDE 1.14+ CubeIDE 1.14+
调试器 PicSimlab GDB Server ST-Link V2
串口工具 PicSimlab UART TCP Bridge USB-TTL + 串口助手

13.3 实验一：GPIO — LED 与按键

13.3.1 实验内容

  1. 配置 PC13 为推挽输出，控制板载 LED 闪烁（1Hz）
  2. 配置 PA0 为上拉输入，读取按键状态
  3. 实现：按键按下时 LED 常亮，松开时 LED 闪烁

13.3.2 CubeMX 配置步骤

  1. 新建 STM32F103C8Tx 工程
  2. PC13 → GPIO_Output（推挽、无上下拉、低速）
  3. PA0 → GPIO_Input（上拉）
  4. 生成代码，选择 CubeIDE 工具链

13.3.3 参考代码

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();

    while (1) {
        if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET) {
            /* 按键按下（低电平有效） → LED 常亮 */
            HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
        } else {
            /* 按键松开 → LED 闪烁 */
            HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);
            HAL_Delay(500);
        }
    }
}

13.3.4 思考与拓展

  • 按键抖动会导致什么问题？如何进行软件消抖？
  • 如何用外部中断（EXTI）代替轮询读取按键？

13.4 实验二：定时器 — PWM 呼吸灯

13.4.1 实验内容

  1. 配置 TIM2_CH1 输出 1kHz PWM，控制外接 LED（PA0）
  2. 在主循环中逐步改变占空比，实现呼吸灯效果
  3. 测量 PWM 波形，验证频率和占空比正确

13.4.2 CubeMX 配置

  • TIM2 → Clock Source: Internal Clock
  • Channel 1 → PWM Generation CH1
  • PSC = 71（72MHz / 72 = 1MHz 计数频率）
  • ARR = 999（1MHz / 1000 = 1kHz PWM 频率）
  • PA0 → TIM2_CH1

13.4.3 参考代码

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_TIM2_Init();

    HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);

    while (1) {
        /* 渐亮 */
        for (uint16_t d = 0; d <= 999; d += 5) {
            __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, d);
            HAL_Delay(5);
        }
        /* 渐暗 */
        for (uint16_t d = 999; d > 0; d -= 5) {
            __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, d);
            HAL_Delay(5);
        }
    }
}

13.5 实验三：UART 串口回显

13.5.1 实验内容

  1. 配置 USART1（PA9/PA10，115200-8-N-1）
  2. 接收 PC 发送的数据，原样回传并在 OLED 或串口助手上显示
  3. 定义简单指令协议：发送 LED_ON 点亮 LED，LED_OFF 熄灭 LED

13.5.2 参考代码

uint8_t rx_byte;

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if (huart->Instance == USART1) {
        /* 回显 */
        HAL_UART_Transmit(&huart1, &rx_byte, 1, 10);
        /* 继续接收 */
        HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rx_byte, 1);
    }
}

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_USART1_UART_Init();
    MX_GPIO_Init();

    HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rx_byte, 1);

    char *msg = "UART Echo Ready\r\n";
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)msg, strlen(msg), 100);

    while (1) {
        /* 主循环空闲，数据处理在中断回调中完成 */
    }
}

13.6 实验报告要求

表 13-2 实验报告内容与评分

内容 分值 要求
CubeMX 配置截图 20% 包含引脚配置和时钟树
核心代码及注释 30% 注释清晰，逻辑正确
运行结果截图/录屏 20% 波形/串口输出的实际截图
问题分析 15% 记录调试过程中遇到的问题及解决方法
拓展思考 15% 回答思考题或完成拓展任务