目录

知识要点

课程内容

基础学习

LED 灯基本知识

程序学习

cubeMX 中配置 GPIO 基本操作

HAL_GPIO_WritePin 函数讲解

程序流程

效果展示

进阶学习

三极管的通断特性

LED 的下拉电阻

硬件原理图上的限流电阻

课程总结

1. 知识要点

   1. LED 灯基本知识
   2. 了解三极管的通断特性
   3. 硬件原理图上的上拉电阻与下拉电阻
   4. cubeMX 中配置 GPIO 基本操作

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   课程内容

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   本课程中，将学习到如何点亮 LED 灯，了解 LED 基本原理以及简单硬件知识。通过使用 cubeMX 软件完成引脚的配置，再编写程序使得对应引脚的输出一个高电平，通过三极管通 断作用，电流将通过 LED，从而发光。

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   基础学习

   1. LED 灯基本知识

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      LED 即发光二极管，当 LED 内有电流通过时会发光，在安全电流范围内，电流越大，亮度 越亮。LED 灯实物如图所示：

       

4. 程序学习

   1. cubeMX 中配置 GPIO 基本操作

      1. 通过原理图可以看出三个 LED 灯的引脚为 PH10，PH11，PH12，如图所示：

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      2. 在 cubeMX 中配置 GPIO 为输出模式，在 cubeMX 找到对应引脚，配置成 GPIO_Output 模式。

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      3. 在 cubeMX 中修改对应引脚的名字。

         1. 在左侧找到 System core->GPIO；

         2. 找到对应的 GPIO，例如 PH12；

         3. 在下方的配置单中 user label 填写命名，填好后会在芯片缩略图中更新。

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         4. 生成代码

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            点击 GENERATE CODE 按键。

   2. HAL_GPIO_WritePin 函数讲解

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       HAL 库中提供一个操作 GPIO 电平的函数：HAL_GPIO_WritePin 函数

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      函数名	HAL_GPIO_WritePin
      函数作用	使得对应的引脚输出高电平或者低电平
      返回值	Void
      参数 1：GPIOx	对应 GPIO 总线，其中 x 可以是 A…I。 例如 PH10，则输入 GPIOH
      参数 2：GPIO_Pin	对应引脚数。可以是 0-15。 例如 PH10，则输入 GPIO_PIN_10
      参数 3：PinState	GPIO_PIN_RESET：输出低电平 GPIO_PIN_SET：输出高电平

   3. 程序流程

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      程序经过 HAL_Init 初始化， GPIO 初始化，进入主循环，在主循环中将三个 LED 引脚均输 出高电平，从而点亮 LED 灯。主循环代码如下：

      程序流程图如图所示：

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   4. 效果展示

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      由于三色 LED 均点亮，红，绿，蓝三色为三原色，合成白光

   5. 进阶学习

      1. 三极管的通断特性

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         从 LED 的原理图上，看出 LED 的连线不直接连接到 stm32 引脚上，这是因为对于 stm32 来讲，引脚的输出电流能力有限，需要通过三极管来实现对 LED 灯的点亮与熄灭。常见的 三极管分为 NPN 型和 PNP 型，如图所示：

          

         	共同点	不同点
         NPN 型	1.都具有三个连接点 2.都具有电流放大作用 3. 控制方式都是通过 B 点电平控制：         3.1.B 点处于高电平：CE 线导通         3.2 B 点处于低电平：CE 线不导通	当 B 点电压高于 E 点电压，三 极管导通，电流方向为 C 点到 E 点
         PNP 型		当 B 点电压低于 E 点电压，三 极管导通，电流方向为 E 点到 C 点

         在本设计中，三极管导通时工作在饱和状态，不导通时工作在截止状态；相当于一个开关， 而 B 点相当于按下开关的手，CE 点相当于开关连接的线路。当 B 点处于高电平时，开关闭 合，CE 线连通；当 B 点处于低电平的时候，开关断开，CE 线路断开。

      2. LED 的下拉电阻

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         B 点电压对三级管具有控制作用，在程序未发生控制行为的时候，需要将电压控制到低电平， 保证器件不被意外触发，对于三极管来说主要为下拉电阻，之外还有上拉电阻，可以从 LED 原理图找到下拉电阻

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          从 LED 灯原理图中，当 LED_B,LED_G 和 LED_R 三个引脚不处于高电平的输出状态，那 么三极管的控制端将会被红圈圈中的下拉电阻拉为低电平，当 LED_B,LED_G 和 LED_R 处 于高电平的输出状态，通过原理图中 1kΩ与 10kΩ的分压后，三极管的基极控制端将变成 高电平，故而三级管的控制端电压将变成高电平。

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         在 cubeMX 中配置 stm32 的引脚，可以选择配置上拉电阻或者下拉电阻，如图所示。Pull-up 是配置引脚为上拉电阻，Pull-down 是配置引脚为下拉电阻，No pull-up and no pull-down 是配置引脚不上拉也不下拉。

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      3. 硬件原理图上的限流电阻

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         LED 灯需要在一个合适的电流范围内工作，所以需要一个限流电阻来限制其电流，如下图 的 R177、R178、R179。限流电阻保证电路中通过 LED 的电流不超过其额定电流。此外， 还可以用于调节 LED 的亮度。

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          如上图所示，在 LED 的原理图上，存在三个限流电阻。其中，绿灯的限流电阻较大，蓝灯 的限流电阻较小，由于人眼对于不同波长的光敏感程度不同，即人对于相同光强的不同波长 的光感受到亮度不同，绿光最为敏感，绿灯需要通过较小的电流，红灯需要通过正常的电流， 蓝灯需要通过较大的电流，保证人眼看到三个 LED 灯亮度相同。

   6. 课程总结

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      GPIO 输出操作是 stm32 中最基础的操作，通过高低电平控制完成一次类似开关的控制，而 高电平对应了计算机中的数字 1，而低电平对应了计算机中的数字 0，高低电平的不断变化， 对应计算机内部的数字变化，stm32 便是这样输出信 给外部世界。之外本节课还了解 LED灯，三极管，电阻的使用，这些是机器人中常用的器件，LED 通过灯效形式呈现，给参赛队 队员提醒。