STMicroelectronics 系列：STM32F0 系列_（25）.STM32F0系列项目案例与实践

STM32F0系列项目案例与实践

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1. LED闪烁控制

1.1 基本原理

LED（发光二极管）闪烁控制是嵌入式开发中最基本的项目之一。通过控制GPIO（通用输入输出）引脚的电平，可以实现LED的亮灭。STM32F0系列单片机提供了多个GPIO端口，每个端口有多个引脚，可以通过软件编程来控制这些引脚的输出状态。

1.2 硬件准备

STM32F0开发板
LED
电阻（通常为220Ω）

1.3 软件准备

STM32CubeIDE
STM32F0系列单片机库文件

1.4 电路连接

将LED的正极（较长的引脚）连接到STM32F0开发板的一个GPIO引脚，例如PA5。将LED的负极（较短的引脚）通过一个220Ω的电阻连接到地（GND）。

1.5 代码实现

在STM32CubeIDE中创建一个新的STM32F0项目，并配置PA5为GPIO输出模式。


#include "stm32f0xx_hal.h"



// 定义LED连接的GPIO引脚

#define LED_PIN GPIO_PIN_5

#define LED_PORT GPIOA



// 初始化GPIO

void GPIO_Init(void) {

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};



    // 使能GPIOA时钟

    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();



    // 配置PA5为输出模式

    GPIO_InitStruct.Pin = LED_PIN;

    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;

    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;

    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;

    HAL_GPIO_Init(LED_PORT, &GPIO_InitStruct);

}



// LED闪烁函数

void LED_Blink(uint32_t delay) {

    HAL_GPIO_TogglePin(LED_PORT, LED_PIN); // 切换LED状态

    HAL_Delay(delay); // 延时

}



int main(void) {

    HAL_Init(); // 初始化HAL库

    GPIO_Init(); // 初始化GPIO



    while (1) {

        LED_Blink(500); // 500毫秒闪烁一次

    }

}

1.6 代码解释

__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()：使能GPIOA时钟，确保GPIOA端口可以正常工作。
GPIO_InitStruct：配置GPIO引脚的结构体。
HAL_GPIO_Init(LED_PORT, &GPIO_InitStruct)：初始化GPIO引脚。
HAL_GPIO_TogglePin(LED_PORT, LED_PIN)：切换GPIO引脚的电平状态。
HAL_Delay(delay)：延时函数，单位为毫秒。

2. 按键输入检测

2.1 基本原理

按键输入检测通过配置GPIO引脚为输入模式，检测按键的状态变化。当按键按下时，GPIO引脚的电平会发生变化，可以通过软件读取这些电平变化来判断按键是否被按下。

2.2 硬件准备

STM32F0开发板
按键
电阻（通常为10kΩ）

2.3 软件准备

STM32CubeIDE
STM32F0系列单片机库文件

2.4 电路连接

将按键的一端连接到STM32F0开发板的一个GPIO引脚，例如PA0。将按键的另一端连接到地（GND）。在PA0和VCC之间连接一个10kΩ的上拉电阻。

2.5 代码实现

在STM32CubeIDE中创建一个新的STM32F0项目，并配置PA0为GPIO输入模式。


#include "stm32f0xx_hal.h"



// 定义按键连接的GPIO引脚

#define BUTTON_PIN GPIO_PIN_0

#define BUTTON_PORT GPIOA



// 初始化GPIO

void GPIO_Init(void) {

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};



    // 使能GPIOA时钟

    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();



    // 配置PA0为输入模式，上拉

    GPIO_InitStruct.Pin = BUTTON_PIN;

    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;

    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;

    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;

    HAL_GPIO_Init(BUTTON_PORT, &GPIO_InitStruct);

}



// 按键检测函数

uint8_t Button_Pressed(void) {

    if (HAL_GPIO_ReadPin(BUTTON_PORT, BUTTON_PIN) == GPIO_PIN_RESET) {

        return 1; // 按键被按下

    } else {

        return 0; // 按键未被按下

    }

}



int main(void) {

    HAL_Init(); // 初始化HAL库

    GPIO_Init(); // 初始化GPIO



    while (1) {

        if (Button_Pressed()) {

            // 按键被按下，执行相应操作

            HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_5); // 切换LED状态

            HAL_Delay(50); // 延时50毫秒，去抖动

        }

    }

}

2.6 代码解释

__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()：使能GPIOA时钟。
GPIO_InitStruct：配置GPIO引脚的结构体。
HAL_GPIO_Init(BUTTON_PORT, &GPIO_InitStruct)：初始化GPIO引脚。
HAL_GPIO_ReadPin(BUTTON_PORT, BUTTON_PIN)：读取GPIO引脚的电平状态。
HAL_Delay(50)：延时50毫秒，用于去抖动。

3. UART通信

3.1 基本原理

UART（通用异步收发传输器）是一种常见的串行通信接口，用于单片机和外部设备之间的数据传输。STM32F0系列单片机提供了多个UART接口，可以通过软件编程来配置和使用这些接口。

3.2 硬件准备

STM32F0开发板
串口调试助手
连接线

3.3 软件准备

STM32CubeIDE
STM32F0系列单片机库文件

3.4 电路连接

将STM32F0开发板的TX（发送）和RX（接收）引脚分别连接到串口调试助手的RX和TX引脚。

3.5 代码实现

在STM32CubeIDE中创建一个新的STM32F0项目，并配置USART1为UART通信模式。


#include "stm32f0xx_hal.h"



// 定义UART配置参数

UART_HandleTypeDef huart1;



// 初始化UART

void UART_Init(void) {

    huart1.Instance = USART1;

    huart1.Init.BaudRate = 9600;

    huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;

    huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;

    huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;

    huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;

    huart1.Init.HwFlowControl = UART_HWCONTROL_NONE;

    huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;

    if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK) {

        // 初始化失败处理

        Error_Handler();

    }

}



// 发送数据

void UART_Send(uint8_t *data, uint16_t len) {

    HAL_UART_Transmit(&huart1, data, len, HAL_MAX_DELAY);

}



// 接收数据

void UART_Receive(uint8_t *data, uint16_t len) {

    HAL_UART_Receive(&huart1, data, len, HAL_MAX_DELAY);

}



// 错误处理函数

void Error_Handler(void) {

    while (1) {

        // 错误处理

    }

}



int main(void) {

    HAL_Init(); // 初始化HAL库

    UART_Init(); // 初始化UART



    uint8_t tx_data[] = "Hello, World!\r\n";

    uint8_t rx_data[100];



    while (1) {

        UART_Send(tx_data, sizeof(tx_data)); // 发送数据

        HAL_Delay(1000); // 延时1秒



        // 接收数据

        if (HAL_UART_Receive(&huart1, rx_data, sizeof(rx_data), 1000) == HAL_OK) {

            // 处理接收到的数据

            HAL_UART_Transmit(&huart1, rx_data, strlen((char*)rx_data), HAL_MAX_DELAY);

        }

    }

}

3.6 代码解释

huart1：UART句柄，用于配置和操作UART。
HAL_UART_Init(&huart1)：初始化UART配置。
HAL_UART_Transmit(&huart1, data, len, HAL_MAX_DELAY)：发送数据。
HAL_UART_Receive(&huart1, data, len, HAL_MAX_DELAY)：接收数据。
Error_Handler()：错误处理函数，用于处理初始化失败的情况。

4. ADC模拟信号采集

4.1 基本原理

ADC（模数转换器）用于将模拟信号转换为数字信号。STM32F0系列单片机内置了ADC模块，可以通过软件编程来配置和使用这些模块，实现模拟信号的采集。

4.2 硬件准备

STM32F0开发板
电位器
连接线

4.3 软件准备

STM32CubeIDE
STM32F0系列单片机库文件

4.4 电路连接

将电位器的中间引脚连接到STM32F0开发板的一个ADC输入引脚，例如PA0。将电位器的两个端引脚分别连接到VCC和GND。

4.5 代码实现

在STM32CubeIDE中创建一个新的STM32F0项目，并配置ADC1为采样模式。


#include "stm32f0xx_hal.h"



// 定义ADC配置参数

ADC_HandleTypeDef hadc;



// 初始化ADC

void ADC_Init(void) {

    ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};



    // 使能ADC1时钟

    __HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();



    // 配置ADC1

    hadc.Instance = ADC1;

    hadc.Init.ScanConvMode = DISABLE; // 单通道模式

    hadc.Init.ContinuousConvMode = DISABLE; // 单次转换模式

    hadc.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START; // 软件触发

    hadc.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT; // 数据右对齐

    hadc.Init.NbrOfConversion = 1; // 1次转换

    if (HAL_ADC_Init(&hadc) != HAL_OK) {

        // 初始化失败处理

        Error_Handler();

    }



    // 配置ADC通道

    sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0; // 通道0

    sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1; // 顺序1

    sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_144CYCLES; // 采样时间

    if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc, &sConfig) != HAL_OK) {

        // 配置通道失败处理

        Error_Handler();

    }

}



// 读取ADC值

uint32_t ADC_Read(void) {

    uint32_t adc_value = 0;



    // 启动ADC转换

    HAL_ADC_Start(&hadc);



    // 等待ADC转换完成

    if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc, HAL_MAX_DELAY) == HAL_OK) {

        // 读取ADC值

        adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc);

    }



    // 停止ADC转换

    HAL_ADC_Stop(&hadc);



    return adc_value;

}



// 错误处理函数

void Error_Handler(void) {

    while (1) {

        // 错误处理

    }

}



int main(void) {

    HAL_Init(); // 初始化HAL库

    ADC_Init(); // 初始化ADC



    while (1) {

        uint32_t adc_value = ADC_Read(); // 读取ADC值

        char buffer[50];

        sprintf(buffer, "ADC Value: %lu\r\n", adc_value); // 格式化输出



        // 通过UART发送ADC值

        UART_Send((uint8_t*)buffer, strlen(buffer));



        HAL_Delay(1000); // 延时1秒

    }

}

4.6 代码解释

hadc：ADC句柄，用于配置和操作ADC。
HAL_ADC_Init(&hadc)：初始化ADC配置。
HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc, &sConfig)：配置ADC通道。
HAL_ADC_Start(&hadc)：启动ADC转换。
HAL_ADC_PollForConversion(&hadc, HAL_MAX_DELAY)：等待ADC转换完成。
HAL_ADC_GetValue(&hadc)：读取ADC值。
HAL_ADC_Stop(&hadc)：停止ADC转换。

5. PWM信号生成

5.1 基本原理

PWM（脉宽调制）是一种通过改变脉冲宽度来控制输出信号的方法。STM32F0系列单片机提供了多个定时器，可以通过配置这些定时器来生成PWM信号。

5.2 硬件准备

STM32F0开发板
直流电机或LED
连接线

5.3 软件准备

STM32CubeIDE
STM32F0系列单片机库文件

5.4 电路连接

将PWM信号输出引脚连接到直流电机或LED的控制端。例如，将TIM1的CH1（PA8）连接到电机的控制端。

5.5 代码实现

在STM32CubeIDE中创建一个新的STM32F0项目，并配置TIM1为PWM模式。


#include "stm32f0xx_hal.h"



// 定义PWM配置参数

TIM_HandleTypeDef htim1;



// 初始化PWM

void PWM_Init(void) {

    TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};



    // 使能TIM1时钟

    __HAL_RCC_TIM1_CLK_ENABLE();



    // 配置TIM1

    htim1.Instance = TIM1;

    htim1.Init.Prescaler = 48 - 1; // 预分频器，48 MHz / 48 = 1 MHz

    htim1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; // 向上计数模式

    htim1.Init.Period = 1000 - 1; // 周期，1 MHz * 1000 = 1 ms

    htim1.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;

    htim1.Init.RepetitionCounter = 0;

    if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim1) != HAL_OK) {

        // 初始化失败处理

        Error_Handler();

    }



    // 配置PWM通道

    sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1; // PWM模式1

    sConfigOC.Pulse = 500; // 初始占空比50%

    sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH; // 高电平有效

    sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;

    if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK) {

        // 配置通道失败处理

        Error_Handler();

    }



    // 使能PWM通道

    HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);

}



// 设置PWM占空比

void PWM_SetDutyCycle(uint32_t duty_cycle) {

    uint32_t pulse = (duty_cycle * htim1.Init.Period) / 100;

    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, pulse);

}



// 错误处理函数

void Error_Handler(void) {

    while (1) {

        // 错误处理

    }

}



int main(void) {

    HAL_Init(); // 初始化HAL库

    PWM_Init(); // 初始化PWM



    while (1) {

        for (uint32_t i = 0; i <= 100; i++) {

            PWM_SetDutyCycle(i); // 设置占空比

            HAL_Delay(10); // 延时10毫秒

        }



        for (uint32_t i = 100; i >= 0; i--) {

            PWM_SetDutyCycle(i); // 设置占空比

            HAL_Delay(10); // 延时10毫秒

        }

    }

}

5.6 代码解释

htim1：定时器句柄，用于配置和操作定时器。
HAL_TIM_PWM_Init(&htim1)：初始化PWM配置。
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1)：配置PWM通道。
HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1)：启动PWM通道。
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, pulse)：设置PWM通道的比较值，从而改变占空比。

6. I2C通信

6.1 基本原理

I2C（内部集成电路）是一种串行通信协议，用于在单片机和外部设备之间传输数据。STM32F0系列单片机提供了多个I2C接口，可以通过软件编程来配置和使用这些接口，实现与外部设备的通信。I2C通信使用两条线：SDA（数据线）和SCL（时钟线）。

6.2 硬件准备

STM32F0开发板
I2C从设备（例如温度传感器）
连接线

6.3 软件准备

STM32CubeIDE
STM32F0系列单片机库文件

6.4 电路连接

将STM32F0开发板的I2C SDA（数据线）和SCL（时钟线）引脚分别连接到I2C从设备的相应引脚。例如，将PA9和PA10连接到温度传感器的SDA和SCL引脚。通常需要在SDA和SCL线上分别连接一个4.7kΩ的上拉电阻到VCC。

6.5 代码实现

在STM32CubeIDE中创建一个新的STM32F0项目，并配置I2C1为I2C通信模式。假设我们使用一个常见的温度传感器（例如LM75）。


#include "stm32f0xx_hal.h"



// 定义I2C配置参数

I2C_HandleTypeDef hi2c1;



// 定义温度传感器的I2C地址

#define TEMP_SENSOR_ADDRESS 0x48 // LM75的地址



// 初始化I2C

void I2C_Init(void) {

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    I2C_InitTypeDef I2C_InitStruct = {0};



    // 使能I2C1时钟

    __HAL_RCC_I2C1_CLK_ENABLE();



    // 使能GPIOA时钟

    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();



    // 配置PA9和PA10为I2C模式

    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10;

    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_OD;

    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;

    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;

    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF1_I2C1;

    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);



    // 配置I2C1

    hi2c1.Instance = I2C1;

    hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000; // 100 KHz

    hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;

    hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0; // 主设备模式

    hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;

    hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;

    hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;

    hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;

    hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;

    if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK) {

        // 初始化失败处理

        Error_Handler();

    }

}



// 读取温度传感器的数据

uint8_t I2C_ReadTemperature(void) {

    uint8_t temp[2];

    uint8_t data;



    // 发送起始信号并发送从设备地址（读模式）

    if (HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, TEMP_SENSOR_ADDRESS << 1, &data, 1, HAL_MAX_DELAY) != HAL_OK) {

        // 发送失败处理

        Error_Handler();

    }



    // 读取温度数据

    if (HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, TEMP_SENSOR_ADDRESS << 1, temp, 2, HAL_MAX_DELAY) != HAL_OK) {

        // 接收失败处理

        Error_Handler();

    }



    // 计算温度值

    int16_t temperature = (temp[0] << 8) | temp[1];

    return (uint8_t)(temperature >> 8);

}



// 错误处理函数

void Error_Handler(void) {

    while (1) {

        // 错误处理

    }

}



int main(void) {

    HAL_Init(); // 初始化HAL库

    I2C_Init(); // 初始化I2C



    while (1) {

        uint8_t temperature = I2C_ReadTemperature(); // 读取温度值

        char buffer[50];

        sprintf(buffer, "Temperature: %d\r\n", temperature); // 格式化输出



        // 通过UART发送温度值

        UART_Send((uint8_t*)buffer, strlen(buffer));



        HAL_Delay(1000); // 延时1秒

    }

}

6.6 代码解释

hi2c1：I2C句柄，用于配置和操作I2C。
GPIO_InitStruct：配置GPIO引脚的结构体。
HAL_I2C_Init(&hi2c1)：初始化I2C配置。
HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, TEMP_SENSOR_ADDRESS << 1, &data, 1, HAL_MAX_DELAY)：发送起始信号并发送从设备地址（读模式）。
HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, TEMP_SENSOR_ADDRESS << 1, temp, 2, HAL_MAX_DELAY)：读取温度数据。
Error_Handler()：错误处理函数，用于处理初始化失败或其他错误情况。
UART_Send((uint8_t*)buffer, strlen(buffer))：通过UART发送温度值。

7. 总结

通过上述几个项目案例，我们可以看到STM32F0系列单片机在嵌入式开发中的应用非常广泛。从简单的GPIO操作到复杂的串行通信，STM32F0系列单片机都提供了丰富的硬件资源和强大的软件支持。通过STM32CubeIDE和HAL库文件，可以快速开发出功能完善的嵌入式系统。希望这些案例能够帮助初学者更好地理解和掌握STM32F0系列单片机的开发方法。