**基于STM32的跑马灯实验报告** ### **引言** #### **1. 课题研究背景** 随着嵌入式系统技术的快速发展，STM32系列微控制器因其高性能、低功耗和丰富的外设资源，广泛应用于工业控制、智能家居、消费电子等领域。LED跑马灯作为嵌入式开发的入门实验，能够帮助学生掌握GPIO（通用输入输出）控制、寄存器操作、定时器中断等基础技能，同时为后续复杂项目（如PWM调光、传感器数据采集）奠定基础。本实验以STM32F103C8T6开发板为平台，通过编程实现LED灯的流水灯效果，验证硬件初始化、延时函数及GPIO控制逻辑的正确性。 #### **2. 课题研究范围及意义** - **研究范围**：基于STM32标准外设库（或HAL库），通过控制开发板上8个LED灯的依次点亮与熄灭，实现跑马灯效果。实验涵盖硬件连接、软件设计、调试优化等环节。 - **研究意义**： - 掌握STM32 GPIO的配置与操作方法； - 学习延时函数的实现（阻塞式与非阻塞式）； - 理解嵌入式系统开发的基本流程，培养调试与问题解决能力； - 为后续学习定时器中断、DMA传输等高级功能提供实践基础。 ### **实验过程** #### **1. 实验步骤** 1. **硬件准备** - STM32F103C8T6开发板（如正点原子“战舰”板）； - USB转TTL下载器； - PC端安装Keil MDK、STM32CubeMX（或标准外设库）、ST-Link驱动； - 确认开发板LED连接引脚（如PC0-PC7对应8个LED）。 2. **软件环境配置** - 使用STM32CubeMX生成初始化代码： - 选择芯片型号，配置时钟（HSE或HSI）； - 设置GPIO引脚为输出模式（如PC0-PC7）； - 生成Keil工程文件。 - 在Keil中添加用户代码，实现跑马灯逻辑。 3. **代码编写与编译** - 编写主循环逻辑，通过循环移位或逐个控制GPIO输出高低电平； - 添加延时函数（如`HAL_Delay()`或自定义循环延时）； - 编译代码，生成HEX文件并下载至开发板。 4. **调试与验证** - 观察LED灯是否按预期顺序点亮； - 使用示波器或逻辑分析仪检测GPIO输出波形（可选）； - 调整延时时间，优化显示效果。 #### **2. 程序设计** **核心代码示例（基于HAL库）**： ```c #include "stm32f1xx_hal.h" void SystemClock_Config(void); // 时钟配置（由CubeMX生成） int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); // 初始化GPIO（PC0-PC7为输出） GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE(); GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | ... | GPIO_PIN_7; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW; HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct); while (1) { // 跑马灯逻辑：从PC0到PC7依次点亮 for (int i = 0; i < 8; i++) { HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, (1 << i), GPIO_PIN_SET); HAL_Delay(200); // 延时200ms HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, (1 << i), GPIO_PIN_RESET); } } } ``` **优化方案**： - 使用位操作替代逐个GPIO控制，提高效率； - 通过定时器中断实现非阻塞式延时，释放CPU资源。 #### **3. 实验结果** - **现象描述**：开发板上的8个LED灯从左至右依次点亮，每个灯亮200ms后熄灭，形成流水灯效果。 - **数据记录**： | 延时时间（ms） | 流水灯速度 | 稳定性 | |----------------|------------|--------| | 100 | 快 | 稳定 | | 200 | 中等 | 稳定 | | 500 | 慢 | 稳定 | - **问题与解决**： - **问题**：LED灯亮度不一致。 **原因**：GPIO驱动能力不足或PCB走线差异。 **解决**：检查GPIO配置，确保输出模式为推挽输出。 - **问题**：程序下载后无反应。 **原因**：时钟未正确配置或引脚映射错误。 **解决**：使用CubeMX重新生成代码，确认时钟源与引脚分配。 #### **4. 实验总结** - **成果**：成功实现基于STM32的跑马灯效果，验证了GPIO控制与延时函数的正确性。 - **收获**： - 掌握了STM32开发环境搭建与基础外设配置； - 理解了嵌入式系统“初始化-控制-循环”的编程模式； - 学会了使用调试工具（如ST-Link）排查问题。 - **改进方向**： - 尝试使用定时器中断替代阻塞式延时； - 扩展功能（如按键控制流水灯方向、调节速度）； - 学习使用RTOS（如FreeRTOS）实现多任务管理。 **附录**： - 完整代码与电路图； - 实验视频或照片记录。 （注：实际实验需根据开发板型号调整引脚定义与库函数调用。）
