用STM32F103C8T6和串口通信，5分钟搞定一个简易红绿灯控制原型（附完整代码）

用STM32F103C8T6实现串口控制红绿灯原型开发指南

1. 项目概述与硬件准备

红绿灯控制系统是嵌入式开发的经典入门项目，能帮助初学者快速掌握GPIO控制和串口通信两大核心技能。我们选用STM32F103C8T6这款性价比极高的ARM Cortex-M3内核开发板，它内置丰富的外设资源，特别适合教学演示和小型原型开发。

所需硬件清单：

• STM32F103C8T6最小系统板（蓝色PCB版）
• USB转TTL串口模块（推荐CH340G芯片）
• 红黄绿LED各两个（共6个LED）
• 220Ω限流电阻（6个）
• 面包板和杜邦线若干

提示：购买开发板时注意区分正版（丝印清晰）和山寨版（可能存在USB接口问题）。LED建议选择3mm直径的，亮度适中且方便观察。

2. 开发环境搭建

2.1 软件工具链配置

对于STM32开发，我们推荐使用以下免费工具组合：

1. Keil MDK-ARM：注册后即可获得32KB代码限制的免费版本
2. ST-Link驱动：用于程序烧录和调试
3. 串口调试助手：推荐使用SSCOM或Putty

安装步骤：

# ST-Link驱动安装示例（Windows） 1. 下载STSW-LINK009驱动包 2. 以管理员身份运行dpinst_amd64.exe 3. 连接开发板后应在设备管理器看到"STMicroelectronics STLink dongle"

2.2 工程模板创建

在Keil中新建工程的正确姿势：

1. 选择Device为"STM32F103C8"
2. 添加启动文件startup_stm32f10x_md.s
3. 配置Target选项：
   • 勾选"Use MicroLIB"（简化串口打印）
   • 设置ROM地址为0x8000000，Size为64KB
   • 设置RAM地址为0x20000000，Size为20KB

3. 硬件电路设计

3.1 LED连接方案

采用共阳极接法，通过STM32的GPIO输出低电平点亮LED：

电路连接注意事项：

• 每个LED串联220Ω电阻防止过流
• 开发板的3.3V电源作为共阳极端
• 确保GND共地连接

3.2 串口通信配置

使用USART1与PC通信，接线方式：

配置参数：115200波特率，8数据位，无校验，1停止位

4. 核心代码实现

4.1 GPIO初始化

void LED_GPIO_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); // 配置PA0-PA2为推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // 配置PB0-PB2为推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); // 初始状态全部熄灭 GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2); GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2); }

4.2 串口初始化与中断配置

void USART1_Init(void) { USART_InitTypeDef USART_InitStructure; GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // 配置PA9为复用推挽输出(TX) GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // 配置PA10为浮空输入(RX) GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // USART参数配置 USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200; USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); // 使能接收中断 USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); // 配置NVIC NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); USART_Cmd(USART1, ENABLE); }

4.3 红绿灯状态机实现

定义三种基本控制模式：

1. 定时自动切换：固定时间间隔循环
2. 串口指令控制：通过PC发送命令切换
3. 紧急模式：所有方向红灯

typedef enum { MODE_AUTO, MODE_MANUAL, MODE_EMERGENCY } TrafficMode; void TrafficLight_Update(void) { static uint32_t lastTick = 0; static uint8_t state = 0; if(HAL_GetTick() - lastTick < 1000) return; lastTick = HAL_GetTick(); switch(currentMode) { case MODE_AUTO: // 状态自动切换逻辑 switch(state) { case 0: // 南北绿灯，东西红灯 GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2); // 南北绿 GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0); // 东西红 GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_2); state = 1; break; case 1: // 南北黄灯，东西红灯 GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2); GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1); // 南北黄 state = 2; break; // 其他状态类似... } break; case MODE_EMERGENCY: // 全方向红灯 GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0); GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2); GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2); break; } }

5. 调试技巧与常见问题

5.1 串口通信调试

当串口无法正常工作时，按以下步骤排查：

1. 检查接线是否正确（TX-RX交叉连接）
2. 确认波特率设置一致
3. 测量TXD引脚是否有波形输出
4. 检查代码中USART时钟是否使能

5.2 LED不亮的可能原因

• GPIO配置模式错误（应为推挽输出）
• 限流电阻值过大导致亮度不足
• 共阳/共阴接法混淆
• 引脚复用功能未正确配置

5.3 程序下载失败处理

典型错误及解决方案：

6. 项目扩展思路

基础版本实现后，可以考虑以下增强功能：

• 添加按键控制：通过开发板上的用户按键切换模式
• OLED状态显示：使用I2C接口的OLED屏显示当前状态
• 无线控制：通过蓝牙模块（如HC-05）实现手机控制
• 车流量检测：外接红外传感器统计车辆通过数量

进阶开发建议：

// 示例：使用PWM实现灯光渐亮渐灭效果 void LED_PWM_Init(void) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // 配置PA1为复用推挽输出(TIM2_CH2) GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // 定时器基础配置 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 999; // 1kHz PWM TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 71; // 72MHz/72 = 1MHz TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure); // PWM模式配置 TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 500; // 初始占空比50% TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); }