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STM32——用三色LED打造绚烂流水灯

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本文字数： 6.2k 阅读时长 ≈ 6 分钟
在stm32的上一篇博客中，我主要介绍了工具链的安装和第一个点灯程序。这一次我在此基础上更进一步——用三个LED灯做出绚烂流水灯效果，顺便把CubeMX的多引脚配置和状态机编程的思路走一遍。另外，由于该博客网站流量有限，我把成果展示视频放在了b站上，文中有视频链接，之后的文章视频都是这样操作。

硬件原理

这块板子是 keysking大佬开发的集成开发板，板上载了三个LED，分别连接在以下引脚：

LED 引脚 控制信号 限流电阻
🔴 红色 PB0 GPIO 高电平亮 板载已集成
🟢 绿色 PA7 GPIO 高电平亮 板载已集成
🔵 蓝色 PA6 GPIO 高电平亮 板载已集成

电路原理图是这样的schematic

电路原理很简单：GPIO 引脚输出高电平时，LED 通过限流电阻接地，灯就亮了。

如果你用的是其他开发板，只需要设置或者查询一下LED对应的引脚号，原理是一样的。

CubeMX 引脚配置

新建项目

打开 CubeMX，新建项目，芯片选择 STM32F103C8T6，步骤和上一篇完全一样，不再重复。

配置三个GPIO引脚

这次要用到三个引脚，分别控制三个颜色的LED：

LED 引脚 功能
🔴 红色 PB0 GPIO_Output
🟢 绿色 PA7 GPIO_Output
🔵 蓝色 PA6 GPIO_Output

在芯片图上依次配置 PB0 → GPIO_Output、PA7 → GPIO_Output、PA6 → GPIO_Output。

pinout_1

pinout_2

配置完成后，右键各个引脚，给每个引脚起一个User Label（用户标签），这样生成的代码里就不用记 PB0、PA6 这种编号了，直接写 LED_RED、LED_BLUE 就行，可读性高很多。

以 PA6 为例：在芯片界面中找到 PA6，在 ENTER User Label 一栏输入 LED_BLUE。同样，PA7 标为 LED_GREEN，PB0 标为 LED_RED。

label_setting

pinout_overview

其他参数保持默认即可：

  • Output mode：Push-Pull（推挽输出）
  • Pull：No pull（无上下拉）
  • Speed：Low（低速即可，LED不需要高速翻转）
  • Initial level：Low（初始低电平，LED默认熄灭）

配置调试接口

这一步非常重要——如果不配，烧录一次后 SWD 就被禁用了，再也烧不进新程序。

在 System Core → SYS 中，将 Debug 设为 Serial Wire。

这一步在上一篇博客里也强调过，如果你的项目是从之前的 CubeMX 项目改过来的，记得检查这一步有没有漏掉。

生成代码

切换到 Project Manager 标签页：

设置项 值
Project Name LED_Blink
Toolchain / IDE CMake
Toolchain Location 保持默认

点击 Generate Code，生成后用 VS Code 打开项目。

VS Code 中编写核心代码

认识 main.h 中的引脚宏定义

CubeMX 生成的 main.h 里，User Label 会自动转换成宏定义：

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// 红色 LED — PB0
#define LED_RED_Pin GPIO_PIN_0
#define LED_RED_GPIO_Port GPIOB

// 蓝色 LED — PA6
#define LED_BLUE_Pin GPIO_PIN_6
#define LED_BLUE_GPIO_Port GPIOA

// 绿色 LED — PA7
#define LED_GREEN_Pin GPIO_PIN_7
#define LED_GREEN_GPIO_Port GPIOA

有了这些宏，后面的代码就不用记引脚号了，直接写 LED_RED_Pin 就行。

状态机思路

我们要实现的效果是：三个LED按照不同的组合依次亮灭，通过红绿蓝三色的搭配混合出绚烂的灯光变化。

这里设计成一个6状态的循环，每个状态持续300ms：

状态 红色(PB0) 绿色(PA7) 蓝色(PA6) 实际颜色
0 🔴亮 🟢灭 🔵灭 🔴 红色
1 🔴亮 🟢亮 🔵灭 🟡 黄色（红+绿）
2 🔴亮 🟢亮 🔵亮 ⚪ 白色（红+绿+蓝）
3 🔴灭 🟢亮 🔵亮 🟢 青色（绿+蓝）
4 🔴灭 🟢灭 🔵亮 🔵 蓝色
5 🔴亮 🟢灭 🔵亮 🟣 紫色（红+蓝）

每300ms切换到下一个状态，完成一轮（6个状态）后回到状态0，一直循环。

main.c 核心代码

打开 main.c，在 USER CODE BEGIN 2 中定义一个状态变量：

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/* USER CODE BEGIN 2 */
int state = 0;
/* USER CODE END 2 */

然后在 while(1) 中编写状态切换逻辑：

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/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
  // 红色LED：状态0、1、2、5 时亮，3、4 时灭
  if (state <= 2 || state == 5)
      HAL_GPIO_WritePin(LED_RED_GPIO_Port, LED_RED_Pin, GPIO_PIN_SET);
  else
      HAL_GPIO_WritePin(LED_RED_GPIO_Port, LED_RED_Pin, GPIO_PIN_RESET);

  // 绿色LED：状态1、2、3 时亮，0、4、5 时灭
  if (state >= 1 && state <= 3)
      HAL_GPIO_WritePin(LED_GREEN_GPIO_Port, LED_GREEN_Pin, GPIO_PIN_SET);
  else
      HAL_GPIO_WritePin(LED_GREEN_GPIO_Port, LED_GREEN_Pin, GPIO_PIN_RESET);

  // 蓝色LED：状态2、3、4、5 时亮，0、1 时灭
  if (state >= 2)
      HAL_GPIO_WritePin(LED_BLUE_GPIO_Port, LED_BLUE_Pin, GPIO_PIN_SET);
  else
      HAL_GPIO_WritePin(LED_BLUE_GPIO_Port, LED_BLUE_Pin, GPIO_PIN_RESET);

  HAL_Delay(300);  // 每个状态维持300ms
  state++;
  if (state > 5)
      state = 0;   // 循环回状态0
  /* USER CODE END WHILE */
  /* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */

代码讲解

用到的HAL函数：

函数 作用
HAL_GPIO_WritePin(GPIO端口, 引脚号, 电平) 设置指定引脚输出高或低电平
HAL_Delay(毫秒) 延时，单位毫秒

重点看 HAL_GPIO_WritePin，它的三个参数分别是：

参数 含义 取值
GPIO端口 引脚属于哪个GPIO组（GPIOA、GPIOB…） GPIOA、GPIOB 等
引脚号 具体第几个引脚 GPIO_PIN_0、GPIO_PIN_6、GPIO_PIN_7 等
电平 输出高电平还是低电平 GPIO_PIN_SET（高电平/亮）或 GPIO_PIN_RESET（低电平/灭）

所以 HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET) 的意思就是：让 GPIOB 组的第 0 号引脚输出高电平——对应到电路上，就是红色 LED 亮了。

但问题来了——每次写代码都要记”红色LED在PB0、蓝色在PA6……”，引脚一多根本记不住。这时就体现出 User Label 的作用了。

回头看在 CubeMX 里配置的那几个标签，生成代码后会变成宏定义：

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#define LED_RED_Pin GPIO_PIN_0
#define LED_RED_GPIO_Port GPIOB

这样一来，上面的代码就可以写成：

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HAL_GPIO_WritePin(LED_RED_GPIO_Port, LED_RED_Pin, GPIO_PIN_SET);

不用记引脚号，代码自己就能说明白自己在干什么。对比一下两种写法：

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// 不用 User Label — 每次要回想"PB0是什么灯来着？"
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);

// 用 User Label — 一眼能看懂：红色LED亮
HAL_GPIO_WritePin(LED_RED_GPIO_Port, LED_RED_Pin, GPIO_PIN_SET);

在项目只有一两个LED时差距还不明显，但当你同时操作多个引脚时，User Label 能让代码可读性提升一个档次，再也不用对着引脚表一个个对了。

逻辑分析：

每个LED的亮灭由 state 的值决定。state 每300ms加1，到5后归0，形成循环。

这里每个LED的亮灭条件是用区间判断写的，比如绿色LED在 state >= 1 && state <= 3 时亮。你也可以改成查表法——用一个数组存6种状态，每次读数组取值——逻辑会更清晰，但原理是一样的。

解读 MX_GPIO_Init —— 三个引脚的配置

MX_GPIO_Init() 中配置了三个 GPIO 输出引脚，我们看看代码：

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static void MX_GPIO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    /* GPIO Ports Clock Enable */
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

    /* 初始电平：全部低电平→默认熄灭 */
    HAL_GPIO_WritePin(LED_RED_GPIO_Port, LED_RED_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LED_GREEN_GPIO_Port, LED_GREEN_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LED_BLUE_GPIO_Port, LED_BLUE_Pin, GPIO_PIN_RESET);

    /* 配置 LED_RED (PB0) */
    GPIO_InitStruct.Pin = LED_RED_Pin;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;   // 推挽输出
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;             // 无上下拉
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;    // 低速
    HAL_GPIO_Init(LED_RED_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

    /* 配置 LED_GREEN (PA7) —— 同上 */
    GPIO_InitStruct.Pin = LED_GREEN_Pin;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(LED_GREEN_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

    /* 配置 LED_BLUE (PA6) —— 同上 */
    GPIO_InitStruct.Pin = LED_BLUE_Pin;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    HAL_GPIO_Init(LED_BLUE_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
}

和第一篇的区别

相比第一篇博客的单引脚配置，这次有三个关键变化：

变化 说明
两个时钟使能 __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE() + __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()，因为三个引脚分布在 GPIOA（PA6、PA7）和 GPIOB（PB0）两个端口
User Label 替代硬编码 前一篇直接写 GPIOA、GPIO_PIN_7，这一篇写成 LED_RED_GPIO_Port、LED_RED_Pin——CubeMX 把 User Label 翻译成了宏，代码可读性大大提升
三个引脚重复配置 每次配置前重新给 GPIO_InitStruct 赋值，CubeMX 就是按照这个模板批量配置引脚的

参数回顾

单个引脚的配置参数和第一篇完全一样，这里汇总一下：

参数 值 解释
Mode GPIO_MODE_OUTPUT_PP 推挽输出——可以输出高/低电平，适合驱动LED
Pull GPIO_NOPULL 输出引脚不需要上下拉
Speed GPIO_SPEED_FREQ_LOW LED 不需要高速翻转，低速省电、抗干扰

为什么不一次性配置所有引脚？

你可能会想，既然三个引脚参数都一样，为什么 CubeMX 不把它们放在一个结构体里一次性配置？

答案是 HAL_GPIO_Init 的 Pin 成员支持按位或组合，所以其实可以一次配多个：

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GPIO_InitStruct.Pin = LED_RED_Pin | LED_GREEN_Pin | LED_BLUE_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);  // 但这里只能指定一个端口

不过引脚分布在不同的端口（PA6、PA7 在 GPIOA，PB0 在 GPIOB），所以至少要用两次 HAL_GPIO_Init。CubeMX 选择分开配置，逻辑更清晰，也更容易针对某个引脚单独修改参数。

编译 & 烧录

编译和烧录的步骤和上一篇完全一样，不再重复写一遍了：

  1. VS Code 底部工具栏点击齿轮图标 → 生成
  2. 连接 ST-Link，点击运行和调试 → 选择 STM32Cube:STM32 Launch STLink GDB Server
  3. 点击继续按钮，程序开始运行

如果遇到编译或烧录的问题，翻回去看上一篇的排坑部分。

效果展示

烧录成功后，三色 LED 会以 300ms 的间隔循环变化：

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红色亮 → 红+绿亮 → 全亮 → 绿+蓝亮 → 蓝色亮 → 红+蓝亮 → 回到红色亮 ...

红色、绿色、蓝色以不同的组合交替出现，看起来就像在调色盘上不断调出新的颜色，比单灯闪烁丰富太多了。

效果展示视频：https://www.bilibili.com/video/BV1dq356YEse/

进阶思路

这个状态机虽然简单，但稍加扩展就能玩出更多花样：

  • 改变速度：把 state++ 放到定时器中断里，用按键调节速度
  • 呼吸效果：把 GPIO 换成 PWM，LED 就能渐亮渐灭
  • 更多状态：把6种组合扩展到 2³ = 8 种（全亮/全灭也加进来），或者用随机数控制
  • 查表法：用一个二维数组存所有状态，while(1) 里取第 state 行的值写入引脚，代码更简洁

总结

这次的项目相比上一篇的单灯闪烁，主要多了两个新东西：

  1. 多引脚配置 —— CubeMX 里配多个 GPIO，用 User Label 区分
  2. 状态机编程 —— 用一个变量控制多个LED的亮灭组合，比单独控制每个灯要简洁得多

参考资源