点亮 LED¶

点亮一颗 LED 灯是绝大多数单片机入门者迈出的第一步。这个实验虽然简单，却能帮助你串起“硬件连接 → 外设配置 → 下载调试”的完整流程，也能验证开发环境是否搭建成功。本教程将以 STM32（Rocket-Pi 套件所使用的主控）为例，详细讲解如何完成这一实验。

如果你使用的开发板与本文稍有差异，只需在“查找 LED 引脚”这一步确认自己的 GPIO 号，并在后续步骤中替换即可。

实验目标¶

认清 LED 的结构、工作原理与常见接法。
查阅原理图确定板载 LED 的连接方式。
使用 STM32CubeMX 配置 GPIO，并生成 Keil 工程。
在 main.c 中编写点亮与闪烁 LED 的代码，编译、下载并验证。
掌握常见调试技巧，能快速排查 LED 不亮的原因。

需要准备的工具¶

Rocket-Pi 开发板或任意带有板载 LED 的 STM32 开发板。
USB 数据线（可传输数据，非充电线）。
ST-LINK 调试器（如果开发板未内置）。
电脑（Windows 10/11），确保已安装：
STM32CubeMX
Keil MDK（或你熟悉的 IDE，如 STM32CubeIDE）
ST-LINK 驱动与 STM32CubeProgrammer（下载工具）
串口调试助手（用于输出调试信息，可选）
一份开发板原理图（PDF 或纸质均可）。

步骤一：理解 LED 的工作原理¶

结构认识
发光二极管（Light Emitting Diode）具有两个引脚：长脚为正极（阳极）、短脚为负极（阴极），封装内部存在一个 PN 结，只允许电流沿单一方向流动。
电气特性
正向导通电压（V_f）：常见红色 LED 约为 1.8~2.2 V，绿色约 2.0~2.4 V，蓝色/白色约 2.8~3.3 V。
推荐工作电流（I_f）：一般为 5~20 mA，取决于亮度需求。
限流电阻的必要性
单片机 GPIO 输出 3.3 V 或 5 V，如果不串联电阻，LED 会因为电流过大而烧毁。限流电阻计算公式：

[ R = \frac{V_{\text{GPIO}} - V_f}{I_f} ]

例如：GPIO 输出 3.3 V、选择红色 LED（V_f ≈ 2.0 V）、期望电流 10 mA，则 R ≈ (3.3-2.0)/0.01 = 130 Ω。可以选用 150 Ω 的标准阻值。

极性判断技巧
透明封装可观察内部电极，较大的电极片对应负极。
PCB 上通常会标注 “＋”“－” 或使用三角箭头符号指向负极。
封装侧面的缺口、平边通常对应负极。

步骤二：确认开发板上的 LED 接法¶

查看丝印或说明书
Rocket-Pi 板常在 LED 旁标注 LED1、D1 等字样。顺着丝印可以找到与之相连的 GPIO 编号，例如 PA5 或 PC13。
如果板上没有标注，请打开随包附带的原理图。
阅读原理图
找到 LED 所在的原理图页面，确认：
LED 的阳极是否接到了 GPIO 引脚。
LED 的阴极是否接到了 VCC 或 GND。
是否串联了限流电阻（通常在 LED 一侧标有 Rxx）。
与 LED 同一路的 GPIO 是否还有其他用途（避免冲突）。
记录关键信息
GPIO 端口：如 GPIOA。
GPIO 引脚号：如 PA5。
LED 极性：GPIO 输出高电平是否点亮，还是输出低电平点亮（这取决于 LED 是共阳还是共阴接法）。

实例（请以你手上的原理图为准）：Rocket-Pi 某版本中，板载 LED（LED1）阳极接 PA5，阴极通过 330 Ω 电阻接地，因此当 PA5 输出高电平时，LED 点亮。

步骤三：在 STM32CubeMX 中配置 GPIO¶

创建工程
打开 STM32CubeMX，点击 File -> New Project。
在 Board Selector 搜索 Rocket-Pi 对应的芯片型号（如 STM32F407VG）。若无现成板卡，可在 MCU Selector 中直接选择芯片。
基础设置
在 Project Manager -> Project 中填写项目名称（例如 LED_Blink），选择生成工具链为 MDK-ARM V5。
在 Code Generator 选项卡勾选 Generate peripheral initialization as a pair of '.c/.h' files per peripheral，方便后期查看。
引脚配置
回到 Pinout & Configuration，在左侧 Categories -> GPIO 中点击需要的引脚，例如 PA5。
将其模式设置为 GPIO_Output。
在右侧的 GPIO Mode and Configuration 面板中确认：
- GPIO mode：Output Push Pull（默认）。
- GPIO Pull-up/Pull-down：根据电路设置，常用 No pull-up and no pull-down。
- Maximum output speed：Low 或 Medium，点亮 LED 不需要高速。
- User Label：可填 LED1，方便阅读。
时钟与系统设置
对于点亮 LED 实验，不强制修改时钟，但建议在 Clock Configuration 中确认 HCLK、PCLK 等默认值是否符合需求（通常默认即可）。
在 System Core -> SYS 中，将 Debug 设置为 Serial Wire，以便使用 ST-LINK。
生成代码
点击工具栏右上角的 Generate Code。
首次生成时，CubeMX 会提示是否打开生成的工程，选择 Open Project。

步骤四：在 Keil 中编写点亮代码¶

打开工程
Keil 自动启动后，确认左侧项目树中存在 Src/main.c。
修改 main.c
CubeMX 默认会在 main() 中调用 MX_GPIO_Init()，该函数已完成 GPIO 输出配置。
在 while (1) 循环中编写点亮或闪烁代码，例如：

/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET);  // 输出高电平，点亮 LED
  HAL_Delay(500);                                      // 延时 500 ms
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET); // 输出低电平，熄灭 LED
  HAL_Delay(500);
}
/* USER CODE END WHILE */

如果你的 LED 是低电平点亮（常见于 LED 正极接 VCC，负极接 GPIO），则需要将 GPIO_PIN_SET 与 GPIO_PIN_RESET 的顺序对调。
编译与下载
点击 Project -> Build Target（或工具栏上齿轮图标）编译工程，确保无错误。
连接 ST-LINK，选择 Flash -> Download，将程序烧录到开发板。
如果使用外部调试器，请在 Options for Target -> Debug 中选择 ST-Link Debugger。
观察现象
下载完成后，开发板上的 LED 应以 0.5 秒的间隔闪烁。
若未点亮，请参考下方的排错指南。

步骤五：常见问题排查¶

LED 完全不亮
确认电源已供电（板上电源指示灯亮）。
检查 GPIO 引脚是否设置为 Output 模式，是否生成了新的代码并重新下载。
使用万用表测量 GPIO 电压，判断程序是否输出正确电平。
若 LED 为低电平点亮，确保代码逻辑已调整。
确认限流电阻存在且焊接良好。
LED 常亮或常灭，不闪烁
检查 HAL_Delay() 是否生效（需要 SysTick 中断支持，CubeMX 默认开启）。
确认 while (1) 中没有被其他代码阻塞。
若使用 RTOS，需要确认 LED 控制任务是否正常调度。
编译报错找不到 HAL 函数
确保未删除 MX_GPIO_Init() 的调用。
在 Keil 的 Manage Run-Time Environment 中检查 HAL 相关组件是否勾选。
下载失败
ST-LINK 驱动是否正确安装。
复位引脚、BOOT 引脚是否被外接电路占用。
尝试使用 STM32CubeProgrammer 连接芯片，检查是否能识别。

进阶扩展练习¶

自定义闪烁节奏：让 LED 以摩尔斯电码闪烁，练习编写数组和定时逻辑。
按键控制 LED：结合另一个 GPIO 输入，实现“按下按钮亮、松开灭”。
使用定时器中断：替换 HAL_Delay()，在定时器回调函数中切换 LED 状态。
多灯控制：同时配置多个 LED，引入状态机或结构体管理。
低功耗实验：让 MCU 进入睡眠模式，使用外部事件点亮 LED，观察功耗变化。

小结与下一步¶

你已经完成了从硬件认识、引脚配置到代码编写、调试验证的完整流程。
建议将 CubeMX 配置、Keil 工程和实验记录提交到版本管理工具（如 Git），以便日后回顾。
下一步可以尝试“串口输出”“按键输入”等实验，为更复杂的项目（例如传感器采集、无线通信）打好基础。

点亮第一颗 LED 是一个仪式，它意味着你已经与单片机建立了成功的沟通。带着这份信心继续探索，嵌入式世界将向你敞开。