実験10 GPIO入力 – ボタンによるLED制御

実験の目的：

ボタン機能を模擬し、シリアルポートから値を入力してLEDの点灯・消灯を制御します。
STM32 GPIO 周辺機能のピン設定方法を習得します。
STM32CubeMX で新規プロジェクトを作成し、MDK_ARM プロジェクトファイルを生成できるようになります。
Keil IDE でユーザーコードを追加し、プロジェクトのテストを行えるようになります。

応用シーン

照明制御システム。例えば、複数のLEDの状態を制御するIoT機器、教育用実験プラットフォーム、機器の状態表示システムなどです。

機能要件：

ボタン機能を模擬し、シリアルポートから異なる値を入力してLEDの点灯・消灯を制御します。

ハードウェアの準備：

STM32 メインボード V1.3 * 1、ST-Link ダウンロードケーブル * 1、3S 電池ボックス * 1、リチウム電池 * 3（LEDはメインボードに搭載済み）

回路接続：

ハードウェアモジュール

ヒント：ハードウェアおよびソフトウェア環境の設定です。開発ボード、電子モジュール、電源モジュールの基本パラメータと基本的な使い方を事前に把握しておくことを強く推奨します。

UNI-STM32 開発ボード【V1.3】の紹介

UNI-STM32 開発環境の設定【V2.0】

バッテリーおよび電源モジュール使用上の注意（必読）

電子モジュールの紹介

ピンの説明

STM32 ピン	機能
PF13	led1
PF14	led2
PF15	led3

実物の配線

LEDはSTM32メインボードに内蔵されているため（下図参照）、配線は不要です。

ソフトウェア設計

設計フロー

プロジェクトのダウンロード

ソースコードのリンク：（HumansX サポートより提供）

プログラムコード

コアコード：main.c

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2025 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "led.h"
#include "stdio.h"
#include "string.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t n = 0x0A;
char msg[] = "hello\n";
/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  UART_Start_Receive();
  printf("start...\r\n");
  HAL_Delay(1000);
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
    //Check whether a complete line of data has been received
    if(UART_IsLineReceived())
    {
        char* received_data = UART_GetReceivedData();
        //printf("receive: %s\r\n", received_data);

        //----------------------------------------------------------------led1 status
        //If led_open1 is received, the led1 light will turn on
        if(strcmp(received_data, "led_open1") == 0){
            printf("led 1 open\r\n");
            led_open(1);
        }
        //If led_off1 is received, the led1 light will turn off
        if(strcmp(received_data, "led_off1") == 0){
            printf("led 1 off\r\n");
            led_off(1);
        }

        //----------------------------------------------------------------led2 status
        //If led_open2 is received, the led2 light will turn on
        if(strcmp(received_data, "led_open2") == 0){
            printf("led 2 open\r\n");
            led_open(2);
        }
        //If led_off2 is received, the led2 light will turn off
        if(strcmp(received_data, "led_off2") == 0){
            printf("led 2 off\r\n");
            led_off(2);
        }

        //----------------------------------------------------------------led3 status
        //If led_open3 is received, the led3 light will turn on
        if(strcmp(received_data, "led_open3") == 0){
            printf("led 3 open\r\n");
            led_open(3);
        }
        //If led_off3 is received, the led3 light will turn off
        if(strcmp(received_data, "led_off3") == 0){
            printf("led 3 off\r\n");
            led_off(3);
        }
    }
    HAL_Delay(10);
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Configure the main internal regulator output voltage
  */
  __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
  __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 4;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 84;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 4;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

操作手順：

全体の流れ：

(1) STM32CubeMX ソフトウェアでピン割り当てと周辺機能の初期化を設定し、設定コードを生成します。

(2) Keil5 で MDK_ARM プロジェクトファイルを開き、コードの編集・コンパイル・デバッグを行います。

基本パラメータ：

本ドキュメントの（ハードウェアモジュール）に従って開発環境を設定した後の基本パラメータは以下のとおりです。

ソフトウェアバージョン：STM32CubeMX V6.14.0

ハードウェアプラットフォーム：STM32F407IGT6

コンパイル環境：MDK_ARM V5.3.2

デバッグツール：ST-LINK/V2

1. 新規プロジェクトの作成とMCUの設定

1.1 MCUの選択

STM32CubeMX を起動し、File > New Project をクリックします。

2. MCU の絞り込み条件を設定して STM32F407IGT6 を選択し、バージョン欄をクリックしてから、Start Project をクリックしてプロジェクト設定を開始します。

プロジェクト設定画面は以下のとおりです。

1.2 クロック設定とコア設定

Pinout & Configuration の System Core で RCC（リセットおよびクロック制御） をクリックします。

HSE クロックソースを Crystal/Ceramic Resonator（水晶またはセラミック発振子）に設定します。

設定が完了すると、対応するピン（OSC_IN と OSC_OUT）が自動的に設定されます（下図の緑色部分を参照）。

機能：

外部高速水晶発振子（HSE）を接続し、システムに高精度なクロックソースを供給します。

**RCC_OSC_IN** 水晶入力ピン。

**RCC_OSC_OUT** 水晶出力ピン（フィードバック信号）。

デフォルト機能：

**PH0** : **OSC_IN**（外部水晶入力）。

**PH1** : **OSC_OUT**（外部水晶出力）。

デバッグインターフェースのピンを設定します。System Core で SYS をクリックし、Debug のモードを Serial Wire に設定します。

設定が完了すると、対応するピン配置（pinout）が緑色になります。

緑色の部分をクリックすると、詳細を確認できます。

1.3 クロックツリーの設定

クロックパラメータを順に設定します：1. 入力周波数の値を 8 に変更、2. HSE を選択、3. PLLCLK を選択、4. HCLK パラメータを 84 に変更。その他のパラメータはデフォルトのままで構いません。

ヒント：設定時にエラーは自動的にチェックされます。周波数の設定が誤っている場合は、赤色でエラーが表示されます。

2. MCU初期化パラメータの設定

2.1 USART シリアルポートの設定

PA9 と PA10 をそれぞれ USART1_TX と USART1_RX に設定します。GPIO をクリックし、ピンを設定します（この時点では USART1 が未設定のため、ピンに黄色の警告が表示されます）。

Connectivity — USART1 をクリックし、モードを Asynchronous に設定します（USART1 を設定すると関連ピンが緑色になり、ピン設定が正常であることを示します）。

2.2 プロジェクト管理の設定

デフォルトの画面は以下のとおりです。

プロジェクト名を入力します（任意の名前で構いません）。

プロジェクトの保存先を選択します（Cドライブには保存しないでください）。

コンパイル環境として MDK_ARM を選択します。

バージョン V5.3.2 を選択します。

ファームウェアパッケージ名とバージョン。

（ヒント：デフォルトでは「Use latest available version」にチェックが入っていますが、ローカルPCに最新バージョンがない場合はエラーになります。パッケージを自分でダウンロードしてローカルにインストールする必要があります。インストール方法は以下のリンクを参照してください。）

UNI-STM32 開発環境の設定【V2.0】（リンク先の「6. よくある設定Q&A」のQ3に解決方法があります）

上記の設定を完了すると、下図のようになります。

2. Project Manager > Code Generator ウィンドウを以下のように設定します。

3. Project Manager > Advanced Settings ウィンドウで HAL ライブラリを選択します。

プロジェクトを保存します：File — Save Project をクリックします。

3. GPIO設定 - LEDピンと USART1 割り込み

3.1 LEDピンの設定

ピン	機能
PF13	Output
PF14	Output
PF15	Output

PF13 ピンの設定

(1) GPIO をクリックし、Pinout ビュー画面下部の検索欄で PF13 を検索すると、ピンビュー上の PF13 が点滅します。PF13 を左クリックし、GPIO_Output を選択します。

列 1	列 2

(2) PF13 の行をダブルクリックし、GPIO mode 欄のドロップダウンから Output Push Pull を選択します。

GPIO mode パラメータの説明：

設定オプション	日本語名	特徴
Output Push Pull	プッシュプル出力	High・Lowレベルともに駆動能力が高い。デフォルトの出力モード
Output Open Drain	オープンドレイン出力	Lowレベルまたはハイインピーダンス状態のみ出力可能。Highレベルを出力するには外部プルアップ抵抗が必要

(3) GPIO Pull-up/Pull-down 欄のドロップダウンから No pull-up/pull-down を選択します。

GPIO Pull-up/Pull-down の各設定の意味

Pull-up：該当ピンの内部プルアップ抵抗を有効にし、デフォルトでHighレベルになります。

Pull-down：内部プルダウン抵抗を有効にし、デフォルトでLowレベルになります。

No pull-up/pull-down：プルアップ・プルダウンを無効にします。レベルを安定させるには外部回路が必要です。

(4) パラメータを設定すると、下図のようになります。

同様の方法で PF14 と PF15 のピン設定を行います。最終的な設定結果は以下のとおりです。

3.2 USART1 割り込みの設定

Connectivity — USART1 をクリックし、モードを Asynchronous に設定します（USART1 を設定すると関連ピンが緑色になり、ピン設定が正常であることを示します）。NVIC Settings タブをクリックし、Enabled にチェックを入れます。

プロジェクトファイルを再度保存します。

ヒント：必ずプロジェクトファイルを再度保存してください（主にパラメータを保存するため）。File — Save Project をクリックします。

4. コードの生成

1. GENERATE CODE をクリックしてコードを生成します。

コードが自動生成されます。

コード生成が完了しました。

5. ユーザーコードの追加

上記で生成したフレームワークをもとに、Keil エディタでユーザーコードを追加し、コンパイルとデバッグを行います。

ヒント1：例えば、main.c の /* USER CODE BEGIN xx */ と /* USER CODE END xx */ の間にユーザーコードを追加します。

ヒント2：.c ファイルを独自に作成することもできます。

ヒント3：ユーザーコードは自分で記述できます。（コード解説）に掲載されているサンプルを参考に学習することもできます。

6. コードのダウンロードとテスト

(1) プロジェクトをダウンロードします。ここではデモを用意しており、本ドキュメントの「ソフトウェア設計 - プロジェクト」から直接ダウンロードできます。

ダウンロード方法は参考リンク（UNI-STM32 開発環境の設定【V2.0】の「5. プログラムのダウンロード」）を参照してください。

注：プログラムのダウンロード後は、ST-Link をPCから取り外すことを推奨します。

(2) Type-C デバッグケーブルの一端を STM32 メインボードに、もう一端をPCのUSBポートに接続します。

(3) シリアルデバッグツールで結果を確認します。

シリアルデバッグツールのダウンロード：以下のリンクからシリアルデバッグツールをダウンロードできます。

（HumansX サポートより提供）

シリアルデバッグツールを開き、下図のとおりボーレート、データビット、ストップビット、パリティビットを設定します（ポート番号はPCが自動認識します）。

(4) シリアルポートを開き、結果を確認します。

(5) シリアルポートからデータを送信することで、ボタンの戻り値を模擬します。シリアルポートから対応するデータ（下表参照）を送信し、LEDの点灯・消灯を確認します。

シリアルポートの受信データ	シリアルデバッグツールの出力結果	LEDの状態
led_open1	led 1 open	LED1 が点灯
led_off1	led 1 off	LED1 が消灯
led_open2	led 2 open	LED2 が点灯
led_off2	led 2 off	LED2 が消灯
led_open3	led 3 open	LED3 が点灯
led_off3	led 3 off	LED3 が消灯

実験結果

ボタンを模擬してLEDの点灯・消灯を制御します。例えば、シリアルポートで led_open1 を入力すると、開発ボード上の LED1 が点灯することを確認できます。上表を参考に LED1 を消灯させてみてください。

コード解説

1. ユーザーコードの解説

下図はプロジェクトファイルに追加したユーザーコードです。

2. ユーザーコードの取り込み方法

1つ目は、ユーザー定義ファイル（.c や .h など）を自分のプロジェクトフォルダに取り込み、Keil5 IDE で .c ファイルを追加してコンパイルする方法です。

既存のユーザーファイルの取り込み：Keil で既存のユーザーファイルを取り込む方法を参照してください。

2つ目は、main.c ファイルにユーザーコードを追加する方法です。

(1) まず参照用プロジェクトのコードを開きます。main.c ファイルは主に STM32CubeMX によって自動生成されたもので、このフレームワークをもとに実現したい機能を追加・改良します。/* USER xx で始まり終わるコード部分を重点的に確認してください。以下の赤色部分が記入されたユーザーコードです。

(2) ユーザーコードを自分のプロジェクトの main.c にコピーし、コンパイルとダウンロードを行って動作を確認します。

技術サポート

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