実験4 I/O操作 – ブリージングLED効果（DWTカウンタを使用）

実験の目的：

プログラミングによりLEDを制御し、ブリージングライト効果を実現します。
STM32のGPIO周辺ピンの設定方法を習得します。
CPUクロックサイクルに基づき、DWTハードウェアサイクルカウンタを有効にして、マイクロ秒単位の正確な遅延を実現します。

機能要件：

GPIOのHigh/Lowレベルを使用して、ボード上の3つのLEDのブリージングライト効果を実現します。例えば次のとおりです。

LED1は4秒かけて、消灯状態から徐々に点灯し、その後点灯状態から徐々に消灯します。
LED2は4秒かけて、消灯状態から徐々に点灯し、その後点灯状態から徐々に消灯します。
LED3は4秒かけて、消灯状態から徐々に点灯し、その後点灯状態から徐々に消灯します。

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バッテリーボックス * 1、リチウム電池 * 3

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構成

UNI-STM32開発ボード【V1.3】の紹介

UNI-STM32開発環境の構成【V2.0】

電池および電源モジュール使用上の注意事項（必読）

電子モジュールの紹介

ピンの紹介

STM32ピン	機能
PF13	led1
PF14	led2
PF15	led3

実際の配線

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：

プロジェクトのダウンロード

ソースのリンク：（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 "DWT_time.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 */

/* 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 */
  dwt_init(); //DWT_start
  /* USER CODE END 2 */

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

    /* USER CODE BEGIN 3 */
      breathing_led(1, 4000); //After completing a breathing action, the led1 takes a total of 4000ms 
    breathing_led(2, 4000); //After completing a breathing action, the led2 takes a total of 3000ms
    breathing_led(3, 4000); //After completing a breathing action, the led3 takes a total of 2000ms
  }
  /* 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器の初期化を設定し、構成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構成した後の基本パラメータは次のとおりです。

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の構成

1.1 MCUの選択

STM32CubeMX ソフトウェアを開き、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、最後に Start Project をクリックしてプロジェクトの構成を開始します。

プロジェクト構成画面は次のとおりです。

1.2 クロック構成とコア構成

Pinout & Configuration の System Core で、RCC (reset and clock control) 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）が自動的に構成されます（下図の緑色の部分を参照）。

機能：

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

**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（pin out）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 クロックツリーの構成

クロックパラメータを次の順に設定します。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：構成時にはエラーが自動的に検出されます。周波数の設定が誤っている場合は、エラーが赤色で表示されます。

2. MCUの初期化パラメータの構成

2.1 USARTシリアルポートの構成

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、ピン構成をクリックします（この時点ではUSART1が未設定のため、ピンには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の構成後、関連するピンが緑色になり、ピン構成が正常であることを示します）

2.2 プロジェクト管理の構成

デフォルトの画面は次のとおりです。

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。

バージョン番号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。ただし、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。その場合はパッケージを各自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開発環境の構成【V2.0】（リンク先の「6. よくある構成Q&A」のQ3に解決方法があります）

上記の構成が完了すると、次の図のようになります。

2.Project Manager > Code Generator ウィンドウを次のように構成します。

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。

2.3 GPIO構成 - LEDのピン

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ビュー画面の下部で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の欄でドロップダウンリストからOutput Push Pullを選択します。

GPIO modeパラメータのヒント：

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レベルともに強い駆動能力を持ちます。デフォルトの出力モードです
Output Open Drain	オープンドレイン出力	Lowへの引き下げかハイインピーダンス状態のみが可能で、Highレベルを出力するには外部プルアップ抵抗が必要です

(3) GPIO Pull-up/Pull-downの欄で、ドロップダウンリストから 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) パラメータの設定後は、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。最終的な結果は次のとおりです。

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GPIO構成を保存するため）。File — Save Project をクリックします。

3 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。

4. 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。また、（コード解説）に掲載されている事例を参考にして学習することもできます。

5. 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います（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）。

参考リンク（UNI-STM32開発環境の構成 -- 5 プログラムのダウンロード）を参照してください。

(2) メインボードのスイッチをオンにして、動作を確認します。

実験結果

STM32メインボード上の3つのLEDが順番にブリージングライト効果を示すことを確認できます。

コード解説

1. ユーザーコードの解説

次の図は、プロジェクトファイルに追加したユーザーコードを示しています。

2. ユーザーコードのインポート方法

まず、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インポートし、keil5 IDEで .c ファイルを追加してコンパイルします。

既存のユーザーファイルのインポート：keilで既存のユーザーファイルをインポートする方法を参照してください

次に、main.c ファイルにユーザーコードを追加します。

(1) まず参照用のプロジェクトファイル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す。このフレームワークをもとに実装したい機能を追加・改良します。特に /* USER xx で始まり終わるコードを確認してください。下図の赤色の部分が記入したユーザーコードです。

(2) 上記の赤色で示したコードを自分のプロジェクトファイルの 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

資料のダウンロード・技術サポートについては、HumansX株式会社までお問い合わせください。