《MiniPRO H750开发指南》第十三章跑马灯实验（下）

正点原子运营 · 发表于 2022-12-13 15:32:09

本帖最后由正点原子运营于 2022-12-26 15:24 编辑

第十三章跑马灯实验

1）实验平台：正点原子MiniPRO STM32H750 开发板

2) 章节摘自【正点原子】《MiniPRO H750开发指南》

3）购买链接:https://detail.tmall.com/item.htm?id=677017430560

4）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boar ... 32h750_minipro.html

5）正点原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890

6）正点原子STM32技术交流群:170313895

13.2 硬件设计
1. 例程功能RGB灯：LED0（红）、LED1（绿）和LED2（蓝）每过500ms一次交替闪烁，实现类似跑马灯的效果。
2. 硬件资源

1）RGB灯

LEDR : LED0 - PB4（红）

LEDG : LED1 - PE6（绿）

LEDB : LED2 - PE5（蓝）

3. 原理图

本章用到的硬件用到RGB灯：LEDR、LEDG和LEDB。电路在开发板上已经连接好，所以在硬件上不需要动任何东西，直接下载代码就可以测试使用。其连接原理图如图13.2.1所示：

图13.2.1 LED与STM32H750连接原理图

下面，给大家介绍一下LED灯的压降和额定电流，供大家设计硬件参考。

直插超亮发光二极管压降，主要有三种颜色，然而三种发光二极管的压降都不相同，具体压降参考值如下：

红色发光二极管的压降为2.0V-2.2V。

黄色发光二极管的压降为1.8V-2.0V。

绿色发光二极管的压降为3.0V-3.2V。

正常发光时的额定电流约为20mA。

贴片LED压降：

红色的压降为1.82-1.88V，电流5-8mA。

绿色的压降为1.75-1.82V，电流3-5mA。

橙色的压降为1.7-1.8V，电流3-5mA。

蓝色的压降为3.1-3.3V，电流8-10mA。

白色的压降为3-3.2V，电流10-15mA。

LED发光颜色的不同，需要的驱动电压也有差异。我们使用的LED0和LED1是红绿两个颜色的贴片灯珠，它的正常工作驱动电流典型值约为25mA/1.8V。而STM32的GPIO的输出电流也大概是25mA/3.3V，所以可以直接用STM32的IO驱动这种LED。但STM32对总的输出电流有限制，为了经过LED的电流更稳定，我们一般不用STM32的IO直接输出电流驱动LED，而是通过外接电阻的方式限制灌入STM32的电流。如我们使用红灯时灌到IO口的最大电流约为（3.3-1.8）V/510R≈2.94mA。

图13.2.2 STM32 IO的电气参数

13.3 程序设计

了解了GPIO的结构原理和寄存器，还有我们的实验功能，下面开始设计程序。

13.3.1 GPIO的HAL库驱动分析

HAL库中关于GPIO的驱动程序在stm32h7xx_hal_gpio.c文件以及其对应的头文件。

1.HAL_GPIO_Init函数

要使用一个外设我们首先要对它进行初始化，所以我们先看外设GPIO的初始化函数。其声明如下：

void HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init);

复制代码

函数描述：

用于配置GPIO功能模式，还可以设置EXTI功能。

函数形参：

形参1是端口号，可以有以下的选择：

#define GPIOA ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE)
#define GPIOB ((GPIO_TypeDef *) GPIOB_BASE)
#define GPIOC ((GPIO_TypeDef *) GPIOC_BASE)
#define GPIOD ((GPIO_TypeDef *) GPIOD_BASE)
#define GPIOE ((GPIO_TypeDef *) GPIOE_BASE)
#define GPIOF ((GPIO_TypeDef *) GPIOF_BASE)
#define GPIOG ((GPIO_TypeDef *) GPIOG_BASE)
#define GPIOH ((GPIO_TypeDef *) GPIOH_BASE)
#define GPIOI ((GPIO_TypeDef *) GPIOI_BASE)
#define GPIOJ ((GPIO_TypeDef *) GPIOJ_BASE)
#define GPIOK ((GPIO_TypeDef *) GPIOK_BASE)

复制代码

这是库里面的选择项，实际上我们的芯片只能从GPIOA~GPIOE，因为我们只有5组IO口。

形参2是GPIO_InitTypeDef类型的结构体指针变量，其定义如下：

#define GPIOA ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE)
#define GPIOB ((GPIO_TypeDef *) GPIOB_BASE)
#define GPIOC ((GPIO_TypeDef *) GPIOC_BASE)
#define GPIOD ((GPIO_TypeDef *) GPIOD_BASE)
#define GPIOE ((GPIO_TypeDef *) GPIOE_BASE)
#define GPIOF ((GPIO_TypeDef *) GPIOF_BASE)
#define GPIOG ((GPIO_TypeDef *) GPIOG_BASE)
#define GPIOH ((GPIO_TypeDef *) GPIOH_BASE)
#define GPIOI ((GPIO_TypeDef *) GPIOI_BASE)
#define GPIOJ ((GPIO_TypeDef *) GPIOJ_BASE)
#define GPIOK ((GPIO_TypeDef *) GPIOK_BASE)
typedef struct
{
uint32_t Pin; /* 引脚号 */
uint32_t Mode; /* 模式设置 */
uint32_t Pull; /* 上拉下拉设置 */
uint32_t Speed; /* 速度设置 */
uint32_t Alternate; /* 复用功能 */
} GPIO_InitTypeDef;

复制代码

该结构体很重要，下面对每个成员介绍一下。

成员Pin表示引脚号，范围：GPIO_PIN_0到 GPIO_PIN_15，另外还有GPIO_PIN_All和GPIO_PIN_MASK可选。

成员Mode是GPIO的模式选择，有以下选择项：

#define GPIO_MODE_INPUT (0x00000000U) /* 输入模式 */
#define GPIO_MODE_OUTPUT_PP (0x00000001U) /* 推挽输出 */
#define GPIO_MODE_OUTPUT_OD (0x00000011U) /* 开漏输出 */
#define GPIO_MODE_AF_PP (0x00000002U) /* 推挽式复用 */
#define GPIO_MODE_AF_OD (0x00000012U) /* 开漏式复用 */
#define GPIO_MODE_ANALOG (0x00000003U) /* 模拟模式 */
#define GPIO_MODE_IT_RISING (0x11110000U) /* 外部中断，上升沿触发检测 */
#define GPIO_MODE_IT_FALLING (0x11210000U) /* 外部中断，下降沿触发检测 */
/* 外部中断，上升和下降双沿触发检测 */
#define GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING (0x11310000U)
#define GPIO_MODE_EVT_RISING (0x11120000U) /* 外部事件，上升沿触发检测 */
#define GPIO_MODE_EVT_FALLING (0x11220000U) /* 外部事件，下降沿触发检测 */
/* 外部事件，上升和下降双沿触发检测 */
#define GPIO_MODE_EVT_RISING_FALLING (0x11320000U)

复制代码

成员Pull用于配置上下拉电阻，有以下选择项：

#define GPIO_NOPULL (0x00000000U) /* 无上下拉 */
#define GPIO_PULLUP (0x00000001U) /* 上拉 */
#define GPIO_PULLDOWN (0x00000002U) /* 下拉 */

复制代码

成员Speed用于配置GPIO的速度，有以下选择项：

#define GPIO_SPEED_FREQ_LOW (0x00000000U) /* 低速 */
#define GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM (0x00000001U) /* 中速 */
#define GPIO_SPEED_FREQ_HIGH (0x00000002U) /* 快速 */
#define GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH (0x00000003U) /* 高速 */

复制代码

成员Alternate用于配置具体的复用功能，不同的GPIO口可以复用的功能不同，具体可参考数据手册《STM32H750VBT6.pdf》。复用功能的选择在stm32h7xx_hal_gpio_ex.h文件里进行了定义，后面具体用到了，我们在进行讲解。

函数返回值：

无

注意事项：

HAL库的EXTI外部中断的设置功能整合到此函数里面，而不是单独独立一个文件。这个我们到外部中断实验再细讲。

2.HAL_GPIO_WritePin函数

HAL_GPIO_WritePin函数是GPIO口的写引脚函数。其声明如下：

void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef *GPIOx,
uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState);

复制代码

函数描述：

用于设置引脚输出高电平或者低电平，通过BSRR寄存器复位或者置位操作。

函数形参：

形参1是端口号，可以选择范围：GPIOA~GPIOK。

形参2是引脚号，可以选择范围：GPIO_PIN_0到 GPIO_PIN_15。

形参3是要设置输出的状态，是枚举型有两个选择：GPIO_PIN_SET 表示高电平，GPIO_PIN_RESET表示低电平。

函数返回值：

无

3.HAL_GPIO_TogglePin函数

HAL_GPIO_TogglePin函数是GPIO口的电平翻转函数。其声明如下：

voidHAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

复制代码

函数描述：

用于设置引脚的电平翻转，也是通过BSRR寄存器复位或者置位操作。

函数形参：

形参1是端口号，可以选择范围：GPIOA~GPIOK。

形参2是引脚号，可以选择范围：GPIO_PIN_0到 GPIO_PIN_15。

函数返回值：

无

本实验我们用到上面三个函数，其他的API函数后面用到再进行讲解。

GPIO输出配置步骤

1）使能对应GPIO时钟

STM32在使用任何外设之前，我们都要先使能其时钟（下同）。本实验用到PB5和PE5两个IO口，因此需要先使能GPIOB和GPIOE的时钟，代码如下:

__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();

复制代码

2）设置对应GPIO工作模式（推挽输出）

本实验GPIO使用推挽输出模式，控制LED亮灭，通过函数HAL_GPIO_Init设置实现。

3）控制GPIO引脚输出高低电平

在配置好GPIO工作模式后，我们就可以通过HAL_GPIO_WritePin函数控制GPIO引脚输出高低电平，从而控制LED的亮灭了。

13.3.2 程序流程图

程序流程图能帮助我们更好的理解一个工程的功能和实现的过程，对学习和设计工程有很好的主导作用。

下面看看本实验的程序流程图：

图13.3.2.1 跑马灯实验程序流程图

13.3.3 程序解析
1. led驱动代码

这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。LED驱动源码包括两个文件：led.c和led.h。

下面我们先解析led.h的程序，我们把它分两部分功能进行讲解。

由硬件设计小节，我们知道RGB灯在硬件上分别连接到PB4、PE5、PE6，再结合HAL库，我们做了下面的引脚定义。

/*****************************************************************************/
/* 引脚定义 */
#define LED0_GPIO_PORT GPIOB
#define LED0_GPIO_PIN GPIO_PIN_4
/* PB口时钟使能 */
#define LED0_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); }while(0)
#define LED1_GPIO_PORT GPIOE
#define LED1_GPIO_PIN GPIO_PIN_6
/* PE口时钟使能 */
#define LED1_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE(); }while(0)
#define LED2_GPIO_PORT GPIOE
#define LED2_GPIO_PIN GPIO_PIN_5
/* PE口时钟使能 */
#define LED2_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE(); }while(0)
/*****************************************************************************/

复制代码

这样的好处是进一步隔离底层函数操作，移植更加方便，函数命名更亲近实际的开发板。比如：当我们看到LED0_GPIO_PORT这个宏定义，我们就知道这是灯LED0的端口号；看到LED0_GPIO_PIN这个宏定义，就知道这是灯LED0的引脚号；看到LED0_GPIO_CLK_ENABLE这个宏定义，就知道这是灯LED0的时钟使能函数。大家后面学习时间长了就会慢慢熟悉这样的命名方式。

特别注意：这里的时钟使能函数宏定义，使用了do{ }while(0)结构，是为了避免在某些使用场景出错的问题（下同），详见《嵌入式单片机 C代码规范与风格》第六章第2点。

__HAL_RCC_GPIOx_CLK_ENABLE函数是HAL库的IO口时钟使能函数，x=A到K。

为了后续对RGB灯进行便捷的操作，我们为RGB灯操作函数做了下面的定义。

/* LED端口定义 */
#define LED0(x) do{ x ? \
HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_PORT,
LED0_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_PORT,
LED0_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \
}while(0) /* LED0 = RED */
#define LED1(x) do{ x ? \
HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT,
LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT,
LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \
}while(0) /* LED1 = GREEN */
#define LED2(x) do{ x ? \
HAL_GPIO_WritePin(LED2_GPIO_PORT,
LED2_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
HAL_GPIO_WritePin(LED2_GPIO_PORT,
LED2_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \
}while(0) /* LED2 = BLUE */
/* LED取反定义 */
#define LED0_TOGGLE() do{ HAL_GPIO_TogglePin(LED0_GPIO_PORT,
LED0_GPIO_PIN); }while(0) /* LED0 = !LED0 */
#define LED1_TOGGLE() do{ HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_PORT,
LED1_GPIO_PIN); }while(0) /* LED1 = !LED1 */
#define LED2_TOGGLE() do{ HAL_GPIO_TogglePin(LED2_GPIO_PORT,
LED2_GPIO_PIN); }while(0) /* LED2 = !LED2 */

复制代码

LED0、LED1和LED2这三个宏定义，分别是控制LED0、LED1和LED2的亮灭。例如：对于宏定义标识符LED0(x)，它的值是通过条件运算符来确定：当x=0时，宏定义的值为HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_PORT, LED0_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET)，也就是设置PB4输出低电平，当n!=0时，宏定义的值为HAL_GPIO_WritePin (LED0_GPIO_PORT, LED0_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET)，也就是设置PB4输出高电平。所以如果要设置LED0输出低电平，那么调用宏定义LED0(0)即可，如果要设置LED0输出高电平，调用宏定义LED0(1)即可。宏定义LED1(x)和LED0(x)同理。

因为STM32H7不支持位带操作，所以这里我们并没有像F1/F4一样通过位带操作来实现IO口输出输入电平控制。

LED0_TOGGLE、LED1_TOGGLE和LED2_TOGGLE这三个宏定义，分别是控制LED0、LED1和LED2的翻转。这里利用HAL_GPIO_TogglePin函数实现IO口输出电平取反操作。

下面我们再解析led.c的程序，这里只有一个函数led_init，这是RGB灯的初始化函数，其定义如下：