本帖最后由 正点原子运营 于 2024-6-17 10:16 编辑
1）实验平台：正点原子 精英STM32F103开发板
2) 章节摘自【正点原子】STM32F103开发指南 V1.3
6）正点原子STM32技术交流QQ群:672399978
本章将通过一个经典的跑马灯程序，带大家开启STM32F103之旅。通过本章的学习，我们将了解到STM32F103的IO口作为输出使用的方法。我们将通过代码控制开发板上的LED灯：LED0、LED1交替闪烁，实现类似跑马灯的效果。 本章分为如下4个小节： 13.1 STM32F1 GPIO简介 13.2硬件设计 13.3程序设计 13.4下载验证
13.1 STM32F1 GPIO简介 GPIO是控制或者采集外部器件的信息的外设，即负责输入输出。它按组分配，每组16个IO口，组数视芯片而定。STM32F103ZET6芯片是144脚的芯片，具有GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE、GPIOF和GPIOG七组GPIO口，共有112个IO口可供我们编程使用。这里重点说一下STM32F103的IO电平兼容性问题，STM32F103的绝大部分IO口，都兼容5V，至于到底哪些是兼容5V的，请看STM32F103xE的数据手册（注意是数据手册，不是中文参考手册），见表5 大容量STM32F103xx引脚定义，凡是有FT标志的，都是兼容5V电平的IO口，可以直接接5V的外设（注意：如果引脚设置的是模拟输入模式，则不能接5V！)，凡是不带FT标志的，就建议大家不要接5V了，可能烧坏MCU。
13.1.1 GPIO功能模式 GPIO有八种工作模式，分别是： 1、输入浮空 2、输入上拉 3、输入下拉 4、模拟输入 5、开漏输出 6、推挽输出 7、开漏式复用功能 8、推挽式复用功能
13.1.2 GPIO基本结构分析 我们知道了GPIO有八种工作模式，具体这些模式是怎么实现的？下面我们通过GPIO的基本结构图来分别进行详细分析，先看看总的框图，如图13.1.2.1 所示。 如上图所示，可以看到右边只有I/O引脚，这个I/O引脚就是我们可以看到的芯片实物的引脚，其他部分都是GPIO的内部结构。 ①保护二极管 保护二极管共有两个，用于保护引脚外部过高或过低的电压输入。当引脚输入电压高于VDD时，上面的二极管导通，当引脚输入电压低于VSS时，下面的二极管导通，从而使输入芯片内部的电压处于比较稳定的值。虽然有二极管的保护，但这样的保护却很有限，大电压大电流的接入很容易烧坏芯片。所以在实际的设计中我们要考虑设计引脚的保护电路。 ②上拉、下拉电阻 它们阻值大概在30~50K欧之间，可以通过上、下两个对应的开关控制，这两个开关由寄存器控制。当引脚外部的器件没有干扰引脚的电压时，即没有外部的上、下拉电压，引脚的电平由引脚内部上、下拉决定，开启内部上拉电阻工作，引脚电平为高，开启内部下拉电阻工作，则引脚电平为低。同样，如果内部上、下拉电阻都不开启，这种情况就是我们所说的浮空模式。浮空模式下，引脚的电平是不可确定的。引脚的电平可以由外部的上、下拉电平决定。需要注意的是，STM32的内部上拉是一种“弱上拉”，这样的上拉电流很弱，如果有要求大电流还是得外部上拉。 ③施密特触发器 对于标准施密特触发器，当输入电压高于正向阈值电压，输出为高；当输入电压低于负向阈值电压，输出为低；当输入在正负向阈值电压之间，输出不改变，也就是说输出由高电准位翻转为低电准位，或是由低电准位翻转为高电准位对应的阈值电压是不同的。只有当输入电压发生足够的变化时，输出才会变化，因此将这种元件命名为触发器。这种双阈值动作被称为迟滞现象，表明施密特触发器有记忆性。从本质上来说，施密特触发器是一种双稳态多谐振荡器。 施密特触发器可作为波形整形电路，能将模拟信号波形整形为数字电路能够处理的方波波形，而且由于施密特触发器具有滞回特性，所以可用于抗干扰，以及在闭回路正回授/负回授配置中用于实现多谐振荡器。 下面看看比较器跟施密特触发器的作用的比较，就清楚的知道施密特触发器对外部输入信号具有一定抗干扰能力，如图13.1.2.2所示。 图13.1.2.2 比较器的（A）和施密特触发器（B）作用比较 ④P-MOS管和N-MOS管 这个结构控制GPIO的开漏输出和推挽输出两种模式。开漏输出：输出端相当于三极管的集电极，要得到高电平状态需要上拉电阻才行。推挽输出：这两只对称的MOS管每次只有一只导通，所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流，也可以从负载拉电流。推拉式输出既能提高电路的负载能力，又能提高开关速度。 上面我们对GPIO的基本结构图中的关键器件做了介绍，下面分别介绍GPIO八种工作模式对应结构图的工作情况。 1、输入浮空 输入浮空模式：上拉/下拉电阻为断开状态，施密特触发器打开，输出被禁止。输入浮空模式下，IO口的电平完全是由外部电路决定。如果IO引脚没有连接其他的设备，那么检测其输入电平是不确定的。该模式可以用于按键检测等场景。 2、输入上拉 输入上拉模式：上拉电阻导通，施密特触发器打开，输出被禁止。在需要外部上拉电阻的时候，可以使用内部上拉电阻，这样可以节省一个外部电阻，但是内部上拉电阻的阻值较大，所以只是“弱上拉”，不适合做电流型驱动。 3、输入下拉 输入下拉模式：下拉电阻导通，施密特触发器打开，输出被禁止。在需要外部下拉电阻的时候，可以使用内部下拉电阻，这样可以节省一个外部电阻，但是内部下拉电阻的阻值较大，所以不适合做电流型驱动。 4、模拟功能 模拟功能：上下拉电阻断开，施密特触发器关闭，双MOS管也关闭。其他外设可以通过模拟通道输入输出。该模式下需要用到芯片内部的模拟电路单元单元，用于ADC、DAC、MCO这类操作模拟信号的外设。 5、开漏输出 开漏输出模式：STM32的开漏输出模式是数字电路输出的一种，从结果上看它只能输出低电平Vss或者高阻态，常用于IIC通讯（IIC_SDA）或其它需要进行电平转换的场景。根据《STM32F10xxx参考手册_V10（中文版）.pdf》第108页关于“GPIO输出配置”的描述，我们可以知道开漏模式下，IO是这样工作的： l P-MOS被“输出控制”控制在截止状态，因此IO的状态取决于N-MOS的导通状况； l 只有N-MOS还受控制于输出寄存器，“输出控制”对输入信号进行了逻辑非的操作； l 施密特触发器是工作的，即可以输入，且上下拉电阻都断开了，可以看成浮空输入； 根据参考手册的描述，同时为了方便大家理解，我们在“输出控制”部分做了等效处理，如图13.1.2.7所示。图13.1.2.7中写入输出数据寄存器①的值怎么对应到IO引脚的输出状态②是我们最关心的。 根据参考手册的描述：开漏输出模式下P-MOS一直在截止状态，即不导通，所以P-MOS 管的栅极相当于一直接VDD。如果输出数据寄存器①的值为0，那么IO引脚的输出状态②为低电平，这是我们需要的控制逻辑，怎么做到的呢？是这样的，输出数据寄存器的逻辑0经过“输出控制”的取反操作后，输出逻辑1到N-MOS管的栅极，这时N-MOS管就会导通，使得IO引脚连接到VSS，即输出低电平。如果输出数据寄存器的值为1，经过“输出控制”的取反操作后，输出逻辑0到N-MOS管的栅极，这时N-MOS管就会截止。又因为P-MOS管是一直截止的，使得IO引脚呈现高阻态，即不输出低电平，也不输出高电平。因此要IO 引脚输出高电平就必须接上拉电阻。 又由于F1系列的开漏输出模式下，内部的上下拉电阻不可用，所以只能通过接芯片外部上拉电阻的方式，实现开漏输出模式下输出高电平。如果芯片外部不接上拉电阻，那么开漏输出模式下，IO无法输出高电平。 在开漏输出模式下，施密特触发器是工作的，所以IO口引脚的电平状态会被采集到输入数据寄存器中，如果对输入数据寄存器进行读访问可以得到IO口的状态。也就是说开漏输出模式下，我们可以读取IO引脚状态。 6、推挽输出 推挽输出模式：STM32的推挽输出模式，从结果上看它会输出低电平VSS或者高电平VDD。推挽输出跟开漏输出不同的是，推挽输出模式P-MOS管和N-MOS管都用上。同样地，我们根据参考手册推挽模式的输出描述，可以得到等效原理图，如图13.1.2.8所示。根据手册描述可以把“输出控制”简单地等效为一个非门。 如果输出数据寄存器①的值为0，经过“输出控制”取反操作后，输出逻辑1到P-MOS 管的栅极，这时P-MOS管就会截止，同时也会输出逻辑1到N-MOS管的栅极，这时N-MOS 管就会导通，使得IO引脚接到 VSS，即输出低电平。 如果输出数据寄存器的值为1 ，经过“输出控制”取反操作后，输出逻辑0到N-MOS 管的栅极，这时N-MOS管就会截止，同时也会输出逻辑0到P-MOS管的栅极，这时P-MOS管就会导通，使得IO引脚接到VDD，即输出高电平。 由上述可知，推挽输出模式下，P-MOS管和N-MOS管同一时间只能有一个管是导通的。当IO引脚在做高低电平切换时，两个管子轮流导通，一个负责灌电流，一个负责拉电流，使其负载能力和开关速度都有较大的提高。 另外在推挽输出模式下，施密特触发器也是打开的，我们可以读取IO 口的电平状态。 由于推挽输出模式下输出高电平时，是直接连接VDD，所以驱动能力较强，可以做电流型驱动，驱动电流最大可达25mA，但是芯片的总电流有限，所以并不建议这样用，最好还是使用芯片外部的电源。 7、开漏式复用功能 开漏式复用功能：一个IO口可以是通用的IO口功能，还可以是其他外设的特殊功能引脚，这就是IO口的复用功能。一个IO口可以是多个外设的功能引脚，我们需要选择作为其中一个外设的功能引脚。当选择复用功能时，引脚的状态是由对应的外设控制，而不是输出数据寄存器。除了复用功能外，其他的结构分析请参考开漏输出模式。 另外在开漏式复用功能模式下，施密特触发器也是打开的，我们可以读取IO口的电平状态，同时外设可以读取IO口的信息。 8、推挽式复用功能 推挽式复用功能：复用功能介绍请查看开漏式复用功能，结构分析请参考推挽输出模式，这里不再赘述。 13.1.3 GPIO寄存器介绍 STM32F1每组（这里是A~D）通用GPIO口有7个32位寄存器控制，包括 ： 2个32位端口配置寄存器（CRL和CRH） 2个32位端口数据寄存器（IDR和ODR） 1个32位端口置位/复位寄存器（BSRR） 1个16位端口复位寄存器（BRR） 1个32位端口锁定寄存器 (LCKR) 下面我们将带大家理解本章用到的寄存器，没有介绍到的寄存器后面用到会继续介绍。这里主要是带大家学会怎么理解这些寄存器的方法，其他寄存器理解方法是一样的。因为寄存器太多不可能一个个列出来讲，以后基本就是只会把重要的寄存器拿出来讲述，希望大家尽快培养自己学会看手册的能力。下面先看GPIO的2个32位配置寄存器： l 端口配置寄存器（GPIOx_CRL和GPIOx_CRH） 这两个寄存器都是GPIO口配置寄存器，不过CRL控制端口的低八位，CRH控制端口的高八位。寄存器的作用是控制GPIO口的工作模式和工作速度，寄存器描述如图13.1.3.1和图13.1.3.2所示。 每组GPIO下有16个IO口，一个寄存器共32位，每4个位控制1个IO，所以才需要两个寄存器完成。我们看看这个寄存器的复位值，然后用复位值举例说明一下这样的配置值代表什么意思。比如GPIOA_CRL的复位值是0x44444444，4位为一个单位都是0100，以寄存器低四位说明一下，首先位1：0为00即是设置为PA0为输入模式，位3：2为01即设置为浮空输入模式。所以假如GPIOA_CRL的值是0x44444444，那么PA0~PA7都是设置为输入模式，而且是浮空输入模式。 上面这2个配置寄存器就是用来配置GPIO的相关工作模式和工作速度，它们通过不同的配置组合方法，就决定我们所说的8种工作模式。下面，我们来列表阐述，如表13.1.3.1。 表13.1.3.1 4个配置寄存器组合下的8种工作模式 因为本章需要GPIO作为输出口使用，所以我们再来看看端口输出数据寄存器。 l 端口输出数据寄存器（GPIOx_ODR） 该寄存器用于控制GPIOx的输出高电平或者低电平，寄存器描述如图13.1.3.3所示。 该寄存器低16位有效，分别对应每一组GPIO的16个引脚。当CPU写访问该寄存器，如果对应的某位写0(ODRy=0)，则表示设置该IO口输出的是低电平，如果写1(ODRy=1)，则表示设置该IO口输出的是高电平，y=0~15。 此外，除了ODR寄存器，还有一个寄存器也是用于控制GPIO输出的，它就是BSRR寄存器。 l 端口置位/复位寄存器（GPIOx_BSRR） 该寄存器也用于控制GPIOx的输出高电平或者低电平，寄存器描述如图13.1.3.4所示。 图13.1.3.4 GPIOx_BSRR寄存器描述 为什么有了ODR寄存器，还要这个BSRR寄存器呢？我们先看看BSRR的寄存器描述，首先BSRR是只写权限，而ODR是可读可写权限。BSRR寄存器32位有效，对于低16位（0-15），我们往相应的位写1(BSy=1)，那么对应的IO口会输出高电平，往相应的位写0(BSy=0)，对IO口没有任何影响，高16位（16-31）作用刚好相反，对相应的位写1(BRy=1)会输出低电平，写0(BRy=0)没有任何影响，y=0~15。 也就是说，对于BSRR寄存器，你写0的话，对IO口电平是没有任何影响的。我们要设置某个IO口电平，只需要相关位设置为1即可。而ODR寄存器，我们要设置某个IO口电平，我们首先需要读出来ODR寄存器的值，然后对整个ODR寄存器重新赋值来达到设置某个或者某些IO口的目的，而BSRR寄存器直接设置即可，这在多任务实时操作系统中作用很大。BSRR寄存器还有一个好处，就是BSRR寄存器改变引脚状态的时候，不会被中断打断，而ODR寄存器有被中断打断的风险。
13.2 硬件设计 1. 例程功能 LED灯：LED0和LED1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）LED灯 LED0 – PB5 LED1 – PE5 3. 原理图 本章用到的硬件用到LED灯：LED0和LED1。电路在开发板上已经连接好了，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STM32F103连接原理图 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。
13.3.1GPIO的HAL库驱动分析 HAL库中关于GPIO的驱动程序在stm32f1xx_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);
l 函数描述： 用于配置GPIO功能模式，还可以设置EXTI功能。 l 函数形参： 形参1是端口号，可以有以下的选择： - <div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIOA ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE)</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIOB ((GPIO_TypeDef *) GPIOB_BASE)</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIOC ((GPIO_TypeDef *) GPIOC_BASE)</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIOD ((GPIO_TypeDef *) GPIOD_BASE)</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIOE ((GPIO_TypeDef *) GPIOE_BASE)</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIOF ((GPIO_TypeDef *) GPIOF_BASE)</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIOG ((GPIO_TypeDef *) GPIOG_BASE)</font></font></div>
这是库里面的选择项，对于本芯片来说，我们都拥有以上5组IO口。 形参2是GPIO_InitTypeDef类型的结构体变量，其定义如下： - <div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">typedef struct</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">{</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> uint32_t Pin; /* 引脚号 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> uint32_t Mode; /* 模式设置 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> uint32_t Pull; /* 上拉下拉设置 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> uint32_t Speed; /* 速度设置 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">} GPIO_InitTypeDef;</font></font></div>
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： - <div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIO_MODE_INPUT (0x00000000U) /* 输入模式 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIO_MODE_OUTPUT_PP (0x00000001U) /* 推挽输出 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIO_MODE_OUTPUT_OD (0x00000011U) /* 开漏输出 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIO_MODE_AF_PP (0x00000002U) /* 推挽式复用 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIO_MODE_AF_OD (0x00000012U) /* 开漏式复用 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIO_MODE_AF_INPUT GPIO_MODE_INPUT</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> </font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIO_MODE_ANALOG (0x00000003U) /* 模拟模式 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> </font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIO_MODE_IT_RISING (0x10110000u) /* 外部中断，上升沿触发检测 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIO_MODE_IT_FALLING (0x10210000u) /* 外部中断，下降沿触发检测 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">/* 外部中断，上升和下降双沿触发检测 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING (0x10310000u) </font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> </font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIO_MODE_EVT_RISING (0x10120000U) /*外部事件，上升沿触发检测 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIO_MODE_EVT_FALLING (0x10220000U) /*外部事件，下降沿触发检测 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">/* 外部事件，上升和下降双沿触发检测 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIO_MODE_EVT_RISING_FALLING (0x10320000U)</font></font></div>
成员Pull用于配置上下拉电阻，有以下选择项： - <div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIO_NOPULL (0x00000000U) /* 无上下拉 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIO_PULLUP (0x00000001U) /* 上拉 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIO_PULLDOWN (0x00000002U) /* 下拉 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">成员Speed用于配置GPIO的速度，有以下选择项：</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIO_SPEED_FREQ_LOW (0x00000002U) /* 低速 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM (0x00000001U) /* 中速 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define GPIO_SPEED_FREQ_HIGH (0x00000003U) /* 高速 */</font></font></div>
l 函数返回值： 无 l 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： - <div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, </font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">GPIO_PinState PinState);</font></font></div>
l 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。 l 函数形参： 形参1是端口号，可以选择范围：GPIOA~GPIOG。 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。 l 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： - void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
l 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。 l 函数形参： 形参1是端口号，可以选择范围：GPIOA~GPIOG。 形参2是引脚号，可以选择范围：GPIO_PIN_0到GPIO_PIN_15。 l 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: - <div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">__HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();</font></font></div>
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。本实验的程序流程图如下： 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（正点原子编写的外设驱动基本都是包含一个.c文件和一个.h文件，下同）。 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。 l LED灯引脚宏定义 由硬件设计小节，我们知道LED灯在硬件上分别连接到PB5和PE5，再结合HAL库，我们做了下面的引脚定义。 - <div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">/* 引脚 定义 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define LED0_GPIO_PORT GPIOB</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define LED0_GPIO_PIN GPIO_PIN_5 </font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">/* PB口时钟使能 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define LED0_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); }while(0)</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> </font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define LED1_GPIO_PORT GPIOE</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define LED1_GPIO_PIN GPIO_PIN_5 </font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">/* PE口时钟使能 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define LED1_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();}while(0) </font></font></div>
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。 __HAL_RCC_GPIOx_CLK_ENABLE函数是HAL库的IO口时钟使能函数，x=A到G。 l LED灯操作函数宏定义 为了后续对LED灯进行便捷的操作，我们为LED灯操作函数做了下面的定义。 - <div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">/* LED端口定义 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define LED0(x) do{ x ? \</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_PORT, LED0_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_PORT, LED0_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);\</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> }while(0) /* LED0翻转 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> </font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define LED1(x) do{ x ? \</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT,LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);\</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> }while(0) /* LED1翻转 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> </font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">/* LED取反定义 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define LED0_TOGGLE() do{ HAL_GPIO_TogglePin(LED0_GPIO_PORT, LED0_GPIO_PIN); </font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">}while(0) /* LED0 = !LED0 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">#define LED1_TOGGLE() do{ HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN); </font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">}while(0) /* LED1 = !LED1 */</font></font></div>
LED0和LED1 这两个宏定义，分别是控制LED0和LED1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LED0_GPIO_PORT(PB5)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LED0_GPIO_PORT(PB5)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)同理。 LED0_TOGGLE和LED1_TOGGLE这三个宏定义，分别是控制LED0和LED1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LED灯的初始化函数，其定义如下： - <div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">/**</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> * @brief 初始化LED相关IO口, 并使能时钟</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> * <a href="home.php?mod=space&uid=271674" target="_blank">@param</a> 无</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> * @retval 无</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">void led_init(void)</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">{</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> LED0_GPIO_CLK_ENABLE(); /* LED0时钟使能 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> LED1_GPIO_CLK_ENABLE(); /* LED1时钟使能 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> </font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> gpio_init_struct.Pin = LED0_GPIO_PIN; /* LED0引脚 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; /* 推挽输出 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP; /* 上拉 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; /* 高速 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> HAL_GPIO_Init(LED0_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 初始化LED0引脚 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> </font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> gpio_init_struct.Pin = LED1_GPIO_PIN; /* LED1引脚 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> HAL_GPIO_Init(LED1_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 初始化LED1引脚 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> </font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> LED0(1); /* 关闭 LED0 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> LED1(1); /* 关闭 LED1 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">}</font></font></div>
对LED灯的两个引脚都设置为中速上拉的推挽输出。最后关闭LED灯的输出，防止没有操作就亮了。 2. main.c代码 在main.c里面编写如下代码： - <div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">int main(void)</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">{</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> delay_init(72); /* 延时初始化 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> led_init(); /* 初始化LED */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> </font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> while (1)</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> {</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> LED0(0); /* LED0 灭 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> LED1(1); /* LED1 亮 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> delay_ms(500);</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> LED1(1); /* LED0 灭 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> LED0(0); /* LED1 亮 */</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> delay_ms(500);</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3"> }</font></font></div><div align="left"><font face="Tahoma"><font size="3">}</font></font></div>
首先是调用系统级别的初始化：初始化 HAL库、系统时钟和延时函数。接下来，调用led_init来初始化LED灯。最后在无限循环里面实现LED0和LED1间隔500ms交替闪烁一次。 13.4 下载验证 我们先来看看编译结果，如图13.4.1所示。 可以看到没有0错误，0警告。从编译信息可以看出，我们的代码占用FLASH大小为：5804字节（5442+362+28），所用的SRAM大小为：1928个字节（28+1900）。这里我们解释一下，编译结果里面的几个数据的意义： Code：表示程序所占用FLASH的大小（FLASH）。 RO-data：即Read Only-data，表示程序定义的常量（FLASH）。 RW-data：即Read Write-data，表示已被初始化的变量（FLASH + RAM） ZI-data：即Zero Init-data，表示未被初始化的变量(RAM) 有了这个就可以知道你当前使用的flash和ram大小了，所以，一定要注意的是程序的大小不是.hex文件的大小，而是编译后的Code和RO-data之和。 接下来，大家就可以下载验证了。这里我们使用DAP仿真器（也可以使用其他调试器）下载。 下载完之后，运行结果如图13.4.2所示，可以看到LED灯的LED0和LED1交替亮。 至此，我们的跑马灯实验的学习就结束了，本章介绍了STM32F103的IO口的使用及注意事项，是后面学习的基础，希望大家好好理解。 | 
/2 
|手机版|OpenEdv-开源电子网
( 粤ICP备12000418号-1 )
发表于 2024-6-18 14:35:19
