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STM32 GPIO寄存器操作及下降沿中断实现

 一、如何使用stm32寄存器点灯？

1.1 寄存器映射表

寄存器本质就是一个开关，当我们把芯片寄存器配置指定的状态时即可使用芯片的硬件能力。

寄存器映射表则是开关的地址说明。对于我们希望点亮 GPIO_B 的一个灯来说，需要关注以下的两个寄存器：

 

1.2 配置时钟

对于我们实现希望点亮一个灯的需求来说，不仅需要配置配置 GPIO_B 的时钟，首先需要配置 GPIO_B 的时钟。

为什么需要先配置时钟呢？

STM32 外设通常都是给了时钟后才能设置它的寄存器（即才能使用这个外设）。STM32、LPC1XXX 等等都是这样，这么做的目的是为了省电，使用了所谓时钟门控的技术。寄存器是基于触发器的，触发器的赋值是一定需要时钟的，而寄存器的时钟是由总线时钟提供的，就是说没有总线时钟的话，你给寄存器值它是不会读入的。

对于下图中的系统框图来看，GPIO_B 挂载在 AHB 总线下 APB2 时钟。所以我们需要开启 APB2 的总线时钟。

STM32F10xxx 参考手册 6.3.7 告诉我们怎么使能 GPIO_B 的时钟。

由 1.1 的寄存器映射表图片来看，寄存器映射表可知

0x40000000(片上外设基地址) + 0x20000(AHB总线基地址) + 0x1000 (RCC外设基地址)

最后我们再加上 RCC_APBENR 的地址 0x18 即可成功访问这个寄存器。

对这个寄存器使用左移三位进行置位 IOPB 操作，这样就成功开启了 GPIO_B 时钟。

int main(void)
{
    //片上外设基地址+AHB总线基地址+RCC外设基地址+RCC的AHB1时钟使能寄存器地址
    *(unsigned int*)(0x40000000+0x20000+0x1000+0x18) |= ((1)<<3);
	while(1);
}

// 函数为空，目的是为了骗过编译器不报错
void SystemInit(void)
{
    
}

 值得注意的是这种写法，相当于向地址 0XFF 写入 0XFE。

*(unsigned int*)0xFE = 0XFF;
//等价于
unsigned int *p = 0xFE;    //无符号 uint32_t 指针类型指向 0XFE 这个地址
*p = 0xFF;                 //解地址符 向这个地址写入0XFF

1.3 配置 GPIOB_0 模式

根据芯片手册提示 如果我们需要把 GPIOB_0 配置为输出高电平，只需要将 GPIO_CRL 第四位寄存器配置成 0001 即可，这代表了通用开漏输出模式，最大输出10MHz。

//片上外设基地址+APB2总线基地址+GPIOB外设基地址+GPIOB_CRL地址
*(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0C00+0x00) &= ~( (0xFF)<<(4*0) );    //低四位清零
*(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0C00+0x00) |=  ( (1) << (4*0) );    //第四位搞成0001

 1.4 配置 GPIOB_0 使其输出低电平

//片上外设基地址+APB2总线基地址+GPIOB外设基地址+GPIOx_ODR地址
*(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0C00+0x0C) &= ~(1<<0);

经过以上我们配置了 RCC_APB2ENR、GPIOB_CRL、GPIOB_ODR寄存器后。GPIOB_0 被配置成了开漏输出低电平。这样就可以点亮我们的灯泡了。

 全部代码如下：

#include "stm32f10x.h"

int main(void)
{
    //片上外设基地址+AHB总线基地址+RCC外设基地址+RCC的AHB1时钟使能寄存器地址
    *(unsigned int*)(0x40000000+0x20000+0x1000+0x18) |= ((1)<<3);
    
    //片上外设基地址+APB2总线基地址+GPIOB外设基地址+GPIOB_CRL地址
    *(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0C00+0x00) &= ~( (0xFF)<<(4*0) );
    *(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0C00+0x00) |=  ( (1) << (4*0) );
    
    //片上外设基地址+APB2总线基地址+GPIOB外设基地址+GPIOx_ODR地址
    *(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0C00+0x0C) &= ~(1<<0);
    
	while(1);
}

// 函数为空，目的是为了骗过编译器不报错
void SystemInit(void)
{
    
}

二、配置输入模式

 

 我们希望将 GPIOA_0 配置成浮空输入，根据上表来配置寄存器。

/* PA0 key1引脚 */
//片上外设基地址+AHB总线基地址+RCC外设基地址+RCC的AHB1时钟使能PA寄存器地址
*(unsigned int*)(0x40000000+0x20000+0x1000+0x18) |= ((1)<<2);

//片上外设基地址+APB2总线基地址+GPIOA外设基地址+GPIOA_CRL地址
*(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0800+0x00) &= ~( (0xFF) << (4*0) );
*(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0800+0x00) |=  ( (0X04) << (4*0) );

在最后一行，我们将GPIOA_CRL 寄存器低四位配置成 0100 是浮空输入。

全部代码如下：

#include "stm32f10x.h"

int main(void)
{
    /* PB1 点灯引脚  */
    //片上外设基地址+AHB总线基地址+RCC外设基地址+RCC的AHB1时钟使能PB寄存器地址
    //打开PB时钟
    *(unsigned int*)(0x40000000+0x20000+0x1000+0x18) |= ((1)<<3);
    
    //片上外设基地址+APB2总线基地址+GPIOB外设基地址+GPIOB_CRL地址
    //配置成PB1开漏输出
    *(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0C00+0x00) &= ~( (0xFF)<<(4*0) );
    *(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0C00+0x00) |=  ( (1) << (4*0) );
    
    //片上外设基地址+APB2总线基地址+GPIOB外设基地址+GPIOx_ODR地址
    //默认给一个PB1高电平 灯灭
    *(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0C00+0x0C) = 1;
    
    /* PA0 key1引脚 */
    //片上外设基地址+AHB总线基地址+RCC外设基地址+RCC的AHB1时钟使能PA寄存器地址
    //打开PA时钟
    *(unsigned int*)(0x40000000+0x20000+0x1000+0x18) |= ((1)<<2);
    
    //片上外设基地址+APB2总线基地址+GPIOA外设基地址+GPIOA_CRL地址
    //配置成PA0浮空输入
    *(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0800+0x00) &= ~( (0xFF) << (4*0) );
    *(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0800+0x00) |=  ( (0X04) << (4*0) );
        
    
	while(1){
        //片上外设基地址+APB2总线基地址+GPIOB外设基地址+GPIOB_IDR地址
        //读取是否按下按钮
        if(*(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0800+0x08) & 1 != 0)
            //片上外设基地址+APB2总线基地址+GPIOB外设基地址+GPIOx_ODR地址
            //低电平 灯灭
            *(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0C00+0x0C) &= ~(1<<0);
        else
            //片上外设基地址+APB2总线基地址+GPIOB外设基地址+GPIOx_ODR地址
            //高电平 灯灭
            *(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0C00+0x0C) = 1;
    }
}

// 函数为空，目的是为了骗过编译器不报错
void SystemInit(void)
{
    
}

这样我们就实现了按下按钮点灯的操作。

本质上是等待 PA0 低电平后就把 PB1 拉低的程序。

三、中断

在图 EXTI功能框图 可以看到很多在信号线上打一个斜杠并标注“20”字样，这个表示在控制器内部类似的信号线路有20个， 这与EXTI总共有20个中断/事件线是吻合的。所以我们只要明白其中一个的原理，那其他19个线路原理也就知道了。

红色虚线指示的电路流程。它是一个产生中断的线路，最终信号流入到NVIC控制器内。这也是本篇中 GPIO 下降沿中断的线路。值得注意的是，图中的中断屏蔽/软件中断/下降沿等…是外设的寄存器，其最后需要传给 Cortex-M3 内核的 NVIC 寄存器进行中断优先级裁决，之后他会帮我们进行回调函数的操作。

绿色虚线指示的电路流程。它是一个产生事件的线路，最终输出一个脉冲信号。定时器等电机控制等使用的很多。在此不做描述。

3.1 中断线

EXTI有20个中断/事件线，每个GPIO都可以被设置为输入线，占用EXTI0至EXTI15， 还有另外七根用于特定的外设事件。

 

EXTI0 至 EXTI15 用于 GPIO，通过编程控制可以实现任意一个 GPIO 作为 EXTI 的输入源。 

 

3.2 配置外设的寄存器

3.2.1 外部中断配置寄存器 1(AFIO_EXTICR1)

我们首先需要配置 AFIO_EXTICR 外部中断配置寄存器。使能 GPIOA_0 按钮引脚这条中断线的外部中断复用。因为我们是 GPIOA_0 所以自然配置 EXTIO[3:0] 这个寄存器就可以了。

如果我们还想让 GPIOB_0 也有中断能力呢？因为我们已经给GPIOA 用了，所以就不能做到了。

//片上外设基地址+APB2总线基地址+AFIO基地址+外部中断配置寄存器1(AFIO_EXTICR1) 
  *(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0000+0x08) = 0x00;

3.2.2 中断屏蔽寄存器(EXTI_IMR)

中断屏蔽器复位值是 0x0000 0000，也就是屏蔽所有中断，我们需要打开 MR0 的中断，使能 0 线的开启。

  //片上外设基地址+APB2总线基地址+EXTI基地址+中断屏蔽寄存器(EXTI_IMR) 
  *(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0400+0x00) = 0x01;

3.2.3 上升沿触发选择寄存器(EXTI_RTSR)

  //片上外设基地址+APB2总线基地址+EXTI基地址+上升沿触发选择寄存器(EXTI_RTSR) 
  *(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0400+0x08) = 0x01;

3.3 NVIC 配置

根据我们中断框图来看，在经过中断屏蔽等寄存器处理后，中断信号会传入到 NVIC 内。

在配置 Cortex-M3 内核的 NVIC 我们不再使用寄存器，为了方便而是使用 core_cm3.h 的库函数配置。

// 使用NVIC_EncodePriority函数编码中断优先级，并将结果存储在变量pri中  
uint32_t pri = NVIC_EncodePriority(5, 0, 2);  
  
// 设置EXTI0_IRQn（外部中断0）的中断优先级为之前编码的pri值  
NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, pri);  
  
// 使能（启用）EXTI0_IRQn（外部中断0），使其能够在发生时被微控制器响应  
NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);

上述代码中我们使用 2 位抢占，2 位相应的配置方式。最后我们将 EXTI0 中短线配置为 0 级抢占 2级优先级方案。

四、全部代码

#include "stm32f10x.h"
#include "bsp_led.h"
#include "bsp_exti.h" 

int main(void)
{
	  	


    /* PB1 点灯引脚  */
    //片上外设基地址+AHB总线基地址+RCC外设基地址+RCC的AHB1时钟使能PB寄存器地址
    //打开PB时钟
    *(unsigned int*)(0x40000000+0x20000+0x1000+0x18) |= ((1)<<3);
    
    //片上外设基地址+APB2总线基地址+GPIOB外设基地址+GPIOB_CRL地址
    //配置成PB1开漏输出
    *(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0C00+0x00) &= ~( (0xFF)<<(4*0) );
    *(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0C00+0x00) |=  ( (1) << (4*0) );
    
    //片上外设基地址+APB2总线基地址+GPIOB外设基地址+GPIOx_ODR地址
    //默认给一个PB1高电平 灯灭
    *(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0C00+0x0C) = 1;
    
    /* PA0 key1引脚 */
    //片上外设基地址+AHB总线基地址+RCC外设基地址+RCC的AHB1时钟使能PA寄存器地址
    //打开PA时钟
    *(unsigned int*)(0x40000000+0x20000+0x1000+0x18) |= ((1)<<2);
    
    //片上外设基地址+APB2总线基地址+GPIOA外设基地址+GPIOA_CRL地址
    //配置成PA0浮空输入
    *(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0800+0x00) &= ~( (0xFF) << (4*0) );
    *(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0800+0x00) |=  ( (0X04) << (4*0) );
    
    

  
    //片上外设基地址+APB2总线基地址+AFIO基地址+外部中断配置寄存器1(AFIO_EXTICR1) 
    *(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0000+0x08) = 0x00;

    //片上外设基地址+APB2总线基地址+EXTI基地址+中断屏蔽寄存器(EXTI_IMR) 
    *(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0400+0x00) = 0x01;

    //片上外设基地址+APB2总线基地址+EXTI基地址+上升沿触发选择寄存器(EXTI_RTSR) 
    *(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0400+0x08) = 0x01;


    uint32_t pri=NVIC_EncodePriority(5,0,2);
    NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn,pri);
    NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
	
	/* 等待中断，由于使用中断方式，CPU不用轮询按键 */
	while(1)                            
	{
        
	}
}

void KEY1_IRQHandler(void)
{
    //uint32_t a = *(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0C00+0x0C) ~= 1;
    
    *(unsigned int*)(0x40000000+0x10000+0x0C00+0x0C) ^= 1;
    EXTI_ClearITPendingBit(KEY1_INT_EXTI_LINE);
}
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