代码收藏家技术教程 2024-03-08

STM32学习日志：GPIO外设寄存器与库函数点亮LED对比及学习感悟

本周学习STM32单片机，由于之前学过51单片机，为了便于切入，先学习了寄存器点亮LED灯的方法，整体思路与51单片机相似。在基本掌握后，尝试自己构建库函数雏形，过程比较困难，后面开始借鉴野火官方库函数。

这里其实建议大家在学会构建库函数后，没必要每个库函数都自己构建，太消耗时间。当然，若果时间充裕的话，自己构建库函数可以使之后的工程的开发、学习都更加方便，毕竟自己写的更加熟悉。

一、GPIO简述、功能及输出过程

GPIO 即 general purpose intput output ，是通用输入输出端的简称,简单来说就是软件可控制的引脚, STM32芯片的GPIO弓|脚与外部设备连接起来，从而实现与外部通讯、控制以及数据采集的功能。例如输出高低电平控制LED灯的亮灭状态。GPIO是包含在100引脚之内的，包含诸如PE2、PE3……等引脚。

专用器件接到专用的总线，比如I2C, SPI, SDIO, FSMC, DCMI这些总线的器件需要接到专用的I0，普通的元器件接到GPIO,比如蜂鸣器，LED,按键等元器件用普通的GPIO，如果还有剩下的I0,可根据项目需要引出或者不引出。

由于时间限制，本篇文章只讲述DPIO输出，接下来将以下面的功能框架图作为例图进行讲解。

如果电压高于VDD，电流会由I/O引脚流向VDD，如果高出太多，可能会导致芯片烧毁。因此I/O口不能直接接电机，需要通过一个驱动电路进行隔离。从图中我们可以看到推挽输出、开漏输出、关闭三个输出模式。

首先是推挽输出。当输出数据寄存器输出1时，经过1-2管时会反转为0，此时Ug=0<Us,vdd与OUT导通且，两端电压相等，为3.3v，即p管导通，n管截止，out输出3.3v。反之亦然，若输出数据寄存器输出0时，out输出0。

什么叫推挽输出?

1、可以输出高低电平，用于连接数字器件，高电平由VDD（3.3v）决定，低电平由VSS决定。

2、推挽结构指两个三极管受两路互补的信号控制,总是在一个导通的时候另外一个截止，优点开关效率效率高(电流大，驱动能力强。

3、输出高电平时,电流输出到负载,叫灌电流,可以理解成推，输出低电平时,负载电流流向芯片，叫拉电流，即挽。

什么叫开漏输出?

1、只能输出低电平,不能输出高电平。

2、如果要输出高电平,则需要外接上拉。

3、开漏输出具有“线与”功能,一个为低，全部为低，多用于I2C和SMBUS总线。

二、寄存器点亮LED灯

总线共有三个，APB1、APB2、AHB。

BSRR指bit set reset 寄存器，是32位寄存器，输入1为有效，0为无效，低16位为set，设置，高电平，高16位为reset，复位，低电平，即0。

各寄存器之间存在一个地址的偏移，偏移是以4为一个单位，首先找到总线的基地址，然后通过偏移找到外设基地址，再通过偏移找到需要的寄存器基地址，最初外设基地址是总线1，即APB1的基地址。

下面的图是基址的偏移的实例。

我们这里首先开启GPIOB 端口时钟，清空控制PB0的端口位之后，再配置PB0为通用推挽输出，使PB0输出为低电平。编程如下：

#include "stm32f10x.h"

int main(void)
{
   // 开启GPIOB 端口时钟
   RCC_APB2ENR |= (1<<3);

   //清空控制PB0的端口位
   GPIOB_CRL &= ~( 0x0F<< (4*0));
   // 配置PB0为通用推挽输出，速度为10M
   GPIOB_CRL |= (1<<4*0);

   // PB0 输出低电平
   GPIOB_ODR &= ~(1<<0);

   //GPIOB_ODR |= (1<<0);
   while(1);
}

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

效果图：

三、固件库点亮LED灯

1.下面是自定义头文件的源文件.c

#include "bsp_led.h"

void LED_GPIO_Config(void)
{
       /*定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体*/
       GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

       /*开启LED相关的GPIO外设时钟*/
       RCC_APB2PeriphClockCmd( LED1_GPIO_CLK | LED2_GPIO_CLK | LED3_GPIO_CLK, ENABLE);
       /*选择要控制的GPIO引脚*/
       GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED1_GPIO_PIN;

/*设置引脚模式为通用推挽输出*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

/*设置引脚速率为50MHz */
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

       /*调用库函数，初始化GPIO*/
       GPIO_Init(LED1_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

       /*选择要控制的GPIO引脚*/
       GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED2_GPIO_PIN;

       /*调用库函数，初始化GPIO*/
       GPIO_Init(LED2_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

       /*选择要控制的GPIO引脚*/
       GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED3_GPIO_PIN;

/*调用库函数，初始化GPIOF*/
GPIO_Init(LED3_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

       /* 关闭所有led灯   */
       GPIO_SetBits(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN);

       /* 关闭所有led灯   */
       GPIO_SetBits(LED2_GPIO_PORT, LED2_GPIO_PIN);

/* 关闭所有led灯   */
       GPIO_SetBits(LED3_GPIO_PORT, LED3_GPIO_PIN);
}

2.下面是主函数源文件.c

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

#define SOFT_DELAY Delay(0x0FFFFF);

void Delay(__IO u32 nCount);

int main(void)
{
   /* LED 端口初始化 */
   LED_GPIO_Config();

   while (1)
   {
       LED1_ON;           // 亮
       SOFT_DELAY;
       LED1_OFF;       // 灭

       LED2_ON;           // 亮
       SOFT_DELAY;
       LED2_OFF;       // 灭

       LED3_ON;           // 亮
       SOFT_DELAY;
       LED3_OFF;       // 灭

       /*轮流显示红绿蓝黄紫青白颜色*/
       LED_RED;
       SOFT_DELAY;

       LED_GREEN;
       SOFT_DELAY;

       LED_BLUE;
       SOFT_DELAY;

       LED_YELLOW;
       SOFT_DELAY;

       LED_PURPLE;
       SOFT_DELAY;

       LED_CYAN;
       SOFT_DELAY;

       LED_WHITE;
       SOFT_DELAY;

       LED_RGBOFF;
       SOFT_DELAY;
   }
}

void Delay(__IO uint32_t nCount) //简单的延时函数
{
for(; nCount != 0; nCount–);
}
/*********************************************END OF FILE**********************/

下面是效果图：