第7章 使用寄存器点亮LED灯—零死角玩转STM32-F429系列

时间:2021-12-28 13:35:01

第7章     使用寄存器点亮LED灯

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本章参考资料:《STM32F4xx 中文参考手册》、《STM32F429规格书》。

学习本章时,配合《STM32F4xx 中文参考手册》"通用I/O(GPIO)"章节一起阅读,效果会更佳,特别是涉及到寄存器说明的部分。关于建立工程时使用KEIL5的基本操作,请参考前面的章节。

7.1 GPIO简介

GPIO是通用输入输出端口的简称,简单来说就是STM32可控制的引脚,STM32芯片的GPIO引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。STM32芯片的GPIO被分成很多组,每组有16个引脚,如型号为STM32F4IGT6型号的芯片有GPIOA、GPIOB、GPIOC至GPIOI共9组GPIO,芯片一共176个引脚,其中GPIO就占了一大部分,所有的GPIO引脚都有基本的输入输出功能。

最基本的输出功能是由STM32控制引脚输出高、低电平,实现开关控制,如把GPIO引脚接入到LED灯,那就可以控制LED灯的亮灭,引脚接入到继电器或三极管,那就可以通过继电器或三极管控制外部大功率电路的通断。

最基本的输入功能是检测外部输入电平,如把GPIO引脚连接到按键,通过电平高低区分按键是否被按下。

7.2 GPIO框图剖析

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图 71 GPIO结构框图

通过GPIO硬件结构框图,就可以从整体上深入了解GPIO外设及它的各种应用模式。该图从最右端看起,最右端就是代表STM32芯片引出的GPIO引脚,其余部件都位于芯片内部。

7.2.1 基本结构分析

下面我们按图中的编号对GPIO端口的结构部件进行说明。

1.    保护二极管及上、下拉电阻

引脚的两保护个二级管可以防止引脚外部过高或过低的电压输入,当引脚电压高于VDD_FT时,上方的二极管导通,当引脚电压低于VSS时,下方的二极管导通,防止不正常电压引入芯片导致芯片烧毁。尽管有这样的保护,并不意味着STM32的引脚能直接外接大功率驱动器件,如直接驱动电机,强制驱动要么电机不转,要么导致芯片烧坏,必须要加大功率及隔离电路驱动。具体电压、电流范围可查阅《STM32F4xx规格书》。

上拉、下拉电阻,从它的结构我们可以看出,通过上、下拉对应的开关配置,我们可以控制引脚默认状态的电压,开启上拉的时候引脚电压为高电平,开启下拉的时候引脚电压为低电平,这样可以消除引脚不定状态的影响。如引脚外部没有外接器件,或者外部的器件不干扰该引脚电压时,STM32的引脚都会有这个默认状态。

也可以设置"既不上拉也不下拉模式",我们也把这种状态称为浮空模式,配置成这个模式时,直接用电压表测量其引脚电压为1点几伏,这是个不确定值。所以一般来说我们都会选择给引脚设置"上拉模式"或"下拉模式"使它有默认状态。

STM32的内部上拉是"弱上拉",即通过此上拉输出的电流是很弱的,如要求大电流还是需要外部上拉。

通过"上拉/下拉寄存器GPIOx_PUPDR"控制引脚的上、下拉以及浮空模式。

2.    P-MOS管和N-MOS管

GPIO引脚线路经过上、下拉电阻结构后,向上流向"输入模式"结构,向下流向"输出模式"结构。先看输出模式部分,线路经过一个由P-MOS和N-MOS管组成的单元电路。这个结构使GPIO具有了"推挽输出"和"开漏输出"两种模式。

所谓的推挽输出模式,是根据这两个MOS管的工作方式来命名的。在该结构中输入高电平时,上方的P-MOS导通,下方的N-MOS关闭,对外输出高电平;而在该结构中输入低电平时,N-MOS管导通,P-MOS关闭,对外输出低电平。当引脚高低电平切换时,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比普通的方式有很大的提高。推挽输出的低电平为0伏,高电平为3.3伏,参考图 72左侧,它是推挽输出模式时的等效电路。

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图 72 等效电路

而在开漏输出模式时,上方的P-MOS管完全不工作。如果我们控制输出为0,低电平,则P-MOS管关闭,N-MOS管导通,使输出接地,若控制输出为1 (它无法直接输出高电平)时,则P-MOS管和N-MOS管都关闭,所以引脚既不输出高电平,也不输出低电平,为高阻态。为正常使用时必须接上拉电阻(可用STM32的内部上拉,但建议在STM32外部再接一个上拉电阻),参考图 72中的右侧等效电路。它具"线与"特性,也就是说,若有很多个开漏模式引脚连接到一起时,只有当所有引脚都输出高阻态,才由上拉电阻提供高电平,此高电平的电压为外部上拉电阻所接的电源的电压。若其中一个引脚为低电平,那线路就相当于短路接地,使得整条线路都为低电平,0伏。

推挽输出模式一般应用在输出电平为0和3.3伏而且需要高速切换开关状态的场合。在STM32的应用中,除了必须用开漏模式的场合,我们都习惯使用推挽输出模式。

开漏输出一般应用在I2C、SMBUS通讯等需要"线与"功能的总线电路中。除此之外,还用在电平不匹配的场合,如需要输出5伏的高电平,就可以在外部接一个上拉电阻,上拉电源为5伏,并且把GPIO设置为开漏模式,当输出高阻态时,由上拉电阻和电源向外输出5伏的电平。

通过"输出类型寄存器GPIOx_OTYPER"可以控制GPIO端口是推挽模式还是开漏模式。

3.    输出数据寄存器

前面提到的双MOS管结构电路的输入信号,是由GPIO"输出数据寄存器GPIOx_ODR"提供的,因此我们通过修改输出数据寄存器的值就可以修改GPIO引脚的输出电平。而"置位/复位寄存器GPIOx_BSRR"可以通过修改输出数据寄存器的值从而影响电路的输出。

4.    复用功能输出

"复用功能输出"中的"复用"是指STM32的其它片上外设对GPIO引脚进行控制,此时GPIO引脚用作该外设功能的一部分,算是第二用途。从其它外设引出来的"复用功能输出信号"与GPIO本身的数据据寄存器都连接到双MOS管结构的输入中,通过图中的梯形结构作为开关切换选择。

例如我们使用USART串口通讯时,需要用到某个GPIO引脚作为通讯发送引脚,这个时候就可以把该GPIO引脚配置成USART串口复用功能,由串口外设控制该引脚,发送数据。

5.    输入数据寄存器

看GPIO结构框图的上半部分,它是GPIO引脚经过上、下拉电阻后引入的,它连接到施密特触发器,信号经过触发器后,模拟信号转化为0、1的数字信号,然后存储在"输入数据寄存器GPIOx_IDR"中,通过读取该寄存器就可以了解GPIO引脚的电平状态。

6.    复用功能输入

与"复用功能输出"模式类似,在"复用功能输出模式"时,GPIO引脚的信号传输到STM32其它片上外设,由该外设读取引脚状态。

同样,如我们使用USART串口通讯时,需要用到某个GPIO引脚作为通讯接收引脚,这个时候就可以把该GPIO引脚配置成USART串口复用功能,使USART可以通过该通讯引脚的接收远端数据。

7.    模拟输入输出

当GPIO引脚用于ADC采集电压的输入通道时,用作"模拟输入"功能,此时信号是不经过施密特触发器的,因为经过施密特触发器后信号只有0、1两种状态,所以ADC外设要采集到原始的模拟信号,信号源输入必须在施密特触发器之前。类似地,当GPIO引脚用于DAC作为模拟电压输出通道时,此时作为"模拟输出"功能,DAC的模拟信号输出就不经过双MOS管结构了,在GPIO结构框图的右下角处,模拟信号直接输出到引脚。同时,当GPIO用于模拟功能时(包括输入输出),引脚的上、下拉电阻是不起作用的,这个时候即使在寄存器配置了上拉或下拉模式,也不会影响到模拟信号的输入输出。

7.2.2 GPIO工作模式

总结一下,由GPIO的结构决定了GPIO可以配置成以下模式:

1.    输入模式(上拉/下拉/浮空)

在输入模式时,施密特触发器打开,输出被禁止。数据寄存器每隔1个AHB1时钟周期更新一次,可通过输入数据寄存器GPIOx_IDR读取I/O状态。其中AHB1的时钟如按默认配置一般为180MHz。

用于输入模式时,可设置为上拉、下拉或浮空模式。

2.    输出模式(推挽/开漏,上拉/下拉)

在输出模式中,输出使能,推挽模式时双MOS管以方式工作,输出数据寄存器GPIOx_ODR可控制I/O输出高低电平。开漏模式时,只有N-MOS管工作,输出数据寄存器可控制I/O输出高阻态或低电平。输出速度可配置,有2MHz\25MHz\50MHz\100MHz的选项。此处的输出速度即I/O支持的高低电平状态最高切换频率,支持的频率越高,功耗越大,如果功耗要求不严格,把速度设置成最大即可。

此时施密特触发器是打开的,即输入可用,通过输入数据寄存器GPIOx_IDR可读取I/O的实际状态。

用于输出模式时,可使用上拉、下拉模式或浮空模式。但此时由于输出模式时引脚电平会受到ODR寄存器影响,而ODR寄存器对应引脚的位为0,即引脚初始化后默认输出低电平,所以在这种情况下,上拉只起到小幅提高输出电流能力,但不会影响引脚的默认状态。

3.    复用功能(推挽/开漏,上拉/下拉)

复用功能模式中,输出使能,输出速度可配置,可工作在开漏及推挽模式,但是输出信号源于其它外设,输出数据寄存器GPIOx_ODR无效;输入可用,通过输入数据寄存器可获取I/O实际状态,但一般直接用外设的寄存器来获取该数据信号。

用于复用功能时,可使用上拉、下拉模式或浮空模式。同输出模式,在这种情况下,初始化后引脚默认输出低电平,上拉只起到小幅提高输出电流能力,但不会影响引脚的默认状态。

4.    模拟输入输出

模拟输入输出模式中,双MOS管结构被关闭,施密特触发器停用,上/下拉也被禁止。其它外设通过模拟通道进行输入输出。

通过对GPIO寄存器写入不同的参数,就可以改变GPIO的应用模式,再强调一下,要了解具体寄存器时一定要查阅《STM32F4xx参考手册》中对应外设的寄存器说明。在GPIO外设中,通过设置"模式寄存器GPIOx_MODER"可配置GPIO的输入/输出/复用/模拟模式,"输出类型寄存器GPIOx_OTYPER"配置推挽/开漏模式,配置"输出速度寄存器GPIOx_OSPEEDR"可选2/25/50/100MHz输出速度,"上/下拉寄存器GPIOx_PUPDR"可配置上拉/下拉/浮空模式,各寄存器的具体参数值见表 71。

表 71 GPIO寄存器的参数配置

模式寄存器的MODER位[0:1]

输出类型寄存器的OTYPER位

输出速度寄存器的OSPEEDR

上/下拉寄存器的PUPDR位[0:1]

01 -输出模式

0 -推挽模式
1 -开漏模式

00 -速度2MHz
01 -速度25MHz
10 -速度50MHz
11 -速度100MHz

00 -无上拉无下拉
01 -上拉
10 -下拉
11 -保留

10 -复用模式

00 -输入模式

不可用

不可用

11 -模拟功能

不可用

不可用

00 -无上拉无下拉
01 -保留
10 -保留
11 -保留

7.3 实验:使用寄存器点亮LED灯

本小节中,我们以实例讲解如何通过控制寄存器来点亮LED灯。此处侧重于讲解原理,请您直接用KEIL5软件打开我们提供的实验例程配合阅读,先了解原理,学习完本小节后,再尝试自己建立一个同样的工程。本节配套例程名称为"GPIO输出—寄存器点亮LED灯",在工程目录下找到后缀为".uvprojx"的文件,用KEIL5打开即可。

自己尝试新建工程时,请对照查阅《用KEIL5新建工程模版寄存器版本》章节。

若没有安装KEIL5软件,请参考《如何安装KEIL5》章节。

打开该工程,见图 73,可看到一共有三个文件,分别startup_stm32f429_439xx.s 、stm32f4xx.h 以及main.c,下面我们对这三个工程进行讲解。

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图 73 工程文件结构

7.3.1 硬件连接

在本教程中STM32芯片与LED灯的连接见图 74。

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图 74 LED灯电路连接图

图中从3个LED灯的阳极引出连接到3.3V电源,阴极各经过1个电阻引入至STM32的3个GPIO引脚PH10、PH11、PH12中,所以我们只要控制这三个引脚输出高低电平,即可控制其所连接LED灯的亮灭。如果您的实验板STM32连接到LED灯的引脚或极性不一样,只需要修改程序到对应的GPIO引脚即可,工作原理都是一样的。

我们的目标是把GPIO的引脚设置成推挽输出模式并且默认下拉,输出低电平,这样就能让LED灯亮起来了。

7.3.2 启动文件

名为"startup_stm32f429_439xx.s"的文件,它里边使用汇编语言写好了基本程序,当STM32芯片上电启动的时候,首先会执行这里的汇编程序,从而建立起C语言的运行环境,所以我们把这个文件称为启动文件。该文件使用的汇编指令是Cortex-M4内核支持的指令,可从《Cortex-M4 Technical Reference Manual》查到,也可参考《Cortex-M3权威指南中文》,M3跟M4大部分汇编指令相同。

startup_stm32f429_439xx.s文件是由官方提供的,一般有需要也是在官方的基础上修改,不会自己完全重写。该文件可以从 KEIL5 安装目录找到,也可以从 ST 库里面找到,找到该文件后把启动文件添加到工程里面即可。不同型号的芯片以及不同编译环境下使用的汇编文件是不一样的,但功能相同。

对于启动文件这部分我们主要总结它的功能,不详解讲解里面的代码,其功能如下:

    初始化堆栈指针SP;

    初始化程序计数器指针PC;

    设置堆、栈的大小;

    设置中断向量表的入口地址;

    配置外部SRAM作为数据存储器(这个由用户配置,一般的开发板可没有外部SRAM);

    调用SystemIni() 函数配置STM32的系统时钟。

    设置C库的分支入口"__main"(最终用来调用main函数);

先去除繁枝细节,挑重点的讲,主要理解最后两点,在启动文件中有一段复位后立即执行的程序,代码见代码清单 71。在实际工程中阅读时,可使用编辑器的搜索(Ctrl+F)功能查找这段代码在文件中的位置。

代码清单 71复位后执行的程序

1 ;Reset handler

2 Reset_Handler PROC

3 EXPORT Reset_Handler [WEAK]

4     IMPORT SystemInit

5     IMPORT __main

6

7         LDR R0, =SystemInit

8         BLX R0

9         LDR R0, =__main

10         BX R0

11         ENDP

开头的是程序注释,在汇编里面注释用的是";",相当于 C 语言的"//"注释符

第二行是定义了一个子程序:Reset_Handler。PROC 是子程序定义伪指令。这里就相当于C语言里定义了一个函数,函数名为Reset_Handler。

第三行 EXPORT 表示 Reset_Handler 这个子程序可供其他模块调用。相当于C语言的函数声明。关键字[WEAK] 表示弱定义,如果编译器发现在别处定义了同名的函数,则在链接时用别处的地址进行链接,如果其它地方没有定义,编译器也不报错,以此处地址进行链接,如果不理解WEAK,那就忽略它好了。

第四行和第五行 IMPORT 说明 SystemInit 和__main 这两个标号在其他文件,在链接的时候需要到其他文件去寻找。相当于C语言中,从其它文件引入函数声明。以便下面对外部函数进行调用。

SystemInit 需要由我们自己实现,即我们要编写一个具有该名称的函数,用来初始化 STM32 芯片的时钟,一般包括初始化AHB、APB等各总线的时钟,需要经过一系列的配置STM32才能达到稳定运行的状态。

__main 其实不是我们定义的(不要与C语言中的main函数混淆),当编译器编译时,只要遇到这个标号就会定义这个函数,该函数的主要功能是:负责初始化栈、堆,配置系统环境,准备好C语言并在最后跳转到用户自定义的 main 函数,从此来到 C 的世界。

第六行把 SystemInit 的地址加载到寄存器 R0。

第七行程序跳转到 R0 中的地址执行程序,即执行SystemInit函数的内容。

第八行把__main 的地址加载到寄存器 R0。

第九行程序跳转到 R0 中的地址执行程序,即执行__main函数,执行完毕之后就去到我们熟知的 C 世界,进入main函数。

第十行表示子程序的结束。

总之,看完这段代码后,了解到如下内容即可:我们需要在外部定义一个SystemInit函数设置STM32的时钟;STM32上电后,会执行SystemInit函数,最后执行我们C语言中的main函数。

7.3.3 stm32f4xx.h文件

看完启动文件,那我们立即写SystemInit和main函数吧?别着急,定义好了SystemInit函数和main我们又能写什么内容?连接LED灯的GPIO引脚,是要通过读写寄存器来控制的,就这样空着手,如何控制寄存器呢。在上一章,我们知道寄存器就是特殊的内存空间,可以通过指针操作访问寄存器。所以此处我们根据STM32的存储分配先定义好各个寄存器的地址,把这些地址定义都统一写在stm32f4xx.h文件中,见代码清单 72。

代码清单 72 外设地址定义

1 /*片上外设基地址 */

2 #define PERIPH_BASE ((unsigned int)0x40000000)

3 /*总线基地址 */

4 #define AHB1PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x00020000)

5 /*GPIO外设基地址*/

6 #define GPIOH_BASE (AHB1PERIPH_BASE + 0x1C00)

7

8 /* GPIOH寄存器地址,强制转换成指针 */

9 #define GPIOH_MODER *(unsigned int*)(GPIOH_BASE+0x00)

10 #define GPIOH_OTYPER *(unsigned int*)(GPIOH_BASE+0x04)

11 #define GPIOH_OSPEEDR *(unsigned int*)(GPIOH_BASE+0x08)

12 #define GPIOH_PUPDR *(unsigned int*)(GPIOH_BASE+0x0C)

13 #define GPIOH_IDR *(unsigned int*)(GPIOH_BASE+0x10)

14 #define GPIOH_ODR *(unsigned int*)(GPIOH_BASE+0x14)

15 #define GPIOH_BSRR *(unsigned int*)(GPIOH_BASE+0x18)

16 #define GPIOH_LCKR *(unsigned int*)(GPIOH_BASE+0x1C)

17 #define GPIOH_AFRL *(unsigned int*)(GPIOH_BASE+0x20)

18 #define GPIOH_AFRH *(unsigned int*)(GPIOH_BASE+0x24)

19

20 /*RCC外设基地址*/

21 #define RCC_BASE (AHB1PERIPH_BASE + 0x3800)

22 /*RCC的AHB1时钟使能寄存器地址,强制转换成指针*/

23 #define RCC_AHB1ENR *(unsigned int*)(RCC_BASE+0x30)

GPIO外设的地址跟上一章讲解的相同,不过此处把寄存器的地址值都直接强制转换成了指针,方便使用。代码的最后两段是RCC外设寄存器的地址定义,RCC外设是用来设置时钟的,以后我们会详细分析,本实验中只要了解到使用GPIO外设必须开启它的时钟即可。

7.3.4 main文件

现在就可以开始编写程序了,在main文件中先编写一个 main 函数,里面什么都没有,暂时为空。

1 int main (void)

2 {

3 }

此时直接编译的话,会出现如下错误:

"Error: L6218E: Undefined symbol SystemInit (referred from startup_stm32f429_439xx.o)"

错误提示SystemInit 没有定义。从分析启动文件时我们知道,Reset_Handler 调用了该函数用来初始化SMT32系统时钟,为了简单起见,我们在 main 文件里面定义一个 SystemInit 空函数,什么也不做,为的是骗过编译器,把这个错误去掉。关于配置系统时钟我们在后面再写。当我们不配置系统时钟时,STM32芯片会自动按系统内部的默认时钟运行,程序还是能跑的。我们在main中添加如下函数:

1 // 函数为空,目的是为了骗过编译器不报错

2 void SystemInit(void)

3 {

4 }

这时再编译就没有错了,完美解决。还有一个方法就是在启动文件中把有关SystemInit 的代码注释掉也可以,见代码清单 73。

代码清单 73 注释掉启动文件中调用SystemInit的代码

1 ; Reset handler

2 Reset_Handler PROC

3 EXPORT Reset_Handler [WEAK]

4
;IMPORT SystemInit

5
IMPORT __main

6

7
;LDR R0, =SystemInit

8
;BLX R0

9 LDR R0, =__main

10
BX R0

11
ENDP

接下来在main函数中添加代码,对寄存器进行控制,寄存器的控制参数可参考表 71(点击可跳转)或《STM32F4xx参考手册》。

1.    GPIO模式

首先我们把连接到LED灯的PH10引脚配置成输出模式,即配置GPIO的MODER寄存器,见图 75。MODER中包含0-15号引脚,每个引脚占用2个寄存器位。这两个寄存器位设置成"01"时即为GPIO的输出模式,见代码清单 74。

代码清单 74 配置输出模式

1 /*GPIOH MODER10清空*/

2 GPIOH_MODER &= ~( 0x03<< (2*10));

3 /*PH10 MODER10 = 01b 输出模式*/

4 GPIOH_MODER |= (1<<2*10);

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图 75 MODER寄存器说明(摘自《STM32F4xx参考手册》)

在代码中,我们先把GPIOH MODER寄存器的MODER10对应位清0,然后再向它赋值"01",从而使GPIOH10引脚设置成输出模式。

代码中使用了"&=~"、"|="这种复杂位操作方法是为了避免影响到寄存器中的其它位,因为寄存器不能按位读写,假如我们直接给MODER寄存器赋值:

1 GPIOH_MODER = 0x00100000;

这时MODER10的两个位被设置成"01"输出模式,但其它GPIO引脚就有意见了,因为其它引脚的MODER位都已被设置成输入模式。

如果对此处"&=""|="这样的位操作方法还不理解,请阅读前面的《规范的位操作方法》小节。熟悉这种方法之后,会发现这样按位操作其实比直接赋值还要直观。

2.    输出类型

GPIO输出有推挽和开漏两种类型,我们了解到开漏类型不能直接输出高电平,要输出高电平还要在芯片外部接上拉电阻,不符合我们的硬件设计,所以我们直接使用推挽模式。配置OTYPER寄存中的OTYPER10寄存器位,该位设置为0时PH10引脚即为推挽模式,见代码清单 75。

代码清单 75 设置为推挽模式

1 /*GPIOH OTYPER10清空*/

2 GPIOH_OTYPER &= ~(1<<1*10);

3 /*PH10 OTYPER10 = 0b 推挽模式*/

4 GPIOH_OTYPER |= (0<<1*10);

3.    输出速度

GPIO引脚的输出速度是引脚支持高低电平切换的最高频率,本实验可以随便设置。此处我们配置OSPEEDR寄存器中的寄存器位OSPEEDR10即可控制PH10的输出速度,见代码清单 76。

代码清单 76 设置输出速度为2MHz

1 /*GPIOH OSPEEDR10清空*/

2 GPIOH_OSPEEDR &= ~(0x03<<2*10);

3 /*PH10 OSPEEDR10 = 0b 速率2MHz*/

4 GPIOH_OSPEEDR |= (0<<2*10);

4.    上/下拉模式

当GPIO引脚用于输入时,引脚的上/下拉模式可以控制引脚的默认状态。但现在我们的GPIO引脚用于输出,引脚受ODR寄存器影响,ODR寄存器对应引脚位初始初始化后默认值为0,引脚输出低电平,所以这时我们配置上/下拉模式都不会影响引脚电平状态。但因此处上拉能小幅提高电流输出能力,我们配置它为上拉模式,即配置PUPDR寄存器的PUPDR10位,设置为二进制值"01",见代码清单 77。

代码清单 77 设置为下拉模式

1 /*GPIOH PUPDR10清空*/

2 GPIOH_PUPDR &= ~(0x03<<2*10);

3 /*PH10 PUPDR10 = 01b 下拉模式*/

4 GPIOH_PUPDR |= (1<<2*10);

5.    控制引脚输出电平

在输出模式时,对BSRR寄存器和ODR寄存器写入参数即可控制引脚的电平状态。简单起见,此处我们使用BSRR寄存器控制,对相应的BR10位设置为1时PH10即为低电平,点亮LED灯,对它的BS10位设置为1时PH10即为高电平,关闭LED灯,见代码清单 78。

代码清单 78 控制引脚输出电平

,使引脚输出低电平*/

2 GPIOH_BSRR |= (1<<16<<10);

3

,使引脚输出高电平*/

5 GPIOH_BSRR |= (1<<10);

6.    开启外设时钟

设置完GPIO的引脚,控制电平输出,以为现在总算可以点亮 LED 了吧,其实还差最后一步。

STM32芯片架构》的外设章节中提到STM32 外设很多,为了降低功耗,每个外设都对应着一个时钟,在芯片刚上电的时候这些时钟都是被关闭的,如果想要外设工作,必须把相应的时钟打开。

STM32 的所有外设的时钟由一个专门的外设来管理,叫 RCC(reset and clockcontrol),RCC 在《 STM32 中文参考手册》的第六章。

所有的 GPIO都挂载到 AHB1 总线上,所以它们的时钟由AHB1外设时钟使能寄存器(RCC_AHB1ENR)来控制,其中 GPIOH 端口的时钟由该寄存器的位 7 写 1 使能,开启GPIOH端口时钟。以后我们还会详细解释STM32的时钟系统,此处我们了解到在访问GPIO的寄存器之前,要先使能它的时钟即可,使用代码清单 79中的代码可以开启GPIOH时钟。

代码清单 79 开启端口时钟

1 /*开启 GPIOH 时钟,使用外设时都要先开启它的时钟*/

2 RCC_AHB1ENR |= (1<<7);

7.    水到渠成

开启时钟,配置引脚模式,控制电平,经过这三步,我们总算可以控制一个 LED了。现在我们完整组织下用 STM32 控制一个 LED 的代码,见代码清单 710。

代码清单 710 main文件中控制LED灯的代码

1

2 /*

3 使用寄存器的方法点亮LED灯

4 */

5 #include
"stm32f4xx.h"

6

7

8 /**

9 * 主函数

10 */

11 int main(void)

12 {

13
/*开启 GPIOH 时钟,使用外设时都要先开启它的时钟*/

14 RCC_AHB1ENR |= (1<<7);

15

16
/* LED 端口初始化 */

17

18
/*GPIOH MODER10清空*/

19 GPIOH_MODER &= ~( 0x03<< (2*10));

20
/*PH10 MODER10 = 01b 输出模式*/

21 GPIOH_MODER |= (1<<2*10);

22

23
/*GPIOH OTYPER10清空*/

24 GPIOH_OTYPER &= ~(1<<1*10);

25
/*PH10 OTYPER10 = 0b 推挽模式*/

26 GPIOH_OTYPER |= (0<<1*10);

27

28
/*GPIOH OSPEEDR10清空*/

29 GPIOH_OSPEEDR &= ~(0x03<<2*10);

30
/*PH10 OSPEEDR10 = 0b 速率2MHz*/

31 GPIOH_OSPEEDR |= (0<<2*10);

32

33
/*GPIOH PUPDR10清空*/

34 GPIOH_PUPDR &= ~(0x03<<2*10);

35
/*PH10 PUPDR10 = 01b 上拉模式*/

36 GPIOH_PUPDR |= (1<<2*10);

37

38
,使引脚输出低电平*/

39 GPIOH_BSRR |= (1<<16<<10);

40

41
,使引脚输出高电平*/

42
//GPIOH_BSRR |= (1<<10);

43

44
while (1);

45

46 }

47

48 // 函数为空,目的是为了骗过编译器不报错

49 void SystemInit(void)

50 {

51 }

在本章节中,要求完全理解stm32f4xx.h文件及main文件的内容(RCC相关的除外)。

7.3.1 下载验证

把编译好的程序下载到开发板并复位,可看到板子上的LED灯被点亮。

7.4 每课一问

1.    在《STM32F4xx参考手册》中阅读GPIO章节中的各个寄存器说明。

2.    对照本章节的工程文件,自己建立一个同样的工程,可参考《用KEIL5新建工程模版 寄存器版本》、《如何安装KEIL5》。

3.    修改本章节的工程文件,通过控制ODR寄存器点亮实验板上的灯。

4.    修改本章节的工程文件,点亮实验板上的其它LED灯。

5.    修改本章节的工程文件,控制LED灯闪烁,即循环亮、灭。(提示:在亮、灭控制之间加延时,才能让肉眼看清闪烁)。