STM32 学习2 库函数控制GPIO输出

编程圈子2024-02-19 16:19

STM32 学习2 库函数控制GPIO输出

一、GPIO寄存器介绍

1. GPIO简介

GPIO是STM32微控制器上的一组引脚，可配置为输入或输出模式，用于与外部设备进行数字信号交换。每个GPIO引脚都有一个唯一的编号，通常称为引脚名称或引脚号码。

STM32系列微控制器通常具有多个GPIO引脚，数量取决于具体型号。

GPIO模块是STM32微控制器中非常重要的功能之一，它允许微控制器与外部设备进行数字信号交换。通过正确配置和使用GPIO，可以实现各种应用，包括传感器接口、控制输出设备等。

2. GPIO功能

（1）模式分类

GPIO端口的每个位可以由软件分别配置成多种模式：

  • 输入浮空
  • 输入上拉
  • 输入下拉
  • 开漏输出
  • 推挽式输出
  • 推挽式复用功能
  • 开漏复用功能

（2）模式设置方法

通过设置： GPIOx_CRL/CRH，具体有：

MODE[1:0]：模式控制，用于配置端口引脚的模式：
  • 00：输入模式
  • 01：输出模式
  • 10：复用功能模式
  • 11：模拟输入模式
CNF[1:0]：配置引脚输出速度：
  • 00：低速
  • 01：中速
  • 10：高速
  • 11：最高速
PUPD[1:0]：上拉/下拉配置：
  • 00：无上拉/下拉
  • 01：上拉
  • 10：下拉
  • 11：保留

这些值一般在使用寄存器编程需要用到，使用库函数时直接使用系统定义的宏来设置，一般定义如下：

  • GPIO_Mode_IN：输入模式，用于将GPIO引脚配置为输入模式。
  • GPIO_Mode_OUT：输出模式，用于将GPIO引脚配置为输出模式。
  • GPIO_Mode_AF：复用模式，用于将GPIO引脚配置为复用模式，通常用于连接外设。
  • GPIO_Mode_AN：模拟模式，用于将GPIO引脚配置为模拟模式，用于ADC输入等。

（3）输入模式：

GPIO引脚可以用于读取外部设备的数字信号。在输入模式下，引脚可以被连接到传感器、开关、按钮等外部设备，并且微控制器可以读取这些设备的状态（高电平或低电平）。

下图是I/O端口位的输入设置：

（4）输出模式：

GPIO引脚可以用于向外部设备发送数字信号。在输出模式下，微控制器可以控制引脚的状态，输出高电平或低电平信号，从而驱动LED、继电器、马达等外部设备。

输出IO端口位配置：

3. GPIO的寄存器

在STM32系列微控制器中，GPIO的配置和控制通过一系列特定的寄存器完成。这些寄存器提供了对GPIO引脚的各种配置选项和控制功能。

每个GPIO端口有：

（1）两个32位配置寄存器

控制端口引脚的模式、输出速度和上拉/下拉配置。

  • GPIOx_CRL
  • GPIOx_CRH，

（2）两个32位数据寄存器

  • GPIOx_IDR：输入数据寄存器，读取端口引脚的电平状态。
  • GPIOx_ODR：输出数据寄存器，设置端口引脚的电平状态。

（3）一个32位置位/复位寄存器：GPIOx_BSRR

用于设置或复位端口引脚的电平。

（4）一个16位复位寄存器：GPIOx_BRR

用于复位端口引脚的电平。

（5）一个32位锁定寄存器：GPIOx_LCKR

锁定寄存器，用于锁定GPIO端口的配置。

4. 时钟控制器

在STM32微控制器中，每个GPIO端口都需要单独打开时钟以激活其功能。时钟控制器（Clock Controller）是用来控制微控制器内部各个模块的时钟信号的，包括GPIO模块。通过打开相应GPIO端口的时钟，可以使得该端口的GPIO模块开始正常工作。

二、GPIO配置

1. 配置内容

在STM32中，使用寄存器对GPIO进行配置和控制。常见的GPIO配置包括以下几个步骤：

  1. 选择引脚模式：确定引脚是作为输入还是输出。这通常涉及设置相应的寄存器位。

  2. 配置引脚速率：根据需求选择引脚的输出速率，以适应外部设备的要求。速率通常包括低速、中速、高速等选项。

  3. 配置引脚上下拉：根据需要启用或禁用引脚的上拉或下拉电阻，以确保在未连接外部设备时引脚的稳定状态。

  4. 配置引脚中断（可选）：如果需要，可以配置引脚触发中断，以便在引脚状态发生变化时触发微控制器的中断服务程序。

2. 配置结构体

GPIO配置结构体是一个用于配置GPIO引脚参数的数据结构，面是一个典型的GPIO配置结构体的说明：

c 复制代码 
typedef struct {
    uint32_t GPIO_Pin;      // GPIO引脚编号，可以是单个引脚或者多个引脚的组合，如 GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1
    GPIOMode_TypeDef Mode;  // GPIO引脚的工作模式，包括输入模式、输出模式、复用模式等
    GPIOSpeed_TypeDef Speed; // GPIO引脚的输出速率，通常有低速、中速、高速可选
    GPIOOType_TypeDef OType; // GPIO引脚的输出类型，通常有推挽输出和开漏输出两种类型
    GPIOPuPd_TypeDef PuPd;   // GPIO引脚的上拉/下拉电阻状态，可以选择无上拉/下拉、上拉、下拉
} GPIO_InitTypeDef;

初始化：

c 复制代码 
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

（1）GPIO_Pin：

表示需要配置的GPIO引脚的编号，可以使用GPIO_Pin_X的形式表示单个引脚，也可以使用按位或操作将多个引脚组合在一起，例如 GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 表示同时配置GPIO引脚0和1。

（2）Mode：

表示GPIO引脚的工作模式，包括输入模式（GPIO_Mode_IN）、输出模式（GPIO_Mode_OUT）、复用模式（GPIO_Mode_AF）等。根据具体应用需求选择合适的工作模式。

示例：

c 复制代码 
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_Mode_IN; // 输入模式
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_Mode_OUT; // 输出模式
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_Mode_AF; // 复用模式

如果是输出模式，还需要选择引脚的类型，通常有推挽输出和开漏输出两种类型。

c 复制代码 
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_Mode_OUT; // 输出模式
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 推挽输出
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_Mode_Out_OD; // 开漏输出

（3）Speed：

表示GPIO引脚的输出速率，通常有低速（GPIO_Speed_2MHz）、中速（GPIO_Speed_50MHz）、高速（GPIO_Speed_100MHz）可选。选择合适的输出速率可以满足不同应用的需求。

示例：

c 复制代码 
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_Speed_2MHz; // 2MHz输出速率
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 50MHz输出速率
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_Speed_100MHz; // 100MHz输出速率

（4）OType：

表示GPIO引脚的输出类型，包括推挽输出（GPIO_OType_PP）和开漏输出（GPIO_OType_OD）两种类型。推挽输出适用于驱动电平信号，而开漏输出适用于驱动开关或者双向总线。

（5）PuPd：

表示GPIO引脚的上拉/下拉电阻状态，可以选择无上拉/下拉（GPIO_PuPd_NOPULL）、上拉（GPIO_PuPd_UP）、下拉（GPIO_PuPd_DOWN）。根据实际连接情况选择合适的上拉/下拉电阻状态。

示例：

c 复制代码 
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PuPd_NOPULL; // 无上拉/下拉
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PuPd_UP; // 上拉
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PuPd_DOWN; // 下拉

配置完成后，可以使用GPIO_Init()函数将配置应用到GPIO引脚上：

c 复制代码 
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); // 将配置应用到 GPIOA 端口上

三、GPIO使用步骤

以下是使用STM32的GPIO的一般步骤：

  1. 打开GPIO端口时钟；
  2. 初始化GPIO模块：在程序开始时，需要初始化GPIO模块，配置所需的引脚为输入或输出，并设置其他相关参数；
  3. 读取输入引脚状态：如果引脚配置为输入模式，可以使用相应的函数或指令来读取引脚的状态，判断外部设备的状态；
  4. 设置输出引脚状态：如果引脚配置为输出模式，可以使用相应的函数或指令来设置引脚的状态，向外部设备发送所需的信号；
  5. 处理中断（可选）：如果配置了中断，需要编写相应的中断服务程序来处理引脚状态变化时的事件。

四、代码示例

1. 跑马灯显示

实验使用普中开发板，LED电路如下：

LED1的阴极连接在芯片的26号引脚PC0(GPIO端口C的第0管脚)上，当PC0输出低电平时，发光二极管正向导通，D1被点亮。因此，对PC0进行操作即可控制LED1。

c 复制代码 
#include "stm32f10x_lib.h" //包含所有的STM32F10x库的头文件
#include <stdio.h>

// GPIO配置函数
void GPIO_Configuration(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //定义GPIO初始化结构体

    // 开启GPIOC的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);

    // 设置GPIOC的模式为推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_All; //选择所有的pin
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //设置输出速度为50MHz
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //设置为推挽输出模式
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); //初始化GPIOC
}

// 延时函数
void delay(u32 i)
{
    while (i--) //当i不为0时，持续减1，实现延时
        ;
}

// 打开指定位置的LED
void on(int position)
{
    // GPIOC->BSRR = (1 << (16 + position)); //通过设置BSRR寄存器，关闭指定位置的LED
	GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_0 << position); //
}

// 关闭指定位置的LED
void off(int position)
{
    // GPIOC->BSRR = (1 << (position)); //通过设置BSRR寄存器，打开指定位置的LED
	GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_0 << position);
}

// 主函数
int main(void)
{
    GPIO_Configuration(); //调用GPIO配置函数

    int j;

    //GPIOC->BRR = GPIO_Pin_0; //关闭0号位的LED
		GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_All);
    while (1) //无限循环
    {
        for (j = 0; j < 8; j++) //遍历0到7号位
        {
            on(j); //打开j号位的LED
            delay(0xfffff); //延时
            off(j); //关闭j号位的LED
            delay(0xfffff); //延时
        }
    }
}

可以设置断点，打开GPIOA的查看窗口查看运行状态 ：

2. 显示数字

c 复制代码 
#include "stm32f10x_lib.h" //包含所有的STM32F10x库的头文件
#include <stdio.h>

int arr[10][7] = {
	{0,1,2,3,4,5},
	{1,2},
	{0,1,6,4,3},
	{0,1,6,2,3},
	{5,6,1,2},
	{0,5,6,2,3},
	{0,5,6,4,3,2},
	{0,1,2},
	{0,1,2,3,4,5,6},
	{0,1,2,3,5,6}
};

// GPIO配置函数
void GPIO_Configuration(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //定义GPIO初始化结构体

    // 开启GPIOC的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);

    // 设置GPIOC的模式为推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_All; //选择所有的pin
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //设置输出速度为50MHz
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //设置为推挽输出模式
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); //初始化GPIOC
}

// 延时函数
void delay(u32 i)
{
    while (i--) //当i不为0时，持续减1，实现延时
        ;
}

// 打开指定位置的LED
void on(int position)
{
	GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_0 << position); //
}

// 关闭指定位置的LED
void off(int position)
{
	GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_0 << position);
}
void onArray(int array[], int len){
	int j;
	for(j=0;j<len;j++){
		on(array[j]);
	}
}
int count(int n){
	int len = 1;
	for (int i = 1; i < 7; i++) {
			if (arr[n][i] != '\0') {
					len++;
			} else {
					break;
			}
	}	
return len;
}
void lightn(int n){

	// 计算onArray 第二个参数，即二维数组第二维长度
	int len = count(n);
	onArray(arr[n], len);
}

void allOff(){
	GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_All);
}
// 主函数
int main(void)
{
    GPIO_Configuration(); //调用GPIO配置函数

    int j;

	GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_All);
    while (1) //无限循环
    {
       
	   for(int i=0;i<10;i++){
		   lightn(i);
		   delay(0xfffff);
		   allOff();
		   delay(0xff);
	   }
    }
}

本文代码开源地址：

https://gitee.com/xundh/stm32_arm_learn

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