嵌入式GPIO 实验(流水灯程序,八段数码管显示程序)

浮空输入、上拉输入、下拉输入、模拟输入、
开漏输出、推挽输出、推挽复用、开漏复用
每组GPIO端口的寄存器包括:
两个32位配置寄存器(GPIOx_CRL ,GPIOx_CRH) ,
两个32位数据寄存器 (GPIOx_IDR和GPIOx_ODR),
一个32位置位/ 复位寄存器(GPIOx_BSRR),
一个16位复位寄存器(GPIOx_BRR),
一个32位锁定寄存器(GPIOx_LCKR)。
每个I/O端口位可以自由编程,然而 I/O端口寄存器必须按32位字被访问 (不允许半字或字节访问) 。

CRL 0-7

CRH 8-15

IDR 0-15 输入 只读

ODR 0-15 输出 控制上拉/下拉电阻的使能


复位&=(清0 看0的位,其余位置填F)

置为|= (置1 看1的位 其余位置填0)


如:设置PORTC的11位为上拉输入,12位为推挽输出:
GPIOC->CRH &= 0xFFF00FFF;
GPIOC->CRH |= 0x00038000;
GPIOC->ODR = 1<<11;

引脚 模式 配置方式
PC11 上拉输入 CNF11=10 + ODR=1
PC12 推挽输出 CNF12=00 + MODE12=1
  • 为什么用 ODR 设置上拉?

  • STM32 的 上拉/下拉电阻ODR 寄存器 控制:

  • 输入模式下,ODR=0 → 下拉使能

    • 输入模式下,ODR=1 → 上拉使能

流水灯

【主要是CRL/CRH 配置 一般为0011 推挽输出50HZ 及ODR】
电路中有 L0,L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7 共八个发光二极管,当引脚 LED_SEL(PB4) 输入为 1 ,对
于 A 、 B 、 C 、 D 、 E 、 F 、 G 、 H(PE8-15) 引脚,只要输入为 1 ,则点亮相连接的发光二极管。
A~H 引脚连接 STM32F108VB 芯片的 PE8~PE15 ,程序初始化时,对其进行初始设置。引
脚 LED_SEL 为 1 时,发光二极管才工作,否则右边的数码管工作。 注意: LED_SEL 连接于 PB4

GPIOB->CRL &= 0xFFF0FFFF; // 清零 PB4 的配置位(CNF4、MODE4)

GPIOB->CRL |= 0x00030000; // 设置 PB4 为推挽输出(50MHz)

GPIOB->ODR |= 0x00000010; // 初始置 PB4=1(默认点亮 LED) 1<<4 = 0x00000010

  • MODE4=11(50MHz 输出速度)。

  • CNF4=00(推挽输出)

GPIOE->ODR &= ~(0xff << 8); // 清除PE8-PE15(熄灭所有LED)

LED_SEL = 1; // 使能LED控制信号

light = 0x01; // 初始化light(从PE8开始)

  • GPIOE->ODR &= ~(0xff << 8)

    • 0xff << 8:二进制 0000 0000 1111 1111 0000 0000(即PE8-PE15全1)。

    • ~取反后:1111 1111 0000 0000 1111 1111

    • &=操作:将PE8-PE15的位清零(熄灭LED),其他位不变。

    • while(1) {
      GPIOE->ODR |= (light << 8); // 点亮当前LED

      delay_ms(300); // 延时300ms

      light = light << 1; // 左移1位,切换到下一个LED

      if(light == 0x00) { // 如果light溢出(所有LED已点亮一轮)

      GPIOE->ODR &= ~(0xff << 8); // 熄灭所有LED

      delay_ms(300); // 延时300ms

      light = 0x01; // 重置light,重新开始循环

      }

      }

  • 法二四个灯

复制代码
  typedef unsigned long  u32;

  #define RCC_APB2ENR (*(u32 *)0x40021018)  //定义APB2ENR寄存器地址
  #define GPIOE_CRL   (*(u32 *)0x40011800)  //定义GPIOE_CRH寄存器
  #define GPIOE_ODR   (*(u32 *)0x4001180C)  //定义GPIOE_ODR寄存器

  #define LED0  (*(u32 *)(0x42000000 +(0x4001180C-0x40000000)*32 + 0*4))  //位带定义PE0
  #define LED1  (*(u32 *)(0x42000000 +(0x4001180C-0x40000000)*32 + 1*4))  //位带定义PE1
  #define LED2  (*(u32 *)(0x42000000 +(0x4001180C-0x40000000)*32 + 2*4))  //位带定义PE2
  #define LED3  (*(u32 *)(0x42000000 +((u32)(0x4001180C & 0xFFFFF)<<5) + (3<<2)))  //位带定义PE3

  int delay(int Time)
  {
      //简单延时程序
      unsigned short t, i, j;

      for(t = 0; t < Time; t++)
          for(i = 0; i < 1000; i++)
              for(j = 0; j < 1000; j++)
                  ;

      return 0;
  }


  int  main(void)
  {
      // 先声明所有局部变量
      u32 mode_left[] = {0x00000001, 0x00000002, 0x00000004, 0x00000008};
      u32 mode_right[] = {0x00000008, 0x00000004, 0x00000002, 0x00000001};
      int i;
  		int delay_time = 1;
      // 硬件初始化 GPIOE端口基地址为:0x4001 1800。
      (*(u32 *)0x40021018) |= 1 << 6;  //使能PORTE时钟
      (*(u32 *)0x40011800) &= 0XFFFF0000;//清除PE.0-3原先配置
      (*(u32 *)0x40011800) |= 0X00003333; //PE.0-3配置为推挽输出
      (*(u32 *)0x4001180C) |= 0x0000000F; //PE.0-3输出高,四个LED灯全亮1111 
      delay(1);
      (*(u32 *)0x4001180C) &= 0xFFFFFFF0; //复位 PE.0-3输出低,四个LED灯全灭 保留寄存器中不需要修改的位(高28位),仅清零目标位(低4位)。
      delay(1);

  //        (*(u32 *)0x4001180C) = 0x00000001; //仅LED1亮,其他灯灭 向GPIOE_ODR写入 0x00000001(Bit0=1,其他位=0)。 0001
  //        delay(1);
  //        (*(u32 *)0x4001180C) = 0x00000002; //仅LED2亮,其他灯灭 写入 0x00000001(Bit0=1,其他位=0)0010
  //        delay(1);
  //        (*(u32 *)0x4001180C) = 0x00000004; //仅LED3亮,其他灯灭 0x00000004(Bit2=1,其他位=0)。0100
  //        delay(1);
  //        (*(u32 *)0x4001180C) = 0x00000008; //仅LED4亮,其他灯灭 0x00000008(Bit3=1,其他位=0)。1000
  //        delay(1);	
  		
  		
      while(1)
      {

  			// 从中间向两边扩散
          (*(u32 *)0x4001180C) = 0x00000002; // LED2亮
          delay(delay_time);
          (*(u32 *)0x4001180C) = 0x00000004; // LED3亮
          delay(delay_time);
          (*(u32 *)0x4001180C) = 0x00000006; // LED2+3亮
          delay(delay_time);
          (*(u32 *)0x4001180C) = 0x0000000F; // 全亮
          delay(delay_time);
  			  (*(u32 *)0x4001180C) &= 0xFFFFFFF0;
  				delay(3);
  			 // 从两边向中间收缩
          (*(u32 *)0x4001180C) = 0x00000009; // LED1+4亮
          delay(delay_time);
          (*(u32 *)0x4001180C) = 0x00000006; // LED2+3亮
          delay(delay_time);
          (*(u32 *)0x4001180C) = 0x00000002; // LED2亮
          delay(delay_time);
          (*(u32 *)0x4001180C) = 0x00000004; // LED3亮
          delay(delay_time);
  				(*(u32 *)0x4001180C) &= 0xFFFFFFF0;
  				delay(3);
  				//上
          for(i = 0; i < 4; i++) {
              (*(u32 *)0x4001180C) = mode_left[i];
              delay(1);
          }
  				(*(u32 *)0x4001180C) &= 0xFFFFFFF0;
  				delay(3);
          //下
          for(i = 0; i < 4; i++) {
              (*(u32 *)0x4001180C) = mode_right[i];
              delay(1);
          }
  				(*(u32 *)0x4001180C) &= 0xFFFFFFF0;
      }
  }

8 位数码管显示原理
8 位数码管的连接原理图如图 3.1 所示, LED 数码管引脚定义如图 3.2 所示,其中 a-g 分
别对应一个笔画, dp 对应小数点,负极连接到一起接到 cc ,因此叫共阴极数码管。共阴极
8 位数码管显示 0-F 时对应亮的 LED 如图 3.2 所示。

  • u8 segTable[] = {0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f};

    //0-9 0 DP和G不亮 0011111111 1:00000110

    数码管中的 A~G 、 DP 段分别连接到电路图中的 A~G 、 H 线上,当某段上有一定的电压
    差值时,便会点亮该段。
    当 E3 输入为 1 ,也就是 LED_SEL 输入为 0 时,根据 SEL0~SEL2 的值确定选中的数码管位, 即位选,再根据 A~H 引脚的高低电平,点亮对应段,即段选。
    // 3. 配置 PB.0-PB.2 为推挽输出(位选控制)
    GPIOB->CRL &= 0xFFF0F000; //清除PB.0-3配置
    GPIOB->CRL |= 0x00030333; //PB.0-2 4推挽输出
    GPIOB->ODR |= 0x00000017; //PB.0-2 4输出高
    // 4. 配置 PE.8-PE.15 为推挽输出(段选控制)
    GPIOE->CRH &= 0X00000000; //清除PE.8-15配置
    GPIOE->CRH |= 0X33333333; //PE.8-15推挽输出
    GPIOE->ODR |= 0x0000FF00; //PE.8-15输出高
    /***************************************
    * 流水灯选择,或数码管段选
    * value:显示的数值对应的段选二进制值 //设置数码管E-A的值;流水灯L7-L0的值

    设置数码管的段选信号 (a~g + dp)或 控制8个LED的亮灭(L0~L7)。

    通过操作 GPIOE->ODR 寄存器,将 value 的值映射到 PE8~PE15 引脚。
    void LedValue(u8 value)
    {
    // LED0 = (value&0x01)?1:0;
    // LED1 = (value&0x02)?1:0;
    // LED2 = (value&0x04)?1:0;
    // LED3 = (value&0x08)?1:0;
    // LED4 = (value&0x10)?1:0;
    // LED5 = (value&0x20)?1:0;
    // LED6 = (value&0x40)?1:0;
    // LED7 = (value&0x80)?1:0;
    GPIOE->ODR &= ~(0xff << 8);
    GPIOE->ODR |= value << 8; // 将value左移8位,写入PE8~PE15 value 是8位数(0x00~0xFF),左移8位对齐到PE8~PE15。
    }

    /***************************************
    * 数码管显示不带小数点的数值
    * 参数 w:显示的位置,即位选,左-右:0-7
    * value:要显示的数值
    ****************************************/

    void SetLed(u8 w, u8 value) {
    // 1. 设置位选(选择哪一位数码管)
    SEL0 = w % 2; // 最低位
    SEL1 = w / 2 % 2; // 中间位
    SEL2 = w / 4; // 最高位

    //方法二

    GPIOB->ODR &= ~(0x07 << 0); // 清除GPIOB的低3位(SEL0~SEL2)
    GPIOB->ODR |= (w & 0x07); // 将w的低3位写入GPIOB(位选信号)

    w & 0x07:取 w 的低3位(确保值在0~7范围内)。

    |= 操作将 w 的值写入 GPIOB->ODR 的低3位(SEL0~SEL2)。

    示例

    • w=3011)→ GPIOB->ODR 的低3位变为 011,选中第4位数码管。

    // 2. 设置段选(显示什么数字)
    LedValue(segTable[value]);

    }

    位选控制(SEL0/1/2

    • 假设 SEL0/1/2 是连接到3-8译码器(如74HC138)的引脚,用于选择8位数码管中的某一位。

    • 计算方式 :将位置 w 转换为3位二进制(SEL2 SEL1 SEL0):

      • w=0000 → 第1位数码管

      • w=3011 → 第4位数码管

      • w=7111 → 第8位数码管

    段选控制(LedValue

    • 从预定义的段码表 segTable 中获取数字 value 对应的段码,传递给 LedValue 函数。

    • 示例

      • value=0segTable[0]=0x3F → 数码管显示 0

      • value=1segTable[1]=0x06 → 数码管显示 1

    SetLed(2, 5); // 在第3位数码管(w=2)显示数字5

    位选

    • w=2SEL0=0, SEL1=1, SEL2=0(二进制 010)→ 选中第3位数码管。

    段选

    • segTable[5] = 0x6DLedValue(0x6D) → PE8~PE15输出 0110 1101,点亮对应段。
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