STM32单片机（GPIO-亮灯实验的分析）_stm32gpio实验报告

STM32

ST：意法半导体

M：微电子

32：总线宽度
也叫MCU，单片机

单片机：一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU，随机存储器RAM，只读存储器ROM，多种I/O口和中断系统，定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路，脉宽调制电路，模拟多路转换器，A/D转换器等的电路）集成到一片硅片上构成一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域应用广泛。

命名规则：

STM32F051R8T6xxx

STM32：家族

F：产品类别，A——汽车级，F——基础级，L——超低功耗，S——标准型，WB——蓝牙及802.15.4, WL——长距离无限产品，H——高性能， Q——主流型

051：特定功能（3位数字）

R:引脚数

8：闪存容量

T：封装

6：温度范围

x：固件板税

xx：选项

引脚分配：

电源IO：包括输入输出引脚INPUT\OUTPUT, VBAT,  (VDDA VSSA), (VREF+ VREF-)等

晶振IO：包括主晶振IO，RTC晶振IO

下载IO：用于JTAG下载的IO，包括JTMS，JTCK，JTDI，JTDO，NJTRST

BOOT IO：用于设置系统的启动方式，包括BOOT0，BOOT1

复位IO：用于外部复位 NRST

以上组成的系统叫做最小系统

GPIO（通用输入输出引脚）：

            （1）专用器件连接到专用的总线，比如I2C，SPI，SDIO，FSMC，DCMI，这些总线的期间需要连接专用的IO

            （2）普通元器件街道GPIO，比如蜂鸣器，LED，按键等元器件用普通的GPIO即可

            （3）剩余的IO可以根据项目需要引出或者不引出

什么是寄存器

寄存器就是一个内存地址

不同的外设，在不同的地址上，根据地址就可以找到外设并使用它

寄存器编程方法：

 
int main(void){
volatile unsigned int * pointer=(unsigned int *)0x40028000;
//volatile unsigned int * pointer表示定义指针变量
//volatile关键字放置编译器对程序进行优化
//比如*pointer+=1;*pointer+=2会被优化成*pointer+=3;
//(unsigned int *)将0x40028000强转为地址
//0x40028000这是一个内存地址，里面保存有数据
//这条语句表明指针已经指向一个地址
*pointer=1;
//*pointer解指针符，指向地址内的数据
}

使用宏定义优化

#define pointer (volatile unsigned int *)0x40028000;
//宏定义只是变量替换，减少内存消耗
int main(void){
*pointer=1;
}

1.什么是GPIO

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，可以通过控制GPIO引脚的电平变化，达到各种目的

IO端口基本结构

 （1）IO引脚模块：保护二极管可以防止过高或过低的电压输入，外部电压高于VDD时，上方二极管导通，外部电压过低时，电流流向为Vss——IO。

（2）推挽，开漏或关闭：

 推挽输出电路：当输入信号为高电平时，上面的mos导通，下面的mos截止，电流从VDD——OUT，当输入信号为低电平时，上面的mos截止，下面的mos导通，电流：OUT——GND，此时OUT相当于低电平，驱动能力强

开漏输出电路：输入高电平时，mos截止，上拉电阻可以保证默认高电平状态（本身不能直接输出高电平），输入低电平时，mos导通，OUT接地，相当于输出低电平。优点是实现线与功能

输出数据寄存器和复用功能输出：共同决定输出如何控制

输入数据寄存器，模拟输入，复用功能输入：识别输入的低电平

TTL肖特基触发器：将正弦波变成方波，将连续信号转换为离散信号

GPIO亮灯LED实验具体分析：

原理图：

注意，需要自己配置运行环境，可以通过2个途径：
（1）运行环境的管理工具

勾选上core和startup，否则构建程序报错

（2）库包中添加

添加STM322Cube_FW_F1_V1.6.0库包——CMSIS,将CMSIS文件夹直接复制到当前项目目录下，具体步骤：

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设计思路

通过总线的形式，可以很好地将各种外设分离开，可以独立的将各种外设来控制它的使能与否，控制外设使能与否，就是控制这个外设的时钟

编写代码前，要查询stm32F1x的参考手册，知道GPIO挂载在哪个总线上（如图，挂载在APB2线上）

 

 软件开发步骤

（1）使能GPIOB的外设时钟

第一步：先知道GPIOB的外设使能时钟在哪里（由前面可知GPIO挂载在APB2总线上，如图可知是RCC）

 其中偏移地址0x18

 第二步：查找RCC_APB2ENR的基地址，去存储器映像中找（下图最后一个）

所以外设基地址为0x4002 1000

所以APB2外设使能寄存器的地址就是基地址+偏移地址（0x4002 1000+0x18）

这个设置完成之后，表示GPIO已经使能，可以开始工作了

（2）查询GPIO的功能

第一步：在这里，我们需要使用开漏输出和推挽式输出的功能，由于开漏输出设置高电平比较麻烦，因从直接采用推挽式输出

并且根据8.1的GPIO功能描述，要配置开漏输出或者推挽输出要去配置GPIOx_CRL,GPIOx_CRH寄存器，我们不需要数据存储以及复位功能

第二步：查看端口位配置表，配置相应的寄存器（采用通用输出的推挽模式）

表18中的输出速度就是高低电平的翻转速度

由表17和18可知，需要配置CNF1，CNF0，MODE1，MODE0，以及PxODR寄存器

 第三步 GPIO寄存器的识别

查找GPIOx_CRL,GPIOx_CRH寄存器的具体信息以及并按照上图的表17和18确定配置方法，因为是推挽输出，所以CNF1=0，CNF0=0，MODE1，MODE0设置为01，PXODE寄存器设置为0或1,接下来查找PXODR寄存器进行设置

 

 最后查看pxODR的资料并配置

第四步：设置GPIO的外设基地址

在这个表里，可以看到GPIO各个端口的基地址

如图所示，GPIO端口B的基地址

0X4001 0C00

根据端口配置寄存器的信息可以查到偏移地址，用于编写代码

CRL偏移地址：0x00

pxODR的地址偏移：0x0C

最后按照查询的信息编写代码，对应功能写代码，完成相应位的配置：

#define GPIOB_CLK (*(volatile unsigned int *)(0x40021000+0x18))
//volatile 防止编译器对代码进行优化
//unsigned int 将地址设置为无符号数，因为地址不能是负的
//0x40021000 RCC的外设基地址，
//0x18  RCC的偏移地址
#define GPIOB_CRL (*(volatile unsigned int *)(0x40010C00+0x00))
#define GPIOB_ODR (*(volatile unsigned int *)(0x40010C00+0x0C))
 
int main(void){
//1.使能GPIOB的外设时钟
GPIOB_CLK |=(1<<3);
//2.GPIOB设置推挽输出模式
GPIOB_CRL &=~(0xf<<(4*0));//清除低4位寄存器
GPIOB_CRL |=(2<<0);
 
GPIOB_ODR &=~(0x1<<(1*0));//清除低1位寄存器
GPIOB_ODR|=(1<<0);
 
}

编写过程分析（假设点亮PB0端口的灯）

//1.使能GPIOB的外设时钟
GPIOB_CLK |=(1<<3);
 
 
这句代码相当于GPIOB_CLK=GPIOB_CLK|(1<<3)
也就是将1左移3位，结果再与GPIOB_CLK取或运算，根据参考手册知
在CKL中，1被表示为(其中的X表示未定的结果，可以是0，也可以是1)
00000000 00000000 XXXXXXXX XXXXXX01
下面将1左移3位,舍弃掉被移除的数字，空位补0，可得（1<<3）
 
(1<<3)=00000000 00000XXX XXXXXXXX XXX01000    //这样就将位3置1了
 
GPIOB_CLK为
GPIOB_CLK=00000000 00000000 XXXXXXXX XXXXXX0X
 
所以二者取或运算的结果为
00000000 00000XXX XXXXXXXX XXXX1X0X
 可见除了位3变为1，其他位不受影响
 

 通过查阅手册可知，PB端口对应的是位3，位3置0时，PB端口始终关闭，端口不能工作，当位置3置1时，PB端口可以工作，因此在这里将1左移3位，保证PB端口打开

//2.GPIOB设置推挽输出模式
GPIOB_CRL &=~(0xf<<(4*0));//清除低4位寄存器
GPIOB_CRL |=(2<<0);

GPIOB_CRL &=~(0xf<<(4*0));//清除低4位寄存器
 
这句代码等同于GPIOB_CRL=GPIOB_CRL&(~(oxf<<(4*0)));
 
oxf用二进制表示就是00000000 00000000 00000000 00001111
 
oxf<<(4*0)的意思是oxf左移0个4位，也就是
 
oxf<<(4*0)=00000000 00000000 0000000 00001111;
 
所以
 
~(oxf<<(4*0))=11111111 11111111 11111111 11110000;
 
GPIOB_CRL=XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX
 
则
 
GPIOB_CRL&(~0xf<<(4*0))=XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXX0000
 
//这样就实现了将低4位清0

GPIOB_CRL |=(2<<0);
 
这句代码等同于
 
GPIOB_CRL=GPIOB_CRL|(2<<0);
经过分析，若想实现需要的功能，GPIOB_CRL的后4位应设置为0010,十进制就是2
 
(2<<0)也就是将2左移0位，相当于不移动，因此
(2<<0)=00000000 00000000 00000000 00000010;
 
GPIOB_CRL=XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX
 
所以
GPIOB|(2<<0)=XXXXXXXX XXXXXXX XXXXXXXX XXXXXX1X
 
也就是只将1位置1

根据前面的分析可知，我们要配置输出模式，采用较低的速度即可，因此，MODE0应设置为10，也就是十进制的2，我们采用的是推挽输出模式，因此，CNF0应设置为00

GPIOB_ODR &=~(0x1<<(1*0));//清除低1位寄存器
GPIOB_ODR|=(1<<0);

要点亮PB0端口的灯，因此低1位寄存器应该为1