跳转至

6.1 STM32模块开发-LED

前言

这里主要讲解 Breeze Mini 的LED功能模块，完整代码在工程目录下的 Modules 子目录下的 stm32f10x_module_led.c 和 stm32f10x_module_led.h 中，该代码主要是控制位于四个机臂上的LED的亮灭来提示用户 Breeze Mini 的工作状态。

相关知识

STM32要实现LED的亮与灭其实就是实现GPIO口的高低电平控制，由于STM32的IO口要相比51要复杂得多，所以为了更好地理解，这里先简单介绍一下STM32的IO口。STM32的GPIO口可以被配置成8种模式：

1
2
3
4
5
6
7
8
1. 输入浮空
2. 输入上拉
3. 输入下拉
4. 模拟输入
5. 开漏输出
6. 推挽输出
7. 推挽复用
8. 开漏复用

STM32的每个IO口都可以自由编程，但IO口的寄存器必须要按32位字被访问，STM32的IO口很多都是5V兼容的，这些IO口在与5V电平标准的外设连接时很有优势，具体哪些IO口是5V兼容的可以从芯片的datasheet管脚描述章节查到(I/O Level标有FT的就是5V兼容的)。

STM32的每个IO口都是由7个寄存器控制的，这7个寄存器分别是：

1
2
3
4
5
2个32位的数据寄存器IDR和ODR
2个32位的端口配置寄存器CRL和CRH
1个16位的复位寄存器BRR
1个32位的锁存寄存器LCKR
1个32位的置位/复位寄存器BSRR

CRL和CRH寄存器控制IO口的模式和输出速率，STM32的IO口位配置表如下所示：

STM32输出模式如下表所示：

CRL和CRH寄存器

接着再来看看端口低位配置寄存器 (Config Register Low, i.e. CRL) 的各位描述，该寄存器的复位值 0X44444444，从上图中可以看出，复位值其实就是配置端口为浮空输入模式，而且CRL控制着IO端口的低8个，每个IO端口的位占用CRL的4个位，其中高两位为配置 CNF，低两位配置 MODE：

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
CNF
00：通用推挽输出
01：通用开漏输出
10：复用推挽输出
11：复用开漏输出

MODE
00：输入模式
01：输出模式(最大速率10MHz)
10：输出模式(最大速率2MHz)
11：输出模式(最大速率50MHz)

CRH的作用和CRL的一样，只是CRL控制的是低8个端口，而CRH控制的是高8个端口，现在讲解如何使用固件库来设置GPIO的工作模式和相关参数，操作GPIO的官方固件库代码在 stm32f10x_gpio.c 和 stm32f10x_gpio.h 中。在使用固件库开发过程中，操作CRH或者CRL寄存器来配置IO口的模式和速度是通过GPIO初始化函数

1
void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct)

来实现的，这个函数有两个参数，第一个参数用来指定操作的GPIO，取值范围 GPIOA~GPIOG。

注意

GPIOA~GPIOG只是对于 STM32F103大容量系列产品来说的，Breeze Mini 所选用的 STM32F103TBU6 只有完整的GPIOA口、部分GPIOB和部分GPIOD。

第二个参数为 初始化结构体指针，结构体类型为 GPIO_InitTypeDef，可以通过双击 "GPIO_InitTypeDef" 后右键点击 "Go to definition of..." 跳转到其定义处：

1
2
3
4
5
6
typedef struct
{
    uint16_t          GPIO_Pin;
    GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;
    GPIOMode_TypeDef  GPIO_Mode;
}GPIO_InitTypeDef;

上面定义的初始化GPIO的结构体有三个成员变量，从变量名字可以得知其分别表示 GPIO的端口、GPIO的工作速度 和 GPIO的工作模式。这也可以从另一方面告诉我们初始化GPIO口的操作就是设置这些成员变量的值。通过 初始化结构体GPIO_InitTypeDef 来初始化GPIO的一般格式为：

1
2
3
4
5
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_5;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

这段代码和我们前面所预测的实现是一样的，这段代码先定义了一个GPIO口的初始化结构体 GPIO_InitTypeDef 类型的变量 GPIO_InitStructure，然后第2行设置待配置管脚为 GPIOA第5个端口，第3行设置端口工作在 推挽输出模式，第4行设置端口最大工作速度为 50MHz。第5行则调用函数对设置好的参数进行初始化。

如果想知道GPIO_Mode成员变量都支持哪些值，可以双击 "GPIO_Mode_Out_PP" 后右键点击 "Go to definition of..." 跳转到其定义处：

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
typedef enum
{ 
    GPIO_Mode_AIN         = 0x0,   //模拟输入
    GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04,  //浮空输入
    GPIO_Mode_IPD         = 0x28,  //下拉输入
    GPIO_Mode_IPU         = 0x48,  //上拉输入
    GPIO_Mode_Out_OD      = 0x14,  //开漏输出
    GPIO_Mode_Out_PP      = 0x10,  //推挽输出
    GPIO_Mode_AF_OD       = 0x1C,  //开漏输出
    GPIO_Mode_AF_PP       = 0x18   //复用推挽
}GPIOMode_TypeDef;

使用同样的方法可以得到GPIO端口工作速度的定义：

1
2
3
4
5
6
typedef enum
{ 
    GPIO_Speed_10MHz = 1,
    GPIO_Speed_2MHz, 
    GPIO_Speed_50MHz
}GPIOSpeed_TypeDef;

至于如何快速定位配置参数比如(GPIO_Speed_10MHz)的取值范围等技巧在 开发常用技巧(Keil) 中有详细的介绍，还不太清楚的用户可以再去了解一下。

IDR寄存器

IDR(Input Data Register)是端口输入数据寄存器，是只读的，高16位保留，只用了低16位，且只能以16位的格式读出值。 以下是该寄存器各位的描述：

要想知道某个IO口的高低电平状态，就可以按16位的格式读这个寄存器，然后再查需要的位的状态即可。在固件库中操作IDR寄存器来获得IO端口电平的函数是：

1
uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

这样读取GPIOA的第5个端口的电平状态的代码是：

1
GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_5);

返回值为 Bit_SET(高电平) 或 Bit_RESET(低电平)

ODR寄存器

ODR(Output Data Register)是端口输出数据寄存器，可读可写，只使用了低16位，当读寄存器时读出的是当前IO口的输出高低电平状态，当写寄存器时可以控制IO口的输出高低电平，该寄存器各位描述如下所示：

在固件库中操作ODR寄存器来设置和读取IO输出电平的函数是：

1
void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal)

BSRR寄存器

BSRR(Bit Set Reset Register)寄存器是端口位设置/清除寄存器，具有和ODR寄存器类似的作用，以下是该寄存器的各位描述：

比如要设置GPIOA的第5个端口的值为1，则只需要向GPIOA的BSRR寄存器的 低16位 的第5位写1：

1
GPIOA -> BSRR = 1 << 5;

如果要置GPIOA的第5个端口的值为0，则只需向GPIOA的BSRR寄存器的 高16位 的第5位写1：

1
GPIOA -> BSRR = 1 << (16 + 5);

注意向该寄存器写0是无效的，所以可以直接通过对1移指定位数来实现。

BRR寄存器

BRR(Bit Reset Register)寄存器是端口位清除寄存器，和BSRR高16位的功能是一样的。在固件库中操作BSRR和BRR寄存器进而来设置GPIO输出状态的函数是：

1
2
void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

在具体利用固件库操作GPIO的输出状态时常用的固件库函数是GPIO_SetBits和GPIO_ResetBits。

硬件连接

Breeze Mini 硬件上4个LED分别连接在 GPIOA.11、GPIOA.12、GPIOA.8 和 GPIOA.15 上，而且4个LED都是通过电阻上拉到VCC的，该部分原理图如下所示：

breeze_embedded_led_sch

软件设计

完整代码在工程目录下的 Modules 子目录下的 stm32f10x_module_led.c 和 stm32f10x_module_led.h 中，先简单介绍一些函数：

LED初始化

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
void LED_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_11 | GPIO_Pin_12 |
                                    GPIO_Pin_8  | GPIO_Pin_15;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // When hardware disables the JATG, don't disable the SWD meanwhile.
    // Otherwise the chip will be damaged!!!
    AFIO->MAPR |= AFIO_MAPR_SWJ_CFG_JTAGDISABLE;

    LED_A_OFF;
    LED_B_OFF;
    LED_C_OFF;
    LED_D_OFF;
}

注意在配置STM32任意一个外设的时候，都要先使能外设的时钟，由于GPIOA是挂载在高速APB2总线上的外设，所以上面代码就调用了 RCC_APB2PeriphClockCmd 函数来使能GPIOA时钟，对时钟部分还不太清楚的读者可以到 STM32驱动开发-系统时钟树 部分再了解一下。

在使能完成GPIOA的外设时钟后，将 GPIOA.11、GPIOA.12、GPIOA.8 和 GPIOA.15 分别设置成 推挽输出 模式，IO口速度 为50MHz，最后调用

1
2
3
4
LED_A_OFF;
LED_B_OFF;
LED_C_OFF;
LED_D_OFF;
4个宏定义来关闭LED，由于LED是默认是上拉的，所以只有置端口为1才是关闭LED，比如LED_A_OFF的定义是这样的：

1
#define LED_A_OFF    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_11)

LED状态机

参考