【STM32单片机学习】第四课：GPIO控制LED(用寄存器编程)

【朱老师课程总结】

第一部分、章节目录

3.5.1.STM32的GPIO模块数据手册详解1

3.5.2.STM32的GPIO模块数据手册详解2

3.5.3.原理图分析与MDK工程建立

3.5.4.写代码控制GPIO点亮熄灭LED

3.5.5.STM32时钟设置函数移植与讲解1

3.5.6.STM32时钟设置函数移植与讲解2

3.5.7.STM32外设编程经验总结

第二部分、章节介绍

3.5.1.STM32的GPIO模块数据手册详解1
   本节讲解STM32数据手册中GPIO模块相关的部分，主要是GPIO的各种模式及其配置方法。
3.5.2.STM32的GPIO模块数据手册详解2
   本节继续讲解STM32的数据手册中GPIO部分，主要是GPIO配置的寄存器列表及寄存器位详解。
3.5.3.原理图分析与MDK工程建立
   本节分析ARM3.0的GPIO控制LED相关的原理图，并且建立MDK工程，简单讲一下启动文件。
3.5.4.写代码控制GPIO点亮熄灭LED
   本节编写代码控制GPIO以点亮熄灭LED，主要内容是寄存器地址的确定以及使用C语言操作寄存器的编程技巧。
3.5.5.STM32时钟设置函数移植与讲解1
   本节移植STM32时钟设置函数，并且结合前面课程讲过的时钟框图对时钟设置函数进行讲解
3.5.6.STM32时钟设置函数移植与讲解2
   本节移植STM32时钟设置函数，并且结合前面课程讲过的时钟框图对时钟设置函数进行讲解
3.5.7.STM32外设编程经验总结
   本节对整个课程进行总结，并对比了51单片机和stm32单片机外设编程的差别，告诉大家stm32学习的关键点和思路方法。

第三部分、随堂记录

3.5.1.STM32的GPIO模块数据手册详解1

数据手册第8章：通用和复用功能I/O(GPIO 和AFIO)

3.5.1.1、GPIO功能描述

(1)每个I/O端口(GPIOx)包含的寄存器

两个32位配置寄存器(GPIOx_CRL，GPIOx_CRH)
两个32位数据输入/输出寄存器(GPIOx_IDR和GPIOx_ODR)
一个32位端口位置位/复位寄存器(GPIOx_BSRR) 置位：写1，复位：写0
一个16位端口位复位寄存器(GPIOx_BRR) 也是32位寄存器，只不过高16位保留不用！
一个32位端口配置锁定寄存器(GPIOx_LCKR)

PS：BRR和BSRR复位功能相似、在STM32F103C8中每个GPIO端口包括16个引脚

(2)每个端口的每个位可以由软件分别配置成多种输入输出模式。

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

详细了解可以看这个文件:GPIO输入输出模式详解
(3)每个端口都可以配置三种最大输出翻转速度
在配置寄存器里设置即可

后面都是关于硬件设计的，只要做了解即可！

(4)外设的GPIO配置

3.5.2.STM32的GPIO模块数据手册详解2

(1)GPIO寄存器描述
GPIO的寄存器基地址是0x40010800

端口配置低寄存器端口配置低寄存器(GPIOx_CRL) (x=A..E)
端口配置高寄存器端口配置高寄存器(GPIOx_CRH) (x=A..E)
为什么会有两个端口配置寄存器呢？因为一个端口配置寄存器只能配置8个引脚，两个就可以配置一个端口！CNFx位和MODE位关联
端口输入数据寄存器端口输入数据寄存器(GPIOx_IDR) (x=A..E)
端口输出数据寄存器端口输出数据寄存器(GPIOx_ODR) (x=A..E)
端口位设置端口位设置/ 清除寄存器(GPIOx_BSRR) (x=A..E)
是对ODR位置位/复位
如果BRy和BSy同时被置位，BSy有优先权。
端口位清除寄存器端口位清除寄存器(GPIOx_BRR) (x=A..E)
端口配置锁定寄存器端口配置锁定寄存器(GPIOx_LCKR) (x=A..E)

(2)复用
AFIO的起始地址：0x4001 0000

3.5.3.原理图分析与MDK工程建立

3.5.3.1、硬件接线
(1)杜邦现连接P0端口到LED接口J19，这样相当于8个LED分别对应PB8-PB15

PB8—LED0,PB9—LED1...
PB8-PC15是咱们的P0端口

(2)LED是共阴，所以GPIO输出0就亮，输出1就灭！
接线如下：

3.5.3.2、MDK工程建立

(1)根据STC51的经验

打开keil—new project—添加main.c—create hex file—编程运行！我们先试一下！
在main.c中添加代码！

int main(void)
{
	
}

点击编译，发现报错了！

原因在于，我们没有给它加启动文件！

启动文件，见过吗？
在STC51开发时，我们新建一个文件，他就会添加一个文件STARTUP.A51，这个就是启动文件！在STM32中，启动文件是什么呢？
启动文件简介
启动文件由汇编编写，是系统上电复位后第一个执行的程序。主要做了以下工作：
1、初始化堆栈指针SP=_initial_sp
2\初始化PC 指针=Reset_Handler
3、初始化中断向量表
4、配置系统时钟
5、调用C 库函数_main 初始化用户堆栈，从而最终调用main 函数去到C 的世界
启动文件中很重要的一段代码如下，通过这里进入到main函数

; Reset Handler

Reset_Handler   PROC
                EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]
                IMPORT  __main
                LDR     R0, =__main
                BX      R0
                ENDP

在寄存器编程时，大家可以先用下面这个启动文件，下一节库函数编程再细讲！
下载地址
再次编译就无误了！

至此，一个新建立的工程就算完成了，目前还没开始在main.c中写代码！

3.5.4.写代码控制GPIO点亮熄灭LED

3.5.4.1、编程思路

我们通过对GPIO寄存器编程来控制LED的亮灭，需要配置寄存器的输入输出模式、需要选择引脚、需要往输出寄存器写值
每个GPIO寄存器在内存中都有自己的地址，我们可以通过给地址内写值来配置寄存器

3.5.4.2、寄存器信息确认
(1)STM32 GPIOB的起始地址是：0x40010C00
(2)有可能涉及到的GPIO的地址：

(3)会用到的寄存器

由于PB8-PB15为GPIOB的高八个引脚，所以会使用CRH寄存器
因为要做输出，所以要使用ODR寄存器
BSRR和BRR可以选用！

3.5.4.3、C语言操作寄存器
(1)ARM是内存与IO统一编址的

所以ARM中的所有外设都是通过寄存器的方式来操作的
后面学的库函数编程，本质上也是寄存器编程，只不过是STM32已经做好了寄存器的封装！

(2)每个寄存器都有地址

C语言通过这些地址来操作这些寄存器位，用到的C语言技巧主要是C语言的位操作和C语言指针。

(3)常见面试题：用C语言向内存地址0x30000004写入16，如何做？

    *(unsigned int *)0x30000004 = 16;  
或者
    unsigned int *p = (unsigned int *)0x30000004;    
    *p = 16;

(4)编程

我们可以设置输出模式为推挽输出、输出翻转速度为50MHz
因此CRH = CRH = 0x33333333
我们可以先点亮所有灯
所以ODR = 0x00000000（8-15位为0，其他0/1都可以！）

(5)代码如下(但是你会发现，灯根本不亮，为什么呢？后面分析)


#define GPIOB_CRH 0x40010C04
#define GPIOB_ODR 0x40010C0C

int main(void)
{
	//GPIOB设置成推挽输出模式，速度是50MHz
	*((unsigned int *) GPIOB_CRH) = 0x33333333;
	*((unsigned int *) GPIOB_ODR) = 0x00000000;
    //也可以用BSRR将PB8-PB15都复位成0
	//*((unsigned int *) GPIOB_BSRR) = 0xff000000;	
	while(1);
}

3.5.5.STM32时钟设置函数移植与讲解1

3.5.6.1、LED不亮问题解决
(1)为什么LED灯不亮呢？
STM32中的每一个外设都对应了一个时钟，当我们想要使用某一个外设的时候，必须先要开启它的时钟才行。GPIO的每一个端口，都需要时钟使能才能工作！
(2)GPIO的时钟使能如何实现？

查看数据手册中的：APB2 外设时钟使能寄存器(RCC_APB2ENR)

我们想要端口时钟使能，只要配置RCC_APB2ENR相应位。

因为我们用的GPIOB，所以只要寄存器的第三位设置为1即可！
通过查询RCC寄存器组的基地址和RCC_APB2ENR的地址偏移量，得到RCC_APB2ENR的地址为0x40021018

于是RCC_APB2ENR = 0x00000008就可以开启GPIOB的时钟使能开关！

#define GPIOB_CRH 0x40010C04
#define GPIOB_ODR 0x40010C0C
#define RCC_APB2ENR		0x40021018

int main(void)
{
	//GPIO时钟使能
	*((unsigned int *)RCC_APB2ENR) = 0x00000008;
	//GPIOB设置成推挽输出模式，速度是50MHz
	*((unsigned int *) GPIOB_CRH) = 0x33333333;
	*((unsigned int *) GPIOB_ODR) = 0x00000000;
	
	while(1);
}

3.5.6.2、GPIO点亮LED灯的流程

Step1：使能GPIO的时钟
Step2：初始化GPIO引脚至相应的模式
Step3：控制GPIO引脚输出高低电平
Step4：使用GPIO控制LED

到这里我们基本上已经完成了GPIO点亮小灯的设置，下面是关于官方时钟示例代码的移植。为什么移植？
上节课讲过，上电复位之后，系统的默认时钟是内部的HSI，我们研究下如何从HSI移植到HSE。

3.5.6.4、时钟代码移植

3.5.6.STM32时钟设置函数移植与讲解2

3.5.7.STM32外设编程经验总结

3.5.7.1、STM32和51或其他简单单片机的相同
(1)开关环境都是Keil
(2)都是看原理图和数据手册
(3)都是用C语言
3.5.7.2、STM32和51或其他简单单片机的不同
(1)工程会更复杂，会用到Keil的一些高级设置
(2)原理图和数据手册比简单单片机更复杂（复杂不是难）
(3)STM32会用到C语言的更多高级特性
3.5.7.3、外设编程思路
(1)都是套路
(2)会出现问题，这时候就需要调试能力（不一定非要调试器）
(3)注意熟悉和体会这种套路，后面引入库函数就是从这里讲起的