STM32自學(xué)手冊(cè)之GPIO

GPIO是STM32最常用的設(shè)備之一。STM32可以提供最多達(dá)80個(gè)雙向IO口（視型號(hào)而定），他們分別分布在A-E五個(gè)端口中。每個(gè)端口有16個(gè)IO，每個(gè)IO口都可以承受最大為5V壓降。通過GPIO的配置寄存器，我們可以把GPIO口配置成我們想要的工作模式，一共有如下8種模式：

● 浮空輸入

● 帶上拉電阻的輸入

● 帶下拉電阻的輸入

● 模擬輸入

● 開漏輸出

● 推挽輸出

● 復(fù)用推挽輸出

● 復(fù)用開漏輸出

STM32的GPIO除了上述8種工作模式之外，還可以進(jìn)行兩種映射：外部中斷映射和第二功能映射（也叫重映射）。當(dāng)某個(gè)IO口映射為外部中斷通道后，該IO口就成為一個(gè)外部中斷源，我們可以在這個(gè)IO上產(chǎn)生外部事件來實(shí)現(xiàn)對(duì)STM32程序運(yùn)行的介入。而當(dāng)某個(gè)IO被重映射時(shí)，它就會(huì)切換成為某個(gè)外部設(shè)備的功能IO口。重映射功能可以讓工程師在設(shè)計(jì)PCB的時(shí)候擁有更大的靈活性。

此外，STM32還有位操作寄存器和鎖定寄存器等，通過這些寄存器我們可以更加靈活的控制STM32的IO口為我們服務(wù)。

硬件電路

本章實(shí)驗(yàn)硬件電路如圖11-1所示，LED0和LED1分別通過一個(gè)1K限流電阻連接在STM32的GPIOA.2和GPIO.3上，另一端接GND（注意是GND）。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本章的實(shí)驗(yàn)主要為了學(xué)習(xí)如何對(duì)STM32的GPIO口進(jìn)行操作。根據(jù)圖11-1所示硬件資源，我們可以做一個(gè)很簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：將這兩個(gè)LED點(diǎn)亮，隔一段時(shí)間后熄滅。

程序設(shè)計(jì)

該實(shí)驗(yàn)非常的簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)過程如下

● 配置RCC寄存器組，使用PLL輸出72MHz時(shí)鐘；

● 配置GPIOA.2和GPIOA.3為推挽輸出，最大翻轉(zhuǎn)頻率為50MHz；

● 點(diǎn)亮與熄滅LED；

程序組里面一共包含以下文件：

boot文件組：cortexm3_macro.s和stm32f10x_vector.s文件；

library文件組：stm32f10x_rcc.c、stm32f10x_flash.c、stm32_gpio.c、stm32f10x_lib.c文件；

interrupt文件組：stm32f10x_it.c文件；

src文件組：main.c文件；

其中boot文件組放置的是STM32的啟動(dòng)文件，讀者暫時(shí)不必深究，引用即可；Library文件組中，stm32f10x_rcc.c、stm32f10x_flash.c包含著配置RCC的底層函數(shù)，stm32_gpio.c包含配置GPIO的底層函數(shù)；stm32f10x_lib.c則負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)庫(kù)進(jìn)行集中管轄，在任何一個(gè)基于固件庫(kù)函數(shù)的STM32應(yīng)用函數(shù)里，stm32f10x_lib.c都是不可或缺的；interrupt文件組的stm32f10x_it.c包含STM32的中斷服務(wù)子程序，雖本實(shí)驗(yàn)尚未啟用中斷，但為了保持工程的完整性還是將其添加進(jìn)來。

程序流程圖如下：

程序啟動(dòng)之后，我們應(yīng)該看到如下現(xiàn)象：LED0和LED1被點(diǎn)亮，但在隔一小段時(shí)間后熄滅。

程序清單如下：

/*******************************************************************************
* 文件名 : main.c
* 文件描述 : 主函數(shù)
********************************************************************************/

/* 頭文件 ------------------------------------------------------------------*/

#include "stm32f10x_lib.h"

/* 自定義同義關(guān)鍵字 --------------------------------------------------------*/

/* 自定義參數(shù)宏 --------------------------------------------------------*/

#define Delay(n)while((n)--)

/* 自定義函數(shù)宏 --------------------------------------------------------*/

/* 自定義變量 --------------------------------------------------------*/

/* 自定義函數(shù)聲明 --------------------------------------------------------*/

void RCC_Configuration(void);
void GPIO_Configuration(void);

/*******************************************************************************
* 函數(shù)名 : main
* 函數(shù)描述 : Main 函數(shù)
* 輸入?yún)?shù) : 無(wú)
* 輸出結(jié)果 : 無(wú)
* 返回值 : 無(wú)
******************************************************************************/

int main(void)
{

vu32 n = 2000000;//定義延時(shí)參數(shù)

/* 設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘 */
RCC_Configuration();

/* 設(shè)置GPIO端口 */
GPIO_Configuration();

/* PA.2 , PA.3輸出高電平 */
GPIO_SetBits(GPIOA , GPIO_Pin_2);
GPIO_SetBits(GPIOA , GPIO_Pin_3);

Delay(n);

/* PA.2 , PA.3輸出低電平 */
GPIO_ResetBits(GPIOA , GPIO_Pin_2);
GPIO_ResetBits(GPIOA , GPIO_Pin_3);

while(1);
}

/*******************************************************************************
* 函數(shù)名: RCC_Configuration
* 函數(shù)描述 : 設(shè)置系統(tǒng)各部分時(shí)鐘
* 輸入?yún)?shù) : 無(wú)
* 輸出結(jié)果 : 無(wú)
* 返回值 : 無(wú)
******************************************************************************/

void RCC_Configuration(void)
{
/* 定義枚舉類型變量 HSEStartUpStatus */
ErrorStatus HSEStartUpStatus;

/* 復(fù)位系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置 */
RCC_DeInit();

/* 開啟HSE */
RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);

/* 等待HSE起振并穩(wěn)定 */
HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();

/* 判斷HSE起是否振成功，是則進(jìn)入if()內(nèi)部 */
if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)
{
/* 選擇HCLK（AHB）時(shí)鐘源為SYSCLK 1分頻 */
RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);

/* 選擇PCLK2時(shí)鐘源為 HCLK（AHB） 1分頻 */
RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);

/* 選擇PCLK1時(shí)鐘源為 HCLK（AHB） 2分頻 */
RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);

/* 設(shè)置FLASH延時(shí)周期數(shù)為2 */
FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
/* 使能FLASH預(yù)取緩存 */
FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);

/* 選擇鎖相環(huán)（PLL）時(shí)鐘源為HSE 1分頻，倍頻數(shù)為9，則PLL輸出頻率為 8MHz * 9 = 72MHz */
RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);

/* 使能PLL */
RCC_PLLCmd(ENABLE);

/* 等待PLL輸出穩(wěn)定 */
while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);

/* 選擇SYSCLK時(shí)鐘源為PLL */
RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);

/* 等待PLL成為SYSCLK時(shí)鐘源 */
while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);
}

/* 打開APB2總線上的GPIOA時(shí)鐘 */
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA , ENABLE);
}

/*******************************************************************************
* 函數(shù)名 : GPIO_Configuration
* 函數(shù)描述 : 設(shè)置各GPIO端口功能
* 輸入?yún)?shù) : 無(wú)
* 輸出結(jié)果 : 無(wú)
* 返回值 : 無(wú)
******************************************************************************/

void GPIO_Configuration(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

/* 設(shè)置PA.2,PA.3為推挽輸出，最大翻轉(zhuǎn)頻率為50MHz */
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_Init(GPIOA , &GPIO_InitStructure);
}

注意事項(xiàng)：

● 配置RCC之前，建議先調(diào)用RCC_DeInit()函數(shù)復(fù)位RCC設(shè)置，否則可能會(huì)在調(diào)試過程中遇到不易預(yù)期到的初始化問題；

● APB1總線最大速率是36MHz，請(qǐng)讀者注意RCC_PCLK1Config()的參數(shù)；

● FLASH延時(shí)周期數(shù)在本書xxx頁(yè)有詳細(xì)說明；

● GPIO配置為輸出方向時(shí)，其最大翻轉(zhuǎn)頻率的設(shè)置語(yǔ)句是不可缺少的；

● 有興趣且未曾了解過帶參數(shù)宏的讀者可以研究一下本程序中帶參數(shù)的宏的用法；

● 本程序只使用了一種方法操作GPIO，前文已經(jīng)講述到STM32 GPIO操作的靈活與多樣性， 建議讀者自行發(fā)掘多種操作方法。

● 前文強(qiáng)調(diào)了兩個(gè)LED為共陰接法，表示使用STM32的IO口輸出電流來驅(qū)動(dòng)LED。鑒于STM32的IO強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力，這樣做完全是可以的。但仍然建議在允許的情況下盡量使用共陽(yáng)接法，使用外部電源驅(qū)動(dòng)，以減輕主控芯片的負(fù)擔(dān)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

工程建立好之后…

按下F7編譯，無(wú)錯(cuò)誤與警告…

按下ctrl+F5進(jìn)入仿真…

載入完畢，按下F5全速運(yùn)行…

可以看到兩個(gè)LED在點(diǎn)亮一小段時(shí)間之后熄滅，符合程序設(shè)計(jì)的預(yù)期。

小結(jié)

本章通過一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)講述STM32的GPIO操作方法。給出了硬件電路，軟件設(shè)計(jì)方案，流程，帶有詳盡注釋的程序清單以及使用到的固件函數(shù)說明。讀者應(yīng)該將以上所有信息整合，唯一的目的就是將程序讀懂，從程序的角度來了解GPIO的操作流程。