2019年10月21日 | stm32入门——跑马灯（基于stm32f103zet6）

最近开始学stm32，着实感觉到了stm32和51之间的区别，但也有联系，总我感觉32与51之间最大的区别就是在使用某个外设之前，要对该外设进行时钟的使能（以达到降低功耗的目的），和相关配置。

刚学完跑马灯，下面对跑马灯用到的对IO口的配置相关知识分别对应官方库函数和寄存器进行总结。

如有错误或不足，请在下方留言。

文章内容基于正点原子战舰。

IO口的状态

       IO口有八大模式:─  输入浮空(  GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04,)

                         ─  输入上拉(  GPIO_Mode_IPU = 0x48,)

                         ─  输入下拉(  GPIO_Mode_IPD = 0x28,)

                         ─  模拟输入(GPIO_Mode_AIN = 0x0,)

                         ─  开漏输出(  GPIO_Mode_Out_OD = 0x14,)

                         ─  推挽式输出(  GPIO_Mode_Out_PP = 0x10,)

                         ─  推挽式复用功能（GPIO_Mode_AF_PP = 0x18）

                         ─  开漏复用功能(  GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C,) 

      IO口有三种速   -2MHZ（ GPIO_Speed_2MHz=1,）

                       -10MHz（ GPIO_Speed_10MHz = 1,）

                       -50MHz(  GPIO_Speed_50MHz=3,）   //当看到这些配置相应的值是否会感到疑惑呢，稍后讲解。 

跑马灯的原理图

显然led的硬件连接很简单分别连接了IO口PE5和PB5，另一端串联一个电阻共同接地。

实验的代码分析

我们知道任何外设的驱动都要使能相应的时钟，首先看stm32系统的时钟框图

经查阅资料可知，GPIO的时钟在APB2的外设时钟使能寄存器上，相关函数的定义在stm32f10x_rcc.h中 void   RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState)其源代码为：

void RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState)

{

  /* Check the parameters */ //检查值的有效性

  assert_param(IS_RCC_APB2_PERIPH(RCC_APB2Periph));

  assert_param(IS_FUNCTIONAL_STATE(NewState));

  if (NewState != DISABLE)

  {

    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2Periph; //配置APB2ENBR寄存器

  }

  else

  {

    RCC->APB2ENR &= ~RCC_APB2Periph; //配置APB2ENR寄存器

  }

}

//与该函数相关的一些宏定义  检查RCC_APB2Periph参数的有效性

#define RCC_APB2Periph_AFIO              ((uint32_t)0x00000001)

#define RCC_APB2Periph_GPIOA             ((uint32_t)0x00000004)

#define RCC_APB2Periph_GPIOB             ((uint32_t)0x00000008)

#define RCC_APB2Periph_GPIOC             ((uint32_t)0x00000010)

#define RCC_APB2Periph_GPIOD             ((uint32_t)0x00000020)

#define RCC_APB2Periph_GPIOE             ((uint32_t)0x00000040)

#define RCC_APB2Periph_GPIOF             ((uint32_t)0x00000080)

#define RCC_APB2Periph_GPIOG             ((uint32_t)0x00000100)

#define RCC_APB2Periph_ADC1              ((uint32_t)0x00000200)

#define RCC_APB2Periph_ADC2              ((uint32_t)0x00000400)

#define RCC_APB2Periph_TIM1              ((uint32_t)0x00000800)

#define RCC_APB2Periph_SPI1              ((uint32_t)0x00001000)

#define RCC_APB2Periph_TIM8              ((uint32_t)0x00002000)

#define RCC_APB2Periph_USART1            ((uint32_t)0x00004000)

#define RCC_APB2Periph_ADC3              ((uint32_t)0x00008000)

#define RCC_APB2Periph_TIM15             ((uint32_t)0x00010000)

#define RCC_APB2Periph_TIM16             ((uint32_t)0x00020000)

#define RCC_APB2Periph_TIM17             ((uint32_t)0x00040000)

#define RCC_APB2Periph_TIM9              ((uint32_t)0x00080000)

#define RCC_APB2Periph_TIM10             ((uint32_t)0x00100000)

#define RCC_APB2Periph_TIM11             ((uint32_t)0x00200000)

#define IS_RCC_APB2_PERIPH(PERIPH) ((((PERIPH) & 0xFFC00002) == 0x00) && ((PERIPH) != 0x00))

//与该函数相关的枚举变量定义  检查NewState参数的有效性

typedef enum {DISABLE = 0, ENABLE = !DISABLE} FunctionalState;

#define IS_FUNCTIONAL_STATE(STATE) (((STATE) == DISABLE) || ((STATE) == ENABLE))

  我们来看这个使能GPIO时钟函数的源代码，函数没有返回值，接受两个参数 unint32_t(unsigned int)类型的RCC_APB2Periph和FunctionalState（枚举变量）类型的NewState 。

  函数首先检查传入值的有效性，我们可以看到和RCC_APB2Periph相关的宏定义中，规定了相关参数的取值范围，相关的值实际上是APB2  外设时钟使能寄存器(RCC_APB2ENR)相关位的配置，在这里我们也可以看出库函数实际上就是操作寄存器，对操作寄存器进行了一系列的封装。我们这里从硬件来看需要启动GPIOB和GPIOE的时钟使能，则RCC_APB2Periph分别为RCC_APB2Periph_GPIOB，RCC_APB2Periph_GPIOE。再看参数NewState  有相关定义可知{DISABLE = 0, ENABLE = !DISABLE}则当NewState为ENABLE时，开启使能，GPIO相关使能完毕。（实际上库函数就是对寄存器RCC_APB2ENR的相关操作，理解该函数便可写出相关的寄存器版本）

与51单片机不同的是每次使用IO口还要对IO口进行初始化，配置IO的模式（MODE），速度（SPEED）及针脚（PIN），

GPIO初始化函数   void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct)，其源代码：

/**

  * @brief  Initializes the GPIOx peripheral according to the specified

  *         parameters in the GPIO_InitStruct.

          //  根据指定初始化GPIOx外设GPIO_InitStruct中的参数。

  * @param  GPIOx: where x can be (A..G) to select the GPIO peripheral.

                 //    其中x可以是（A..G）来选择GPIO外设

  * @param  GPIO_InitStruct: pointer to a GPIO_InitTypeDef structure that

  *         contains the configuration information for the specified GPIO peripheral.

           // GPIO_InitStruct：指向GPIO_InitTypeDef结构的指针包含指定GPIO外设的配置信息。

  * @retval None

  */

void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct)//GPIO初始化函数

{

  uint32_t currentmode = 0x00, currentpin = 0x00, pinpos = 0x00, pos = 0x00;

  uint32_t tmpreg = 0x00, pinmask = 0x00; 

    //设置相关变量 currentmode存储CRL CRH配置信息 tmpreg 存储当前及最终CRL CRH配置信息

  /* Check the parameters */

  assert_param(IS_GPIO_ALL_PERIPH(GPIOx)); //检查GPIO的有效性

  assert_param(IS_GPIO_MODE(GPIO_InitStruct->GPIO_Mode)); //检查GPIO_Mode的有效性

  assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_InitStruct->GPIO_Pin));  //检查GPIO_Pin的有效性

/*---------------------------- GPIO Mode Configuration GPIO模式配置 -----------------------*/

  currentmode = ((uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Mode) & ((uint32_t)0x0F); 

    //取GPIO_Mode中的低四位，这里的做法和GPIO_Mode的值有关，可自行参考结构体中的值进验证

  if ((((uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Mode) & ((uint32_t)0x10)) != 0x00)

    //该判断的意思是如果模式GPIO_Mode的第五位不是零就执行该语句，由结构体中的模式的值可得如果    

    //第五位为1，则该模式为输出模式

  { 

    /* Check the parameters *///检查速度的GPIO_Speed的有效性

    assert_param(IS_GPIO_SPEED(GPIO_InitStruct->GPIO_Speed));

    /* Output mode */

    currentmode |= (uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Speed;

    //如果为输出模式则用模式GPIO_Mode的低四位|GPIO_Speed，便可得到输出模式寄存器中相关配置的 

    //值，可自行验证

  }

/*---------------------------- GPIO CRL Configuration GPIO CRL配置------------------------*/

  /* Configure the eight low port pins */ //设置低八位 CRL寄存器

  if (((uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Pin & ((uint32_t)0x00FF)) != 0x00)

        //由GPIO_Pin的范围可知，该语句的意思是判断0-7脚是否有定义

  {

    tmpreg = GPIOx->CRL;  //获取当前CRL配置

    for (pinpos = 0x00; pinpos < 0x08; pinpos++)  //循环检查引脚 ，判断引脚位置

    {

      pos = ((uint32_t)0x01) << pinpos;  //循环一次pos便左移一次

      /* Get the port pins position */ //判断引脚位置 

      currentpin = (GPIO_InitStruct->GPIO_Pin) & pos; 

        // 通过pos&GPIO_Pin（传入参数的引脚）对比判断

      if (currentpin == pos) //如果相等则当前循环值刚好是引脚位置

      {

        pos = pinpos << 2;  //pos左移二位（扩大四倍），目的是配置CRL寄存器

        /*我们知道IO口配置寄存器CRL和CRH都是32位寄存器，把pos*4即可得到对应引脚在相关配置寄 

        存器中对应的位置*/

        /* 清除相应的低控制寄存器位*/

        /* Clear the corresponding low control register bits */

        pinmask = ((uint32_t)0x0F) << pos;  //pinmask设置CRL对应的位上的pinmask为1

        tmpreg &= ~pinmask; //将CRL对应位清零

        /* Write the mode configuration in the corresponding bits */

        /*将模式配置写入相应的位*/

        tmpreg |= (currentmode << pos); //对应位写入

        /* Reset the corresponding ODR bit */

        /*重置相应的ODR位*/

        if (GPIO_InitStruct->GPIO_Mode == GPIO_Mode_IPD) //如果是下拉输入

        {

          GPIOx->BRR = (((uint32_t)0x01) << pinpos);  //相应位置零  BRR寄存器间接控制了 

                                                       //ODR寄存器

        }

        else    //否则

        {

          /* Set the corresponding ODR bit */

          if (GPIO_InitStruct->GPIO_Mode == GPIO_Mode_IPU)  如果是上拉输入

          {

            GPIOx->BSRR = (((uint32_t)0x01) << pinpos);  //相应位置一，BSRR寄存器间接控 

                                                         //制了ODR寄存器