STM32——GPIO之从库函数到寄存器的前因后果

简介: <div style="color: rgb(51, 51, 51); font-size: 14px; line-height: 26px; font-family: 微软雅黑;">例子为单片机的“Hello World”级的<strong>流水灯实验</strong>——虽然只有一个,其中并不是将完整的代码给出,只是给出关键部分来说明“如何调用ST公司的的库来完成对硬件的控制,以及对库文件
例子为单片机的“Hello World”级的 流水灯实验——虽然只有一个,其中并不是将完整的代码给出,只是给出关键部分来说明“如何调用ST公司的的库来完成对硬件的控制,以及对库文件代码进行跟踪和分析至 寄存器级”。所以从第一段代码往下看就可以了,要用到的函数和变量大部分会说明,至于寄存器级的,那就只能翻手册了。
GPIO (General Purpose Input/Output) - 通用输入/输出
 main.c :此函数为主函数,控制LED,亮1s,灭1s
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int main( void)
{
     // LED初始化 
     LED_Configuration();
     while( 1)
    {
         GPIO_SetBits( GPIOB, GPIO_Pin_5);      //置为1  
        Systick_DelayMs( 1000);               //延时1s,自己实现的,暂不说明  
         GPIO_ResetBits( GPIOB, GPIO_Pin_5);    //置为0  
        Systick_DelayMs( 1000);               //延时1s  
    }
}


 stm32f10x_gpio.c GPIO_SetBits和GPIO_ResetBits
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/**
  * @brief  Sets the selected data port bits.
  * @param  GPIOx: where x can be (A..G) to select the GPIO peripheral.
  * @param  GPIO_Pin: specifies the port bits to be written.
  *   This parameter can be any combination of GPIO_Pin_x where x can be (0..15).
  * @retval None
  */

void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{
   /* Check the parameters */
  assert_param(IS_GPIO_ALL_PERIPH(GPIOx));
  assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));
  
  GPIOx->BSRR = GPIO_Pin;
}

/**
  * @brief  Clears the selected data port bits.
  * @param  GPIOx: where x can be (A..G) to select the GPIO peripheral.
  * @param  GPIO_Pin: specifies the port bits to be written.
  *   This parameter can be any combination of GPIO_Pin_x where x can be (0..15).
  * @retval None
  */

void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{
   /* Check the parameters */
  assert_param(IS_GPIO_ALL_PERIPH(GPIOx));
  assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));
  
  GPIOx->BRR = GPIO_Pin;
}
 
 led.c  需要用到以下库文件:stm32f10x_rcc.c,stm32f10x_gpio.c-->STM32的I/O口初始化函数
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void LED_Configuration( void)
{
     /*设置PB.5为输出模式,用于LED*/
     //定义一个GPIO数据结构,存放设置的参数
     GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
     //要使用一个I/O口时,需要先打开相应I/O口所在口的时钟,如使能PB端口时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
     //先设置要配置的引脚,LED0-->PB.5 端口配置
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
     //配置为推挽输出模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
     //配置I/O口速度为50MHz
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
     //根据设定参数初始化GPIOB
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}

下面为LED_Configuration中涉及到的结构体变量和一些其他变量的出处:
 stm32f10x_gpio.h
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/**
  * @brief  GPIO Init structure definition
  */


typedef  struct
{
    uint16_t GPIO_Pin;              /*!< Specifies the GPIO pins to be configured.
                                      This parameter can be any value of @ref GPIO_pins_define */


    GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;   /*!< Specifies the speed for the selected pins.
                                      This parameter can be a value of @ref GPIOSpeed_TypeDef */


    GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;     /*!< Specifies the operating mode for the selected pins.
                                      This parameter can be a value of @ref GPIOMode_TypeDef */

} GPIO_InitTypeDef;

 stm32f10x_gpio.h :每个GPIO口有0x10个。
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/** @defgroup GPIO_pins_define
  * @{
  */


#define GPIO_Pin_0                 ((uint16_t)0x0001)   /*!< Pin 0 selected */
#define GPIO_Pin_1                 ((uint16_t)0x0002)   /*!< Pin 1 selected */
#define GPIO_Pin_2                 ((uint16_t)0x0004)   /*!< Pin 2 selected */
#define GPIO_Pin_3                 ((uint16_t)0x0008)   /*!< Pin 3 selected */
#define GPIO_Pin_4                 ((uint16_t)0x0010)   /*!< Pin 4 selected */
#define GPIO_Pin_5                 ((uint16_t)0x0020)   /*!< Pin 5 selected */
#define GPIO_Pin_6                 ((uint16_t)0x0040)   /*!< Pin 6 selected */
#define GPIO_Pin_7                 ((uint16_t)0x0080)   /*!< Pin 7 selected */
#define GPIO_Pin_8                 ((uint16_t)0x0100)   /*!< Pin 8 selected */
#define GPIO_Pin_9                 ((uint16_t)0x0200)   /*!< Pin 9 selected */
#define GPIO_Pin_10                ((uint16_t)0x0400)   /*!< Pin 10 selected */
#define GPIO_Pin_11                ((uint16_t)0x0800)   /*!< Pin 11 selected */
#define GPIO_Pin_12                ((uint16_t)0x1000)   /*!< Pin 12 selected */
#define GPIO_Pin_13                ((uint16_t)0x2000)   /*!< Pin 13 selected */
#define GPIO_Pin_14                ((uint16_t)0x4000)   /*!< Pin 14 selected */
#define GPIO_Pin_15                ((uint16_t)0x8000)   /*!< Pin 15 selected */
#define GPIO_Pin_All               ((uint16_t)0xFFFF)   /*!< All pins selected */

 stm32f10x_gpio.h :  GPIO的模式,比51多多了
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/**
  * @brief  Configuration Mode enumeration
  */


typedef  enum
{
    GPIO_Mode_AIN = 0x0,              /* 模拟输入模式 */ 
    GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04,     /* 浮空输入模式 */ 
    GPIO_Mode_IPD = 0x28,             /* 下拉输入模式 */ 
    GPIO_Mode_IPU = 0x48,             /* 上拉输入模式 */ 
    GPIO_Mode_Out_OD = 0x14,          /* 通用推挽输出模式 */  
    GPIO_Mode_Out_PP = 0x10,          /* 通用开漏输出模式 */ 
    GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C,           /* 复用功能推挽输出模式 */ 
    GPIO_Mode_AF_PP = 0x18            /* 复用功能开漏输出模式 */ 
} GPIOMode_TypeDef;
    具体区别翻手册,也没记那么清楚~
  stm32f10x_gpio.h  : 赋予GPIO的运行频率
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/**
  * @brief  Output Maximum frequency selection
  */


typedef  enum
{
    GPIO_Speed_10MHz =  1,
    GPIO_Speed_2MHz,
    GPIO_Speed_50MHz
} GPIOSpeed_TypeDef;
枚举变量:GPIO_Speed_10MHz =1;GPIO_Speed_2MHz =2;GPIO_Speed_50MHz =3,速度写着呢,选一个就ok了~

 stm32f10x.h
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#define PERIPH_BASE           ((uint32_t)0x40000000)  /*!< Peripheral base address in the alias region */

#define APB2PERIPH_BASE       (PERIPH_BASE + 0x10000)

#define GPIOA_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x0800)
#define GPIOB_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x0C00)
#define GPIOC_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x1000)
#define GPIOD_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x1400)
#define GPIOE_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x1800)
#define GPIOF_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x1C00)
#define GPIOG_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x2000)

#define GPIOA               ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE)
#define GPIOB               ((GPIO_TypeDef *) GPIOB_BASE)
#define GPIOC               ((GPIO_TypeDef *) GPIOC_BASE)
#define GPIOD               ((GPIO_TypeDef *) GPIOD_BASE)
#define GPIOE               ((GPIO_TypeDef *) GPIOE_BASE)
#define GPIOF               ((GPIO_TypeDef *) GPIOF_BASE)
#define GPIOG               ((GPIO_TypeDef *) GPIOG_BASE)
GPIOA=GPIOA_BASE=0x40000000+0x10000+0x800
通过查询STM32微控制器开发手册可以得知,STM32的外设起始基地址为0x40000000,而APB2总线设备起始地址相对于外设基地址的偏移量为0x10000,GPIOA设备相对于APB2总线设备起始地址偏移量为0x800。
注意:以上只是很小的一部分定义,stm32f10x.h文件的代码行数有8000多行。


下面为LED_Configuration中再配置完参数之后,将结构体中的参数写入到寄存器中的GPIO_Init初始化函数:
 stm32f10x_gpio.c  
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/**
  * @brief  Initializes the GPIOx peripheral according to the specified
  *         parameters in the GPIO_InitStruct.
  * @param  GPIOx: where x can be (A..G) to select the GPIO peripheral.
  * @param  GPIO_InitStruct: pointer to a GPIO_InitTypeDef structure that
  *         contains the configuration information for the specified GPIO peripheral.
  * @retval None
  */

void GPIO_Init(GPIO_TypeDef *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_InitStruct)
{
    uint32_t currentmode = 0x00, currentpin = 0x00, pinpos = 0x00, pos = 0x00;
    uint32_t tmpreg = 0x00, pinmask = 0x00;
     /* Check the parameters */
     //用断言来检查参数是否正确
    assert_param(IS_GPIO_ALL_PERIPH(GPIOx));
    assert_param(IS_GPIO_MODE(GPIO_InitStruct->GPIO_Mode));
    assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_InitStruct->GPIO_Pin));
     /*---------------------------- GPIO Mode Configuration -----------------------*/
     //将工作模式暂存至currentmode变量中
    currentmode = ((uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Mode) & ((uint32_t)0x0F);

     //如果欲设置为任意一种输出模式,则再检查“翻转速率”参数是否正确
     if((((uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Mode) & ((uint32_t)0x10)) != 0x00)
    {
         /* Check the parameters */
        assert_param(IS_GPIO_SPEED(GPIO_InitStruct->GPIO_Speed));
         /* Output mode */
        currentmode |= (uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Speed;
    }

     /*---------------------------- GPIO CRL Configuration ------------------------*/
     /* Configure the eight low port pins */
     //设置低8位引脚(即pin0~pin7)
     if(((uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Pin & ((uint32_t)0x00FF)) != 0x00)
    {
         //独处当前配置字
        tmpreg = GPIOx->CRL;

         for(pinpos = 0x00; pinpos < 0x08; pinpos++)
        {
            pos = ((uint32_t)0x01) << pinpos;
             /* Get the port pins position */
             //获取将要配置的引脚号
            currentpin = (GPIO_InitStruct->GPIO_Pin) & pos;

             if(currentpin == pos)
            {
                 //先清除对应引脚的配置字
                pos = pinpos <<  2;
                 /* Clear the corresponding low control register bits */
                pinmask = ((uint32_t)0x0F) << pos;
                tmpreg &= ~pinmask;
                 /* Write the mode configuration in the corresponding bits */
                 //写入新的配置字
                tmpreg |= (currentmode << pos);

                 /* Reset the corresponding ODR bit */
                 //若欲配置为上拉/下拉输入,则需要配置BRR和BSRR寄存器
                 if(GPIO_InitStruct->GPIO_Mode == GPIO_Mode_IPD)
                {
                    GPIOx->BRR = (((uint32_t)0x01) << pinpos);
                }

                 else
                {
                     /* Set the corresponding ODR bit */
                     if(GPIO_InitStruct->GPIO_Mode == GPIO_Mode_IPU)
                    {
                        GPIOx->BSRR = (((uint32_t)0x01) << pinpos);
                    }
                }
            }
        }

         //写入低8位引脚配置字
        GPIOx->CRL = tmpreg;
    }

     /*---------------------------- GPIO CRH Configuration ------------------------*/
     /* Configure the eight high port pins */
     //设置高8位引脚(即pin8~pin15),流程和低8位引脚一致
     if(GPIO_InitStruct->GPIO_Pin > 0x00FF)
    {
        tmpreg = GPIOx->CRH;

         for(pinpos = 0x00; pinpos < 0x08; pinpos++)
        {
            pos = (((uint32_t)0x01) << (pinpos + 0x08));
             /* Get the port pins position */
            currentpin = ((GPIO_InitStruct->GPIO_Pin) & pos);

             if(currentpin == pos)
            {
                pos = pinpos <<  2;
                 /* Clear the corresponding high control register bits */
                pinmask = ((uint32_t)0x0F) << pos;
                tmpreg &= ~pinmask;
                 /* Write the mode configuration in the corresponding bits */
                tmpreg |= (currentmode << pos);

                 /* Reset the corresponding ODR bit */
                 if(GPIO_InitStruct->GPIO_Mode == GPIO_Mode_IPD)
                {
                    GPIOx->BRR = (((uint32_t)0x01) << (pinpos + 0x08));
                }

                 /* Set the corresponding ODR bit */
                 if(GPIO_InitStruct->GPIO_Mode == GPIO_Mode_IPU)
                {
                    GPIOx->BSRR = (((uint32_t)0x01) << (pinpos + 0x08));
                }
            }
        }

        GPIOx->CRH = tmpreg;
    }
}
        这段程序的流程:首先检查由结构体变量GPIO_InitStructure所传入的参数是否正确,然后对GPIO寄存器进行“读出->修改->写入”操作,完成对GPIO设备的配置工作。
        总结起来就是:固件库首先将各个设备所有的寄存器的配置字进行预先定义在stm32f10x.h文件中,然后封装在结构或枚举变量中(存在相对应的stm32f10x_xxx.h,其中xxx代表gpio,spi,exti等外设模块),待用户调用对应的固件库函数时,会根据用户传入的参数从这些封装好的结构体或枚举变量中取出对应的配置字,最后写入寄存器中,完成对底层寄存器的配置。

 stdint.h 一些具有可移植性的变量重定义
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/*
 * 'signed' is redundant below, except for 'signed char' and if
 * the typedef is used to declare a bitfield.
 * '__int64' is used instead of 'long long' so that this header
 * can be used in --strict mode.
 */


/* 7.18.1.1 */

/* exact-width signed integer types */
typedef    signed           char int8_t;
typedef    signed  short      int int16_t;
typedef    signed            int int32_t;
typedef    signed        __int64 int64_t;

/* exact-width unsigned integer types */
typedef  unsigned           char uint8_t;
typedef  unsigned  short      int uint16_t;
typedef  unsigned            int uint32_t;
typedef  unsigned        __int64 uint64_t;

/* 7.18.1.2 */

/* smallest type of at least n bits */
/* minimum-width signed integer types */
typedef    signed           char int_least8_t;
typedef    signed  short      int int_least16_t;
typedef    signed            int int_least32_t;
typedef    signed        __int64 int_least64_t;

/* minimum-width unsigned integer types */
typedef  unsigned           char uint_least8_t;
typedef  unsigned  short      int uint_least16_t;
typedef  unsigned            int uint_least32_t;
typedef  unsigned        __int64 uint_least64_t;

/* 7.18.1.3 */

/* fastest minimum-width signed integer types */
typedef    signed            int int_fast8_t;
typedef    signed            int int_fast16_t;
typedef    signed            int int_fast32_t;
typedef    signed        __int64 int_fast64_t;

/* fastest minimum-width unsigned integer types */
typedef  unsigned            int uint_fast8_t;
typedef  unsigned            int uint_fast16_t;
typedef  unsigned            int uint_fast32_t;
typedef  unsigned        __int64 uint_fast64_t;

/* 7.18.1.4 integer types capable of holding object pointers */
typedef    signed            int intptr_t;
typedef  unsigned            int uintptr_t;

/* 7.18.1.5 greatest-width integer types */
typedef    signed        __int64 intmax_t;
typedef  unsigned        __int64 uintmax_t;

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【8月更文挑战第23天】本文档介绍STM32中的寄存器操作方法与模板构建技巧。寄存器是STM32控制内外设的核心,通过直接读写特定内存地址来进行操作。以配置GPIO为例,需定位寄存器地址并写入适当值。文档还提供了一个基本的代码模板,包括包含头文件、时钟配置、外设初始化及主函数流程,帮助开发者快速搭建开发框架,并强调了参考手册的重要性以确保正确使用。
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5月前
stm32f407探索者开发板(九)——寄存器地址名称映射
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5月前
stm32f407探索者开发板(八)——按键输入实验--GPIO做输入
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5月前
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传感器 编解码 API
【STM32开发入门】温湿度监测系统实战:SPI LCD显示、HAL库应用、GPIO配置、UART中断接收、ADC采集与串口通信全解析
SPI(Serial Peripheral Interface)是一种同步串行通信接口,常用于微控制器与外围设备间的数据传输。SPI LCD是指使用SPI接口与微控制器通信的液晶显示屏。这类LCD通常具有较少的引脚(通常4个:MISO、MOSI、SCK和SS),因此在引脚资源有限的系统中非常有用。通过SPI协议,微控制器可以向LCD发送命令和数据,控制显示内容和模式。
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6月前
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移动开发
技术好文:stm32寄存器版学习笔记06输入捕获(ETR脉冲计数)
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6月前
经验大分享:STM32F4寄存器初始化系列:GPIO
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6月前
使用STM32F103标准库实现定时器控制LED点亮和关闭
通过这篇博客,我们学习了如何使用STM32F103标准库,通过定时器来控制LED的点亮和关闭。我们配置了定时器中断,并在中断处理函数中实现了LED状态的切换。这是一个基础且实用的例子,适合初学者了解STM32定时器和中断的使用。 希望这篇博客对你有所帮助。如果有任何问题或建议,欢迎在评论区留言。
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6月前
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IDE 开发工具
使用STM32F103标准库实现自定义键盘
通过本文,我们学习了如何使用STM32F103标准库实现一个简单的自定义键盘。我们首先初始化了GPIO引脚,然后实现了一个扫描函数来检测按键状态。这个项目不仅能够帮助我们理解STM32的GPIO配置和按键扫描原理,还可以作为进一步学习中断处理和低功耗设计的基础。希望本文对你有所帮助,祝你在嵌入式开发的道路上不断进步!
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