控制/MCU
STM32中每个IO口都有很多个作用,比如这次我们使用的STM32F103ZET6的PA0口,既可以作为IO口使用,还可以作为待机唤醒(WAKEUP),模拟输入(ADC功能)等。根据数据手册中列出的每个I/O端口的特定硬件特征,GPIO端口的每个位可以由软件分别配置成多种模式。
(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)推挽式输出
(7)推挽式复用功能
(8)开漏复用功能
每个I/O端口位可以自由编程,然而I/O端口寄存器必须按32位字被访问(不允许半字或字节访问)。GPIOx_BSRR和GPIOx_BRR寄存器允许对任何GPIO寄存器的读/更改的独立访问;这样,在读和更改访问之间产生IRQ时不会产生异常错误。
STM32F103系列的基本IO口结构如下图所示
从结构图可以看出来,STM32的GPIO口可以配置好几个选项,内部上拉下拉电阻的选择,推挽输出或者开漏输出,对于复用功能,有专门的复用输入支路和输出支路。STM32F103的端口由10个寄存器控制,但是常用的并不多,时钟控制寄存器APB2ENR,模式控制寄存器CRH和CRL,输入寄存器IDR,输出寄存器ODR。
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15 | 14 | 13 | 12 | 11 | 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
- | USART1EN | - | SPI1EN | TIM1EN | ADC2EN | ADC1EN | - | IOPEEN | IOPDEN | IOPCEN | IOPBEN | IOPAEN | - | AFIOEN |
Bit 14:串口1时钟使能(写1开启,写0关闭)
Bit 12:SPI1时钟使能(写1开启,写0关闭)
Bit 11:定时器1时钟使能(写1开启,写0关闭)
Bit 10:ADC2时钟使能(写1开启,写0关闭)
Bit 9:ADC1时钟使能(写1开启,写0关闭)
Bit 6:GPIOE时钟使能(写1开启,写0关闭)
Bit 5:GPIOD时钟使能(写1开启,写0关闭)
Bit 4:GPIOC时钟使能(写1开启,写0关闭)
Bit 3:GPIOB时钟使能(写1开启,写0关闭)
Bit 2:GPIOA时钟使能(写1开启,写0关闭)
Bit 0:辅助时钟IO时钟使能(写1开启,写0关闭)
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CNF7 | MODE7 | CNF6 | MODE6 | CNF5 | MODE5 | CNF4 | MODE4 | ||||||||
15 | 14 | 13 | 12 | 11 | 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
CNF3 | MODE3 | CNF2 | MODE2 | CNF1 | MODE1 | CNF0 | MODE0 |
端口配置表:
bit 31 |
CNFy[1:0]:端口y的配置位(y=0……7)输入模式下:00:模拟输入模式01:浮空输入模式(复位后的状态)10:上拉/下拉输入模式11:保留输出模式下:00:通用推挽输出模式01:通用开漏输出模式10:复用功能推挽输出模式11:复用功能开漏输出模式 |
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bit 29 |
MODEy[1:0]:端口y的模式位(y=0……7)00:输入模式(复位后的状态)01:输出模式,最大速度10MHz10:输出模式,最大速度2MHz11:输出模式,最大速度50MHz |
31 | 30 | 29 | 28 | 27 | 26 | 25 | 24 | 23 | 22 | 21 | 20 | 19 | 18 | 17 | 16 |
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CNF15 | MODE15 | CNF14 | MODE14 | CNF13 | MODE13 | CNF12 | MODE12 | ||||||||
15 | 14 | 13 | 12 | 11 | 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
CNF11 | MODE11 | CNF10 | MODE10 | CNF9 | MODE9 | CNF8 | MODE8 |
配置方式和端口配置低寄存器一致。
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15 | 14 | 13 | 12 | 11 | 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
D15 | D14 | D13 | D12 | D11 | D10 | D9 | D8 | D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
Bit 15~Bit 0:端口输入数据(这些位属于只读并只能以字的形式读出)
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15 | 14 | 13 | 12 | 11 | 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
D15 | D14 | D13 | D12 | D11 | D10 | D9 | D8 | D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
Bit 15~Bit 0:端口输出数据(这些位属于只读并只能以字的形式操作)
注:在输入模式下,ODR的数据可以控制端口内部是上拉还是下拉,写入1意味着端口上拉输入。
我们现在在PA0端口接一个按键,PA端口接一个LED,当按下按键的时候,LED以100ms亮,100ms灭,抬起按键后LED常亮。
(1)在stm32f103x.h文件中添加GPIO的结构体和地址映射。
(2)在HEADERWARE目录下创建GPIO文件夹,并创建gpio.c和gpio.h两个文件。
(3)在gpio.h文件中输入以下内容:
(4)在gpio.c文件中输入以下内容
(5)将gpio.c文件和gpio.h文件添加进项目
(6)在1.c文件中输入以下内容:
注:实验中,按键一端接GND,LED一端接VCC,所以按键是检测到0代表按下,端口输出低电平代表LED点亮。
Cortex-M3内核中有一个非常有用的功能,叫做位带操作,支持了位带操作以后,可以使用普通的加载/存储指令来对单一的比特进行读写。在CM3中,有两个区中实现了位带。其中一个是SRAM区的最低1MB范围,第二个则是片内外设区的最低1MB范围。这两个区中的地址除了可以像普通的RAM一样使用外,它们还都有自己的“位带别名区”,位带别名区把每个比特膨胀成一个32位的字。当你通过位带别名区访问这些字时,就可以达到访问原始比特的目的。下图从另一个侧面演示比特的膨胀对应关系。
欲设置地址0x20000000中的比特2,则使用位带操作的设置过程如下图所示。
30年前其实就已经有位带操作的概念了,自8051单片机开始,到现在的CM3内核,位带操作有什么优越性呢?最容易想到的就是通过GPIO的管脚来单独控制每盏LED的点亮与熄灭。另一方面,也对操作串行接口器件提供了很大的方便(典型如74HC165,CD4094)。位带操作使代码更简洁,这只是位带操作优越性的初等体现,位带操作还有一个重要的好处是在务中,用于实现共享资源在任务间的“互锁”访问。多任务的共享资源必须满足一次只有一个任务访问它——亦即所谓的“原子操作”。
现在利用位带操作来实现上一题目中的功能。
(1)在sys.h文件中添加实现位带操作的代码。
(2)修改gpio.h中的代码如下图所示。
(3)修改gpio.c中的代码如下图所示。
(4)修改1.c中的代码如下图所示。
关于STM32F103的中断机制在之前已经详细讲述过,现在利用外部中断来实现上一题目的功能。
(1)修改gpio.c中的代码如下图所示。
(2)添加代码到文件stm32f103.h中。
(3)修改1.c中的代码如下图所示。
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