STM32时钟与GPIO分析 基于STM32的LED灯开发

CHANBAEK 2023-08-22 2004

CHANBAEK

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描述

一、 STM32时钟分析

寄存器 ：寄存器的功能是存储二进制代码，它是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储1位二进制代码，故存放n位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成

在计算机领域，寄存器是CPU内部的元件，包括通用寄存器、专用寄存器和 控制寄存器 。寄存器拥有非常高的读写速度，所以在寄存器之间的数据传送非常快。

控制寄存器 ：相当一排可通过0/1进行设置外设功能的开关，程序中通过地址查找到对应的寄存器，所以说控制寄存器的地址是唯一。

芯片时钟：芯片工作时，是需要脉冲，脉冲相当于给芯片起振，可保证芯片的正常工作，类似于人，心脏正常跳动，人体生命特征才能正常。

1HZ：一秒产生1个脉冲

频率换算单位：

1GHZ = 1000MHZ = 1000 000KHZ = 1000 000 000HZ

STM32时钟源

时钟源是可以产生器件。

LSIRC 32KHZ32 kHz低速内部RC (LSI RC)
LSEOSC 32.168KHZ32.768 kHz低速外部晶振（LSE晶振）
16MHZ HSI RC16MHZ高速内部RC (LSI RC)
4-26MHZ HSE OSC4-26MHZ高速外部晶振（HSE 晶振）粤嵌开发板外部晶振为8MHZ

注意：外部晶振产生的脉冲是精准， RC振荡时钟产生的脉冲是不精准

STM32主要总线时钟频率

SYSCLK168MHZ
HCLK168MHZ
AHB1/AHB2168MHZ
APB142MHZ
APB284MHZ

Al解释：

在STM32微控制器中，有一些关键的概念需要了解：

  1. SYSCLK（System Clock）：是微控制器系统中的主时钟源，它驱动着整个系统，包括CPU、外设等。SYSCLK的频率决定了整个系统的工作速度。
  2. HCLK（AHB Bus Clock）：是系统的主总线时钟，它连接了CPU、内存、外设等，用于数据传输和控制信号。
  3. AHB1/AHB2（Advanced High-performance Bus）：是高性能总线，用于连接内存和一些高性能外设，如DMA控制器、GPIO控制器等。AHB1和AHB2是两个不同的总线，它们可以拥有不同的配置和频率。
  4. APB1（Advanced Peripheral Bus 1）：是高级外设总线，用于连接一些低速外设，如定时器、串口通信等。APB1总线上的外设可以以较低的频率工作。
  5. APB2（Advanced Peripheral Bus 2）：是高级外设总线，用于连接一些高速外设，如GPIO、SPI、I2C等。APB2总线上的外设可以以较高的频率工作。

二、 GPIO分析

1、GPIO

GPIO: GPIO（英语：General-purpose input/output），通用型之输入输出的简称。

GPIO分组

STM32F407ZET6（芯片型号）

-  一共有7组IO口（PA  PB  PC  PD  PE  PF  PG）

-  每组IO口有16个IO引脚

-  一共16X7=112个IO引脚

外加2个PH0和PH1

一共114个IO口引脚（I:input O:output）

原理图上GPIO连接与功能说明

触发器

每组（PA PB PC PD PE PF PG）通用 I/O 端口包括：

•4 个 32 位配置寄存器（GPIOx_MODER、GPIOx_OTYPER、GPIOx_OSPEEDR 和 GPIOx_PUPDR）。

•2 个 32 位数据寄存器（GPIOx_IDR 和 GPIOx_ODR）。

•1 个 32 位置位/复位寄存器 (GPIOx_BSRR)、

•1 个 32 位锁定寄存器(GPIOx_LCKR)

•2 个 32 位复用功能选择寄存器（GPIOx_AFRH 和 GPIOx_AFRL）。

GPIO工作方式（寄存器设置GPIO工作方式）

n4种输入模式

q浮空输入（没有上下拉电阻）

q上拉输入（有上拉电阻）

q下拉输入（有下拉电阻）

q模拟输入

n4种输出模式

q开漏输出（带上拉或者下拉）

q开漏复用功能（带上拉或者下拉）

q推挽式输出（带上拉或者下拉）

q推挽是复用功能（带上拉或者下拉）

n4种最大输出速度

q2MHZ

q25MHZ

q50MHZ

q100MHZ

注意点：

开漏输出只能输出0（低电平），若想出输出1（高电平），需要外部接上拉电阻（类似到51单片机P0组）。

推挽式输出可输出0（低电平）或者1（高电平），这是常用模式

2、寄存器地址查找

寄存器地址 = 寄存组基地址+偏移地址

触发器

触发器

寄存器查看

触发器

三、 LED灯开发

1、理解led灯原理图

LED0连接在PF9

PF9输出低电平（0），灯亮；PF9输出高电平（1），灯灭；

触发器

2、打开GPIOF组时钟

//将第5位置1 使能GPIOF组时钟
RCC_AHB1ENR |= (0x01< < 5);

3、设置PF9灯为输出模式 输出推挽 上拉 速度（50MHZ）

4、通过GPIOF_BSRR控制LED灯亮与灭

LED举例-1

一、led.h

#ifndef __LED_H
#define __LED_H


#include "stm32f4xx.h"





#define RCC_AHB1ENR   (*((unsigned int *)(0x40023800+0x30)))  //值强制类型转为地址，通过地址解引用，访问地址空间的值


#define GPIOF_MODER   (*((unsigned int *)(0x40021400+0x00)))  //值强制类型转为地址，通过地址解引用，访问地址空间的值
#define GPIOF_OTYPER  (*((unsigned int *)(0x40021400+0x04)))  //值强制类型转为地址，通过地址解引用，访问地址空间的值
#define GPIOF_OSPEEDR (*((unsigned int *)(0x40021400+0x08)))  //值强制类型转为地址，通过地址解引用，访问地址空间的值
#define GPIOF_PUPDR   (*((unsigned int *)(0x40021400+0x0C)))  //值强制类型转为地址，通过地址解引用，访问地址空间的值
#define GPIOF_ODR     (*((unsigned int *)(0x40021400+0x14)))  //值强制类型转为地址，通过地址解引用，访问地址空间的值
#define GPIOF_BSRR    (*((unsigned int *)(0x40021400+0x18)))  //值强制类型转为地址，通过地址解引用，访问地址空间的值










void Led_Init(void);


#endif

二、led.c

#include "led.h"




/*********************************
引脚说明：


LED0 -- PF9


**********************************/
void Led_Init(void)
{
  //将第5位置1  使能GPIOF组时钟
  RCC_AHB1ENR |= (0x01< < 5);

  //设置GPIOF9为输出模式
  GPIOF_MODER &= ~(0x01< < 19);  //19位清0
  GPIOF_MODER |= (0x01< < 18);  //18位置1


  //设置GPIOF9为输出推挽
  GPIOF_OTYPER &= ~(0x01< < 9);  //9位清0

  //设置GPIOF9为上拉
  GPIOF_PUPDR &= ~(0x01< < 19);  //19位清0
  GPIOF_PUPDR |= (0x01< < 18);  //18位置1  

  //设置GPIOF9输出速度50MHZ
  GPIOF_OSPEEDR |= (0x01< < 19);  //19位置1
  GPIOF_OSPEEDR &= ~(0x01< < 18);  //18位清0
}

三、main.c

#include "stm32f4xx.h"
#include "led.h"




// 延时函数
void delay(int n)
{
  int i,j;

  for(i=0; i< n; i++)
    for(j=0; j< 30000; j++);


}






int main(void)
{
  Led_Init();

  while(1)
  {
    //BSRR 25位置1  ODR输出0  灯亮
    GPIOF_BSRR |= (0x01< < 25);
    delay(1000);

    //BSRR 9位置1  ODR输出1  灯灭
    GPIOF_BSRR |= (0x01< < 9);
    delay(1000);

  }
  return 0;
}

四、作业拓展

上拉电阻和下拉电阻二者共同的作用是：避免电压的“悬浮”，造成电路的不稳定。

1、概念：将一个不确定的信号，通过一个电阻与电源VCC相连，固定在高电平；通过一个电阻与电源GND相连，固定在低电平

2、上拉是对器件注入电流，灌电流；下拉是对引脚进行分流，拉电流；

3、当一个接有上拉电阻的IO端口设置为输入状态时，它的常态为高电平。

触发器

LED流水灯举例-2

一、led.h

#ifndef __LED_H
#define __LED_H


#include "stm32f4xx.h"





#define RCC_AHB1ENR   (*((unsigned int *)(0x40023800+0x30)))  //值强制类型转为地址，通过地址解引用，访问地址空间的值


#define GPIOF_MODER   (*((unsigned int *)(0x40021400+0x00)))  //值强制类型转为地址，通过地址解引用，访问地址空间的值
#define GPIOF_OTYPER  (*((unsigned int *)(0x40021400+0x04)))  //值强制类型转为地址，通过地址解引用，访问地址空间的值
#define GPIOF_OSPEEDR (*((unsigned int *)(0x40021400+0x08)))  //值强制类型转为地址，通过地址解引用，访问地址空间的值
#define GPIOF_PUPDR   (*((unsigned int *)(0x40021400+0x0C)))  //值强制类型转为地址，通过地址解引用，访问地址空间的值
#define GPIOF_ODR     (*((unsigned int *)(0x40021400+0x14)))  //值强制类型转为地址，通过地址解引用，访问地址空间的值
#define GPIOF_BSRR    (*((unsigned int *)(0x40021400+0x18)))  //值强制类型转为地址，通过地址解引用，访问地址空间的值


#define GPIOE_MODER   (*((unsigned int *)(0x40021000+0x00)))  //值强制类型转为地址，通过地址解引用，访问地址空间的值
#define GPIOE_OTYPER  (*((unsigned int *)(0x40021000+0x04)))  //值强制类型转为地址，通过地址解引用，访问地址空间的值
#define GPIOE_OSPEEDR (*((unsigned int *)(0x40021000+0x08)))  //值强制类型转为地址，通过地址解引用，访问地址空间的值
#define GPIOE_PUPDR   (*((unsigned int *)(0x40021000+0x0C)))  //值强制类型转为地址，通过地址解引用，访问地址空间的值
#define GPIOE_ODR     (*((unsigned int *)(0x40021000+0x14)))  //值强制类型转为地址，通过地址解引用，访问地址空间的值
#define GPIOE_BSRR    (*((unsigned int *)(0x40021000+0x18)))  //值强制类型转为地址，通过地址解引用，访问地址空间的值






void Led_Init(void);








void Led0(void);
void Led1(void);
void Led2(void);
void Led3(void);
void Beep(void);


#endif

二、led.c

#include "led.h"






void Led_Init(void)
{
  //将第5位置1  使能GPIOF组时钟
  RCC_AHB1ENR |= (0x01< < 5);

  //将第4位置1  使能GPIOE组时钟
  RCC_AHB1ENR |= (0x01< < 4);

  Led0();
  Led1();
  Led2();
  Led3();

}
/*********************************
引脚说明：


LED0 -- PF9


**********************************/
void Led0()
{
  //设置GPIOF9为输出模式 
  GPIOF_MODER &= ~(0x01< < 19);    //19位清0
  GPIOF_MODER |= (0x01< < 18);    //18位置1


  //设置GPIOF9为输出推挽
  GPIOF_OTYPER &= ~(0x01< < 9);    //9位清0

  //设置GPIOF9为上拉
  GPIOF_PUPDR &= ~(0x01< < 19);    //19位清0
  GPIOF_PUPDR |= (0x01< < 18);    //18位置1  

  //设置GPIOF9输出速度50MHZ
  GPIOF_OSPEEDR |= (0x01< < 19);  //19位置1
  GPIOF_OSPEEDR &= ~(0x01< < 18);  //18位清0
}
/*********************************
引脚说明：


LED1 -- PF10


**********************************/
void Led1()
{
  //设置GPIOF10为输出模式
  GPIOF_MODER &= ~(0x01< < 21);    //21位清0
  GPIOF_MODER |= (0x01< < 20);    //20位置1


  //设置GPIOF9为输出推挽
  GPIOF_OTYPER &= ~(0x01< < 10);  //10位清0

  //设置GPIOF9为上拉
  GPIOF_PUPDR &= ~(0x01< < 21);    //21位清0
  GPIOF_PUPDR |= (0x01< < 20);    //20位置1  

  //设置GPIOF9输出速度50MHZ
  GPIOF_OSPEEDR |= (0x01< < 21);  //21位置1
  GPIOF_OSPEEDR &= ~(0x01< < 20);  //20位清0
}
/*********************************
引脚说明：


LED2 -- PE13


**********************************/
void Led2()
{
  //将第4位置1  使能GPIOE组时钟
  RCC_AHB1ENR |= (0x01< < 4);

  //设置GPIOF13为输出模式
  GPIOE_MODER &= ~(0x01< < 27);     //27位清0
  GPIOE_MODER |= (0x01< < 26);     //26位置1

  //设置GPIOE输出速度为50MHZ
  GPIOE_OSPEEDR |= (0x01< < 26);   //26位置1
  GPIOE_OSPEEDR &= ~(0x01< < 27);  //27为清0

  //设置GPIOE为上拉
  GPIOE_PUPDR &= ~(0x01< < 27);    //27位清0
  GPIOE_PUPDR |= (0x01< < 26);     //26位置1

  //设置GPIOE为输出推挽
  GPIOE_OTYPER &= ~(0x01< < 13);    //13位清0
}


/*********************************
引脚说明：


LED3 -- PE14


**********************************/
void Led3()
{
  //设置GPIOE14为输出模式
  GPIOE_MODER &= ~(0x01< < 29);     //29位清0
  GPIOE_MODER |= (0x01< < 28);     //28位置1

  //设置GPIOE输出速度为50MHZ
  GPIOE_OSPEEDR |= (0x01< < 28);   //28位置1
  GPIOE_OSPEEDR &= ~(0x01< < 29);  //29为清0

  //设置GPIOE为上拉
  GPIOE_PUPDR &= ~(0x01< < 29);    //29位清0
  GPIOE_PUPDR |= (0x01< < 28);     //28位置1

  //设置GPIOE为输出推挽
  GPIOE_OTYPER &= ~(0x01< < 14);   //14位清0
}

三、main.c

#include "stm32f4xx.h"
#include "led.h"




void delay(int n)
{
  int i,j;

  for(i=0; i< n; i++)
    for(j=0; j< 30000; j++);


}




int main(void)
{
  Led_Init();
  while(1)
  {
    //BSRR 25位置1  ODR输出0  Led0灯亮
    GPIOF_BSRR |= (0x01< < 25);
    delay(1000);

    //BSRR 9位置1  ODR输出1  灯灭
    GPIOF_BSRR |= (0x01< < 9);
    //delay(1000);

    //BSRR 26位置1  ODR输出0  Led1灯亮
    GPIOF_BSRR |= (0x01< < 26);
    delay(1000);

    //BSRR 10位置1  ODR输出1  灯灭
    GPIOF_BSRR |= (0x01< < 10);
    //delay(1000);

    //BSRR 29位置1  ODR输出0  Led2灯亮
    GPIOE_BSRR |= (0x01< < 29);
    delay(1000);

    //BSRR 13位置1  ODR输出1  灯灭
    GPIOE_BSRR |= (0x01< < 13);
    //delay(1000);

    //BSRR 30位置1  ODR输出0  Led3灯亮
    GPIOE_BSRR |= (0x01< < 30);
    delay(1000);

    //BSRR 14位置1  ODR输出1  灯灭
    GPIOE_BSRR |= (0x01< < 14);
    //delay(1000);

    //BSRR 24位置1  ODR输出0  蜂鸣器响
    GPIOE_BSRR |= (0x01< < 30);
    delay(1000);

    //BSRR 8位置1  ODR输出1  蜂鸣器关
    GPIOE_BSRR |= (0x01< < 14);

    //BSRR 24位置1  ODR输出0  蜂鸣器响
    GPIOF_BSRR |= (0x01< < 8);

    delay(100);

  }


  return 0;
}

LED流水灯和蜂鸣器举例-3

一、beep.h

#ifndef __BEEP_H
#define __BEEP_H


#include "stm32f4xx.h"
#include "led.h"






void Beep_Init(void);


#endif

二、beep.c

#include "beep.h"




/*********************************
引脚说明：


Beep -- PF8


**********************************/




void Beep_Init(void)
{
  //将第5位置1  使能GPIOF组时钟
  RCC_AHB1ENR |= (0x01< < 5);

  //设置GPIOF8为输出模式 
  GPIOF_MODER &= ~(0x03< < 16);    //16、17位清0
  GPIOF_MODER |= (0x01< < 16);    //16位置1


  //设置GPIOF8为输出推挽
  GPIOF_OTYPER &= ~(0x01< < 8);    //8位清0

  //设置GPIOF8为下拉
  GPIOF_PUPDR &= ~(0x03< < 16) ;

  //设置GPIOF8输出速度100MHZ
  GPIOF_OSPEEDR |= (0x01< < 17);  //17位置1
  GPIOF_OSPEEDR |= (0x01< < 16);  //16位置1
}

三、main.c

#include "stm32f4xx.h"
#include "led.h"
#include "beep.h"


void delay(int n)
{
  int i,j;

  for(i=0; i< n; i++)
    for(j=0; j< 30000; j++);


}




int main(void)
{
  Beep_Init();

  while(1)
  {
    //BSRR 24位置1  ODR输出0  蜂鸣器响
    GPIOF_BSRR |= (0x01< < 8);

    delay(100);

    //BSRR 8位置1  ODR输出1  蜂鸣器关
    GPIOF_BSRR |= (0x01< < 24);
    delay(1000);
  }


  return 0;
}
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