STM32学习笔记05—GPIO输入输出实验

5.1 STM32单片机GPIO概述
       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。


5.2 相关寄存器
5.2.1 APB2 外设时钟使能寄存器：RCC_APB2ENR

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）



5.2.2 端口配置低寄存器：GPIOx_CRL（x=A..E）

端口配置表：

5.2.3 端口配置高寄存器：GPIOx_CRH（x=A..E）

配置方式和端口配置低寄存器一致。



5.2.4 端口输入数据寄存器：GPIOx_IDR（x=A..E）

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）



5.2.5 端口输出数据寄存器：GPIOx_ODR（x=A..E）

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。


5.3 GPIO的输入与输出例程
       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。


5.4 CM3内核的位带操作
       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”。


5.5 利用位带操作实现GPIO的输入与输出
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。

5.6 外部中断的实现
    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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