5.STM32上第一个程序-GPIO控制LED

I/O基本结构

三种输入方式：
(1)一般数字输入
所走路径为①到④，间要经过“斯密特触发器”和“输入数据寄存器”。
a.斯密特触发器的作用
由于从引脚输入的高低电平信号不是很完美，所以需要经过斯密特触发器的修整，经过修整之后信号就会变得更稳定、更漂亮。
b.输入寄存器的作用
输入的数字信号（数据）将缓存在“输入数据寄存器”中，然后程序即可从“输入数据寄存器”中读出输入的数据，拿到数据后，程序就可以根据需要来使用这个数据了。

(2)复用功能输入：
所走路径为①到③，其输入的数字信号经过“斯密特触发器”的修整之后，就可以交给复用该引脚的其它“片内外设”的寄存器保存起来了，比如 USB、DMA、UART 等，这些“片内外设”拿到数据后，就会按照自己的要求来使用这些数据。
使用复用输入时，除了要配置 GPIO 的寄存器外，还需要配置 USB、DMA、UART 这些外设的寄存器，让这些“片内外设”工作起来后，它们才能接收“复用输入”的数据。

(3)模拟输入
所走路径为①到②，因为模拟信号不需要修正，所以不经过“斯密特触发器”。模拟信号输入进到芯片内部后，就会交给处理模拟信号的“片内外设”，比如交给 AD，AD 就会进行模拟/数字的转换，将模拟信号变为数字信号。

什么时候使用模拟输入
比如，温度传感器将温度转为模拟电信号后，没有将模拟信号变为数字信号，此时芯片为了能够处理这个模拟信号，就需要先通过模拟输入得到模拟信号，然后芯片内部的 AD 再将其转为数字信号，然后才能使用这个数字信号温度值。
不过这种情况不多见，因为现在大多数的传感器都自带 AD，会直接将模拟信号转为数字信号，最终给芯片的其实都已经是数字信号了

三种输入路径：
(1)一般的数字输出
路径为⑤①或者⑥①，这两种其实是一样的，唯一不同的是，

• ⑤①路径：程序将数据先讲写入“复位/置位寄存器”(标记 e)，然后电路再自动将数据导入“输出数据寄存器”(标记 f)中，然后在输出。
• ⑥①路径：程序直接将数据写入“数据输出寄存器”，然后再输出。

问1：为什么在 ⑤①路径中，数据要先写入“复位/置位寄存器”？
涉及到“复位/置位寄存器”和“输出数据寄存器”之间区别
问2：为什么还可以读“输出数据寄存器”？
我们举例理解，假如我想将原来“输出数据寄存器”中数据的第 3bit 改为 0 后再输出，可是我并不知道原来里面的值是多少，此时应该怎么办呢？我们的程序就可以先读出“输出数据寄存器”中原来的数据，然后将第 3bit 改为 0，然后再重新回写到“输出数据寄存器”中。

PS:
初看这张图的很多人总有一种误区，总以为每个引脚都有完全独立的一套寄存器，其实不是这样的，真实的情况是每个端口的 16 个引脚，比如 GPIOB 端口的 16 个引脚，它们共用相同的“输入数据寄存器”、“输出数据寄存器”、“复位/置位寄存器”等寄存器，不过每个端口的寄存器肯定都是独立的，比如 GPIOA 端口有自己独立的“输入数据寄存器”，GPIOB、GPIOC 等端口也有自己独立的“输入数据寄存器”。

问3：图中的“输出控制”是个啥？（标记 g）
“输出控制”这个东西用于选择“输出类型”，数字信号的输出可以有两种“输出类型”，一种为“推挽输出”，另一种为“开漏输出”。每个 GPIOx 端口都有提供专门的寄存器，以供我们选择是使用“推挽输出”，还是使用“开漏输出”。
(2)复用输出
输出路径为⑦①，复用输出时可以是“推挽输出”的或者“开漏输出”的，看需求。
假设引脚使用的是 LCD 相关的复用，此时程序会先将图像数据交给“LCD 片内外设”，片内外设再将数据通过“复用输出路径”将输出从引脚输出，最终将数据交给 LCD 液晶以供显示。

(3)模拟输出
输出路径为⑧①，我们举一个会用到模拟输出的例子，比如芯片内部的 DA 将数字信号转为了模拟信号，此时片内模拟信号的输出，走的就是“模拟输出路径”。

端口配置表

1.硬件：

开发板：

GPIO负极接地
IO->1 亮
IO->2 灭

2.MDK工程建立

注意：单片机中用到的C语言其实不是标准的，而是有点定制性的C语言。
之前认识：整个程序从main函数开始执行，main执行完了整个程序就完了。
起始代码：从CPU复位开始执行的第1句指令，到main函数之前所做的事情就是起始代码。

3.关于起始代码

(1)起始代码是哪里来的


(2)不同的CPU的其实代码一般是不同的
(3)起始代码是用汇编写的，一般不需要看懂，知道点就行了

3.寄存器信息确认

PG6 PG7
(1)STM32 PortG的起始地址是：0x4001 2000
(2)有可能涉及到的GPIO的地址：
寄存器名 偏移量 寄存器地址
GPIOG_CRL 0x00 0x40012000
GPIOG_CRH 0x04 0x40012004
GPIOG_IDR 0x08 0x40012008 //输入模式寄存器
GPIOG_ODR 0x0C 0x4001200C 输出模式寄存器
GPIOG_BSRR 0x10 0x40012010 ? 置位/复位寄存器
GPIOG_BRR 0x14 0x40012014 ? 复位寄存器

4.C语言操作寄存器

(1)ARM是内存与IO统一编址的，所以ARM中的所有外设都是通过寄存器的方式来操作的
(2)每个寄存器都有地址，C语言通过这些地址来操作这些寄存器位，用到的C语言技巧主要是C语言的位操作和C语言指针。
(3)常见面试题：用C语言向内存地址0x30000004写入16
(unsigned int )0x30000004 = 16; 或者：
unsigned int p = (unsigned int )0x30000004; *p = 16;
原始代码：

#define GPIOG_CRL ((unsigned int *)0x40012000)
#define GPIOG_CRH ((unsigned int *)0x40012004)
#define GPIOG_IDR ((unsigned int *)0x40012008)
#define GPIOG_ODR ((unsigned int *)0x4001200C)
#define GPIOG_BSRR ((unsigned int *)0x40012010)
#define GPIOG_BRR ((unsigned int *)0x40012014)
#define RCC_APB2ENR ((unsigned int *)0x40021018)
int main(void)
{
    //使能GPIOG
    *RCC_APB2ENR = 0x00000100;
    // 向CRH寄存器写内容，将GPIOG6-7配置为输出模式
    // 推挽输出模式，输出模式为50MHZ
    *GPIOG_CRL = 0x33333333;
    // 将GPIOG6 GPIOG7设置为1
    //*((unsigned int *)GPIOG_ODR) = 0x000000F0;
    //通过BSRR寄存器置1
    *GPIOG_BSRR = 0x0000000C0;
    while(1);
}

代码优化：
gpio.h

#ifndef H_GPIO_G
#define H_GPIO_G
typedef unsigned int u32;
#define PERIPH_BASE 0x40000000
#define GPIOG_BASE (PERIPH_BASE + 0x12000)
#define RCC_APB2ENR ((unsigned int *)0x40021018)
typedef struct
{
    u32 CRL;              //*  
    u32 CRH;            //*
    u32 IDR;        //*
    u32 ODR;            //*
    u32 BSRR;                   
    u32 BRR;                //*
}GPIOG_TypeDef;
#define GPIOG ((GPIOG_TypeDef *)GPIOG_BASE)
#endif

main.c

#include "gpio.h"
int main(void)
{
    //使能GPIOG
    *RCC_APB2ENR = 0x00000100;
    // 向CRH寄存器写内容，将GPIOG6-7配置为输出模式
    // 推挽输出模式，输出模式为50MHZ
    GPIOG->CRL = (0x33 << 24);
    GPIOG->BSRR = 0x0000000C0;
    while(1);
}

闪烁

#include "gpio.h"
void Delay(void);
void Delay(void)
{
    unsigned int i = 0, j = 0;
    for( i = 0; i < 1000; i++)
    {
            for( j = 0; j < 2000; j++);
    }
}
int main(void)
{
    //使能GPIOG
    RCC_APB2ENR = 0x00000100;
    // 向CRH寄存器写内容，将GPIOG6-7配置为输出模式
    // 推挽输出模式，输出模式为50MHZ
    GPIOG->CRL = (0x33 << 24);
    while(1)
    {
        GPIOG->BSRR = 0x000000080;
        Delay();
        GPIOG->BSRR = 0x00000040;
        Delay();
        GPIOG->BSRR = 0x00ff0000;
        Delay();
    }
}

5.时钟设置和函数移植

5.1、时钟模块回顾
(1)一个疑惑：前面代码并没有设置时钟为什么能够运行->默认启动就会使用 内部的8MHz
(2)时钟框图
5.2、时钟设置示例代码分析
(1)相关寄存器及定义
(2)代码详解
RCC->CR 就相当于是rRCC_APB2ENR
clock.h

#ifndef __CLOCK_H__
#define __CLOCK_H__
#include "gpio.h"
// 寄存器宏定义
// RCC寄存器基地址为0x40021000
#define RCC_BASE    0x40021000            // RCC部分寄存器的基地址
#define RCC_CR        (RCC_BASE + 0x00)    // RCC_CR的地址
#define RCC_CFGR    (RCC_BASE + 0x04)
#define FLASH_ACR    0x40022000
// 用C语言来访问寄存器的宏定义
#define rRCC_CR        (*((volatile unsigned int *)RCC_CR))
#define rRCC_CFGR    (*((volatile unsigned int *)RCC_CFGR))
#define rFLASH_ACR    (*((volatile unsigned int *)FLASH_ACR))
// 函数作用：时钟源切换到HSE并且使能PLL，将主频设置为72MHz
void Set_SysClockTo72M(void);
#endif

clock.c
如果出错了，通过LED的亮和灭来调试信息

#include "clock.h"
void Set_SysClockTo72M(void)
{
    unsigned int rccCrHserdy = 0;
    unsigned int rccCrPllrdy = 0;
    unsigned int rccCfrSwsPll = 0;
    unsigned int faultTime = 0;
    rRCC_CR = 0x00000083;
    rRCC_CR &= ~(1<<16);          // 关闭HSEON
    rRCC_CR |= (1<<16);            // 打开HSEON，让HSE工作
    do
    {
        rccCrHserdy = rRCC_CR & (1<<17);    //检测第17位是否为1
        faultTime++;//检测时间
    }
    while ((faultTime<0x0FFFFFFF) && (rccCrHserdy==0));
    if ((rRCC_CR & (1<<17)) != 0)
    {
        rFLASH_ACR |= 0x10;
        rFLASH_ACR |= (0x02);
        // 到这里HSE就ready了，下面再去配PLL并且等待他ready
        rRCC_CFGR &= (~((0x0f<<4) | (0x07<<8) | (0x07<<11)));
        //rRCC_CFGR &= (~(0x3ff<<4));
        // AHB和APB2未分频，APB1被2分频，所以最终：AHB和APB2都是72M，APB1是36M
        rRCC_CFGR |= ((0x0<<4) | (0x04<<8) | (0x0<<11));
        // 选择HSE作为PLL输入并且HSE不分频，所以PLL输入为8M
        rRCC_CFGR &= (~((1<<16) | (1<<17)));       // 清零bit17和bit16
        rRCC_CFGR |= ((1<<16) | (0<<17));        // 置1 bit16
        // 设置PLL倍频系数为9
        rRCC_CFGR &= (~(0x0f<<18));               // 清零bit18-21
        rRCC_CFGR |= (0x07<<18);                // 9倍频
        // 打开PLL开关
        rRCC_CR |= (1<<24);
        // do while 循环等待PLL时钟稳定
        faultTime = 0;
        do
        {
            rccCrPllrdy = rRCC_CR & (1<<25);    //检测第25位是否为1
            faultTime++;//检测时间
        }
        while ((faultTime<0x0FFFFFFF) && (rccCrPllrdy==0));
        //while (rccCrPllrdy==0);
        if ((rRCC_CR & (1<<25)) == (1<<25))
        {
              // 到这里说明PLL已经稳定了，可以用了，下面就可以切了
            // 切换PLL输出为SYSCLK
            rRCC_CFGR &= (~(0x03<<0));   
            rRCC_CFGR |= (0x02<<0);    
            faultTime = 0;
            do
            {
                rccCfrSwsPll = rRCC_CFGR & (0x03<<2);    //检测第25位是否为1
                faultTime++;//检测时间
            }
            while ((faultTime<0x0FFFFFFF) && (rccCfrSwsPll!=(0x02<<2)));
               if ((rRCC_CFGR & (0x03<<2))== (0x02<<2))
            {
                // 到这里我们的时钟整个就设置好了，可以结束了
            }
            else
            {
                // 到这里就说明PLL输出作为SYSCLK不成功
                while (1);
            }
        }
        else
        {
            // 到这里就说明PLL启动时出错了，PLL不能稳定工作
            while (1);
        }
    }
    else
    {
        // HSE配置超时，说明HSE不可用，一般硬件就有问题要去查
        while (1);
    }
}

6.编程总结

6.1、STM32和51或其他简单单片机的相同
(1)开关环境都是Keil
(2)都是看原理图和数据手册
(3)都是用C语言
6.2、STM32和51或其他简单单片机的不同
(1)工程会更复杂，会用到Keil的一些高级设置
(2)原理图和数据手册比简单单片机更复杂（复杂不是难）
(3)STM32会用到C语言的更多高级特性
6.3、外设编程思路
(1)都是套路
(2)会出现问题，这时候就需要调试能力（不一定非要调试器）
(3)注意熟悉和体会这种套路