STM32时钟与GPIO设计

EmbeddedSystemDevelopment,嵌入式系统与应用,第8章STM32时钟与GPIO设计,8.1时钟设置与开启外设时钟8.2GPIO简介8.3GPIO端口配置寄存器8.4stm32f10 x.h库中GPIO代码剖析8.6GPIO控制LED灯实验,8.1系统时钟配置与外设时钟开启,在startup_stm32f10 x_hd.s启动文件中，调用_main函数之前先调用了SystemInit()初始化函数，其中系统时钟SYSCLK设置：时钟源、倍频、分频等控制参数。,SystemInit()定义在system_stm32f10 x.c文件中，其他的配置主要在stm32f10 x_rcc.c中。使用外设时，配置初始化后，必须也要开启外设时钟。,8.1.1时钟设置解析,系统时钟SYSCLK是SystemInit()先将配置时钟相关的寄存器都复位为默认值，再调用SetSysClock()选择使用频率，而具体设置是通过宏定义设置的。函数调用顺序：启动文件SystemInit()SetSysClock()SetSysClockTo72()。,1、SystemInit(),STM32时钟系统的SystemInit()中设置：SYSCLK（系统时钟）=72MHzAHB总线时钟(使用SYSCLK)=72MHzAPB1总线时钟(PCLK1)=36MHzAPB2总线时钟(PCLK2)=72MHzPLL时钟=72MHz用到的RCC寄存器复位值：RCC_CR=0 x0000 xx83;RCC_CFGR=0 x00000000；RCC_CIR=0 x00000000;RCC_CFGR2=0 x00000000;这些RCC时钟寄存器组名的宏定义与其他外设寄存器名定义都在stm32f10 x.h文件中。,RCC时钟寄存器组在stm32f10 x.h中的定义,typedefstruct_IOuint32_tCR;_IOuint32_tCFGR;_IOuint32_tCIR;_IOuint32_tAPB2RSTR;_IOuint32_tAPB1RSTR;_IOuint32_tAHBENR;_IOuint32_tAPB2ENR;_IOuint32_tAPB1ENR;_IOuint32_tBDCR;_IOuint32_tCSR;#ifdefSTM32F10X_CL_IOuint32_tAHBRSTR;_IOuint32_tCFGR2;#endif/*STM32F10X_CL*/#ifdefined(STM32F10X_LD_VL)|defined(STM32F10X_MD_VL)|defined(STM32F10X_HD_VL)uint32_tRESERVED0;_IOuint32_tCFGR2;#endif/*STM32F10X_LD_VL|STM32F10X_MD_VL|STM32F10X_HD_VL*/RCC_TypeDef;,_IO宏定义core_cm3.h中：#define_IOvolatile；volatile,易变的,用变量时需到原地址重新存取。uint32_t定义在stdin.h里。typedefunsignedintuint32_t;知道了结构体首地址就确定RCC寄存器组所有32位寄存器的地址，0 x04正好是地址偏移量，所以把连续的寄存器组定义为结构。,2、SetSysClock()函数如下,此函数中选择调用确定使用频率的函数。staticvoidSetSysClock(void)#ifdefSYSCLK_FREQ_HSESetSysClockToHSE();#elifdefinedSYSCLK_FREQ_24MHzSetSysClockTo24();#elifdefinedSYSCLK_FREQ_36MHzSetSysClockTo36();#elifdefinedSYSCLK_FREQ_48MHzSetSysClockTo48();#elifdefinedSYSCLK_FREQ_56MHzSetSysClockTo56();#elifdefinedSYSCLK_FREQ_72MHz/使用此项SetSysClockTo72();#endif,3、SetSysClockTo72()函数,各个SetSysClockToXX(void)函数，配置了具体的系统时钟,PLL倍频以及分频系数。采用寄存器直接配置方式，如：staticvoidSetSysClockTo72(void)_IOuint32_tStartUpCounter=0,HSEStatus=0;/*SYSCLK,HCLK,PCLK2andPCLK1configuration*/*EnableHSE*/RCC-CR|=(uint32_t)RCC_CR_HSEON);doHSEStatus=RCC-CR欲深入分析时钟配置，就仔细阅读这些最底层的库函数！,8.1.2开启关闭外设时钟,外设都是挂在AHB、APB1、APB2总线上，要想使用某个外设，必须初始化外设后，再开启使用开启外设的时钟，不用时再关闭外设时钟,从而降低STM32的整体功耗。stm32f10 x_rcc.c文件中有开启和关闭外设时钟的库函数，如下：RCC_AHBPeriphClockCmd(外设名，ENABLE|DISABLE)挂在AHB总线外设的开启与关闭函数，ENABLE开启，DISABLE关闭外设时钟；RCC_APB1PeriphClockCmd(外设名，ENABLE|DISABLE)挂在APB1总线外设的开启与关闭函数；RCC_APB2PeriphClockCmd(外设名，ENABLE|DISABLE)挂在APB2总线外设的开启与关闭函数；,挂载在AHB的外设名,stm32f10 x_rcc.h中对外设名进行了宏定义,看名即知设备。#defineRCC_AHBPeriph_DMA1(uint32_t)0 x00000001)#defineRCC_AHBPeriph_DMA2(uint32_t)0 x00000002)#defineRCC_AHBPeriph_SRAM(uint32_t)0 x00000004)#defineRCC_AHBPeriph_FLITF(uint32_t)0 x00000010)#defineRCC_AHBPeriph_CRC(uint32_t)0 x00000040)#defineRCC_AHBPeriph_FSMC(uint32_t)0 x00000100)#defineRCC_AHBPeriph_SDIO(uint32_t)0 x00000400)#defineRCC_AHBPeriph_OTG_FS(uint32_t)0 x00001000)#defineRCC_AHBPeriph_ETH_MAC(uint32_t)0 x00004000)#defineRCC_AHBPeriph_ETH_MAC_Tx(uint32_t)0 x00008000)#defineRCC_AHBPeriph_ETH_MAC_Rx(uint32_t)0 x00010000),挂载在APB2上的外设名,#defineRCC_APB2Periph_AFIO(uint32_t)0 x00000001)#defineRCC_APB2Periph_GPIOA(uint32_t)0 x00000004)#defineRCC_APB2Periph_GPIOB(uint32_t)0 x00000008)#defineRCC_APB2Periph_GPIOG(uint32_t)0 x00000100)#defineRCC_APB2Periph_ADC1(uint32_t)0 x00000200)#defineRCC_APB2Periph_ADC2(uint32_t)0 x00000400)#defineRCC_APB2Periph_TIM1(uint32_t)0 x00000800)#defineRCC_APB2Periph_SPI1(uint32_t)0 x00001000)#defineRCC_APB2Periph_TIM8(uint32_t)0 x00002000)#defineRCC_APB2Periph_USART1(uint32_t)0 x00004000)#defineRCC_APB2Periph_ADC3(uint32_t)0 x00008000)#defineRCC_APB2Periph_TIM15(uint32_t)0 x00010000)#defineRCC_APB2Periph_TIM16(uint32_t)0 x00020000)#defineRCC_APB2Periph_TIM17(uint32_t)0 x00040000)#defineRCC_APB2Periph_TIM9(uint32_t)0 x00080000)#defineRCC_APB2Periph_TIM10(uint32_t)0 x00100000)#defineRCC_APB2Periph_TIM11(uint32_t)0 x00200000),挂载在APB1上的外设名,#defineRCC_APB1Periph_TIM2(uint32_t)0 x00000001)#defineRCC_APB1Periph_TIM3(uint32_t)0 x00000002)#defineRCC_APB1Periph_TIM14(uint32_t)0 x00000100)#defineRCC_APB1Periph_WWDG(uint32_t)0 x00000800)#defineRCC_APB1Periph_SPI2(uint32_t)0 x00004000)#defineRCC_APB1Periph_SPI3(uint32_t)0 x00008000)#defineRCC_APB1Periph_USART2(uint32_t)0 x00020000)#defineRCC_APB1Periph_USART3(uint32_t)0 x00040000)#defineRCC_APB1Periph_UART4(uint32_t)0 x00080000)#defineRCC_APB1Periph_UART5(uint32_t)0 x00100000)#defineRCC_APB1Periph_I2C1(uint32_t)0 x00200000)#defineRCC_APB1Periph_I2C2(uint32_t)0 x00400000)#defineRCC_APB1Periph_USB(uint32_t)0 x00800000)#defineRCC_APB1Periph_CAN1(uint32_t)0 x02000000)#defineRCC_APB1Periph_CAN2(uint32_t)0 x04000000)#defineRCC_APB1Periph_BKP(uint32_t)0 x08000000)#defineRCC_APB1Periph_PWR(uint32_t)0 x10000000)#defineRCC_APB1Periph_DAC(uint32_t)0 x20000000)#defineRCC_APB1Periph_CEC(uint32_t)0 x40000000),开启外设时钟举例：,GPIO的C口挂在APB2总线，所用的时钟PCLK2为72MHz。开启GPIOC外设时钟：RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE)如用到I/O引脚复用功能，还要开启其复用功能时钟。如GPIOC的Pin4还可作为ADC1的输入引脚，把它作为ADC1来用，除开启GPIOC时钟，还要开启ADC1时钟：RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE)RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE)开启关闭外设时钟的三个函数，内部对外设时钟的使能寄存器操作，达到开启和关闭的目的。,8.2GPIO简介,GPIO（GeneralPurposeI/O）通用型输入/输出，主要用于需要用到数字量输入/输出的场合。如：继电器、LED、蜂鸣器等的控制；传感器状态、高低电平等信息的输入等。管脚可承受最大5V的输入电压，电流为4mA，短时间极限值40mA；。,GPIO简介,GPIO引脚又被分为GPIOA、GPIOBGPIOG不同的组，每组端口分为015，共16个引脚，不同芯片的端口组数不同。GPIO结构图：,端口配置寄存器,GPIO简介,I/O引脚可通过端口配置寄存器设置成不同的功能。四种输入模式（图上半部分）：上拉输入与下拉输入：与VDD相连的为上拉电阻，与VSS相连的为下拉电阻。再经施密特触发器就把信号转化为0、1存储在输入数据寄存器。浮空输入：不接上拉与下拉电阻，直接由触发器输入，由于其输入阻抗较大，一般把这种模式用于标准的通讯协议如I2C、USART的接收端。模拟输入：把电压信号直接传送到片上外设模块，如ADC,GPIO简介,推挽输出模式：输出1时P-MOS导通输出高电平1，0时N-MOS管导通输出低电平0。开漏输出模式：只有N-MOS管，外部需接上拉电阻，输出0时导通，为低电平0；输出1时截止，为高阻状态。复用功能的推挽式输出模式。复用功能的开漏输出模式。,一只三极管放大信号正半周，另一只放大负半周，故称推挽放大器,四种输出模式(图下半部分)：,GPIO简介,GPIO都可配置为中断功能，并可设置为上升沿、下降沿或边沿触发。,GPIO中断还具有掉电唤醒功能,8.3GPIO端口配置寄存器,1、端口配置低寄存器GPIOx_CRL(配置07引脚)x=AG，芯片的GPIO端口。PIOx_CRL地址偏移量：0 x00h，复位值：0 x44444444,第y个引脚的模式由寄存器的4个位控制，MODEy1:0引脚模式位，CNFy1:0引脚配置位。可配置为4种输入、4种输出模式。,GPIO端口配置寄存器,CNFy1:0：端口y配置位输入模式(MODE1:0=00)：00：模拟输入01：浮空输入(复位默认值)10：上拉/下拉输入11：保留输出模式(MODE1:000)：00：通用推挽输出01：通用开漏输出10：复用功能推挽输出11：复用功能开漏输出,MODEy1:0：端口y模式位输入模式00：复位默认值输出模式01：最大速度10MHz10：最大速度2MHz11：最大速度50MHz,PIOx_CRL复位值44444444h，即CNFy1:001、MODEy1:000，复位后端口配置为什么口？,2、端口配置高寄存器GPIOx_CRH,GPIOx_CRH(配置815引脚)与端口配置低寄存器类似。地址偏移量：0 x04h，复位值：0 x44444444例1：GPIOx_CRH寄存器的第28至29位设置为11，并在第30至31位设置为00：答：则把x端口第15个引脚的模式配置成了：输出的最大速度为50MHz的通用推挽输出模式。例2：上题反过来。,3、端口输入数据寄存器GPIOx_IDR,端口输入数据寄存器(GPIOx_IDR)(x=A.G)，读该寄存器可看某个IO口的输入状态。地址偏移量：0 x08h，复位值：0 x0000XXXX高位31:16保留，始终读为0。IDRy15:0(y=015)每个位对应I/O口的输入状态。GPIOx_IDR为只读并只能以字的形式读出。,4、端口输出数据寄存器GPIOx_ODR,GPIOx_ODR(x=A.E)位。写该寄存器可控制某个IO口的输出电平，读该寄存器可以判断IO口的输出状态。地址偏移量：0 x0Ch，复位值：0 x00000000高位31:16保留，始终为0。ODRy15:0：端口输出数据(y=015)这些位可读可写并只能以字的形式操作。通过GPIOx_BSRR(x=AG)，可以分别地对各个ODR位进行独立的置位/清零。,5、端口位置位/清零寄存器GPIOx_BSRR,GPIOx_BSRR(x=A.G)，对GPIOx的端口置位/清零。地址偏移量：0 x10，复位值：0 x00000000,位31:16为BRy(y=015)，清零，只能以字写入：0：对应的ODRx位不产生影响；1：对应的ODRx位清零；位15:0为BSy(y=015)，置位，只能以字写入：0：对对应的ODRx位不产生影响；1：对应的ODRx位置位；注：如果同时设置BSy和BRy的对应位，BSx位起作用。,6、端口位清零寄存器(GPIOx_BRR),GPIOx_BRR(x=A.G)对GPIOx的端口清零。注意：相当于GPIOx_BSRR寄存器的清零功能。地址偏移量：0 x14，复位值：0 x00000000,Bits31:16Reserved位15:0为BRy(y=015):只能以字写入：0：对应的ODRx位不产生影响；1：对应的ODRx位清零；,7、端口配置锁定寄存器GPIOx_LCKR,端口配置锁定寄存器(GPIOx_LCKR)(x=A.G)地址偏移量：0 x18，复位值：0 x00000000,位16(LCKK)：当执行正确的写序入列（写1-写0-写1-写0-写1），置1下次系统复位前该寄存器被锁住。位15:0：在LCKK位为0时：LCKy写1锁定对应端口y脚配置寄存器(CRL或CRH)中相应的4个位；LCKy写0不锁；,例：,要控制引脚电平高低，需要对寄存器进行什么操作？一个引脚y的输出数据由GPIOx_BSRR寄存器位的2个位来控制分别为BRy(BitResety)和BSy(BitSety)，BRy位用于写1清零，使引脚输出低电平；BSy位用来写1置1，使引脚输出高电平。,8.4stm32f10 x.h库中GPIO代码剖析,以外设GPIOC为例，文件中包含如下宏定义：#definePERIPH_BASE(uint32_t)0 x40000000)#defineAPB2PERIPH_BASE(PERIPH_BASE+0 x10000)#defineGPIOC_BASE(APB2PERIPH_BASE+0 x1000)先看外设基地址宏PERIPH_BASE，宏展开为uint32_t类型0 x40000000；总线基地址宏APB2PERIPH_BASE指向地址0 x40010000；最后到了宏GPIOC_BASE为APB2PERIPH_BASE加上地址偏移量0 x1000得到了GPIOC端口的寄存器组的基地址为0 x40011000。,stm32f10 x.h中GPIO代码剖析,stm32f10 x.h文件，还可以发现以下类似的宏：#defineGPIOA_BASE(APB2PERIPH_BASE+0 x0800)#defineGPIOB_BASE(APB2PERIPH_BASE+0 x0C00)#defineGPIOC_BASE(APB2PERIPH_BASE+0 x1000)#defineGPIOD_BASE(APB2PERIPH_BASE+0 x1400)GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD寄存器组的起始地址，都对应着独立的一组寄存器。,typedefstruct_IOuint32_tCRL;_IOuint32_tCRH;_IOuint32_tIDR;_IOuint32_tODR;_IOuint32_tBSRR;_IOuint32_tBRR;_IOuint32_tLCKR;GPIO_TypeDef;,#defineGPIOA(GPIO_TypeDef*)GPIOA_BASE)#defineGPIOB(GPIO_TypeDef*)GPIOB_BASE)(GPIO_TypeDef*)把GPIOA_BASE地址转换为GPIO_TypeDef结构体指针类型。,对每个GPIOx是用结构封装了寄存器组,stm32f10 x.h中代码：,结构体首地址即CRL地址若为0 x40011000，那么第二个变量CRH为0 x40011000+0 x04,0 x04正好是寄存器组中的地址偏移量。所以把连续的寄存器组定义为结构。,stm32f10 x.h中GPIO代码剖析,有了这样的宏，就可用以下方式来修改GPIO寄存器：GPIO_TypeDef*GPIOx;/*定义GPIOx指针变量为GPIO_TypeDef结构体型GPIOx=GPIOA;/把指针地址设置为宏GPIOA地址GPIOx-CRL=0 xFFFFFFFF;/“-”通过指针访问并修改GPIOA_CRL寄存器通过类似的方式，我们就可以给具体的寄存器写上适当的参数，控制STM32了。这只是库开发的皮毛，库提供了更简单的开发方式。,使用GPIO,1.配置寄存器：选定GPIO的特定功能，最基本的如：选择作为输入还是输出端口。2.数据寄存器：保存了GPIO的输入电平或将要输出的电平。3.位控制寄存器：设置某引脚的数据为1或0，控制输出的电平。4.锁定寄存器：设置某锁定引脚后，就不能修改其配置。,关于GPIO库函数,7.6LED流水灯实验,实验学习方法，先学习例程编写方法，掌握后，在实验过程中改写程序、逐渐编写程序！想要控制LED灯，当然是通过控制STM32芯片的I/O引脚电平的高低来实现。,LED流水灯实验,LED流水灯实验,LED实验中用到了RCC跟GPIO这两个外设。环境配置如图：用到的源程序：main.cled.cled.h,Led流水灯主程序：main.c,#includeled.hvoidDelay(_IOuint32_tnCount)/简单延时函数for(;nCount!=0;nCount-);intmain(void)LED_GPIO_Config();/函数在led.c中定义while(1)LED1(ON);/函数在头文件led.h中定义Delay(0 x0FFFFF);LED1(OFF);LED2(ON);Delay(0 x0FFFFF);LED2(OFF);LED3(ON);Delay(0 x0FFFFF);LED3(OFF);,led.c-初始化函数LED_GPIO_Config(),#includeled.h#includestm32f10 x_gpio.h#includestm32f10 x_rcc.hvoidLED_GPIO_Config(void)/*用库定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体*/GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;/*开启GPIOC的外设时钟*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);/*选择要控制的GPIOC引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5;/*设置引脚模式为通用推挽输出*/GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;,led.c,/设置引脚速率为50MHzGPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz；/端口初始化库函数，利用上面设置的参数初始化GPIOCGPIO_Init(GPIOC,函数LED_GPIO_Config()实现了所有为点亮led的配置,led.h头文件,#ifndef_LED_H/条件编译,防止头文件重复包含#define_LED_H/独立写头文件，方便以后扩展使用#includestm32f10 x.h/*themacrodefinitiontotriggertheledonoroff*0-on*1-off*/#defineON0#defineOFF1/*带