基于ARM的微机原理与接口技术

1、基于ARM的微机原理与接口技术1第6章 通用输入输出接口本章学习目标熟悉STM32F103VET6微控制器的通用输入输出接口（General-Purpose Input/Output，GPIO）的工作模式和结构掌握STM32F103VET6的GPIO的使用方法26.1 通用输入输出接口概述 STM32F1单片机 最多有7个16位的并行 I/O端口：PA、PB、PC、PD、PE、PF、PG。特点：1、多功能双向能承受5V电压的快速IO口线。2、每16根口线分为一组，分别为PA、PB、PC。3、每个GPIO端口有：两个32位配置寄存器（GPIOx_CRL，GPIOx_CRH），两个32位数据寄存器

2、（GPIOx_IDR和GPIOx_ODR），一个32位置位/复位寄存器（GPIOx_BSRR），一个16位复位寄存器（GPIOx_BRR）和一个32位锁定寄存器（GPIOx_LCKR）。3 GPIO端口的每个位可以由软件分别配置成以下模式：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4 I/O口位的基本结构51、普通I/O功能复位期间和刚复位后，复用功能未开启，I/O端口被配置成浮空输入模式。输入数据寄存器（GPIOx_IDR）在每个APB2时钟周期捕捉I/O引脚上的数据。当作为输出配置时，写到输出数据寄存器（GPIOx_OD

3、R）上的值输出到相应的I/O引脚。可以以推挽模式或开漏模式（当输出0时，只有N-MOS被打开）使用输出驱动器。所有GPIO引脚有一个内部弱上拉和弱下拉，当配置为输入时，它们可以被激活也可以被断开。6.2 GPIO的功能62、单独的位设置或位清除当对GPIOx_ODR的个别位编程时，软件不需要禁止中断：在单次APB2写操作里，可以只更改一个或多个位。3、外部中断/唤醒线所有端口都有外部中断能力。为了使用外部中断线，端口必须配置成输入模式。6.2 GPIO的功能74、复用功能（AF）使用默认复用功能前必须对端口位配置寄存器编程。对于复用输入功能，端口必须配置成输入模式（浮空、上拉或下拉）且输入引脚

4、必须由外部驱动。对于复用输出功能，端口必须配置成复用功能输出模式（推挽或开漏）。对于双向复用功能，端口位必须配置复用功能输出模式（推挽或开漏）。此时，输入驱动器被配置成浮空输入模式。6.2 GPIO的功能85、软件重新映射I/O复用功能为了使不同封装器件的外设I/O功能的数量达到最优，可以把一些复用功能重新映射到其他一些引脚上。6、GPIO锁定机制锁定机制允许冻结IO配置。6.2 GPIO的功能97、输入配置6.2 GPIO的功能根据输入配置(上拉，下拉或浮空)的不同，弱上拉和下拉电阻被连接在每个APB2时钟周期，出现在I/O脚上的数据被采样到输入数据寄存器输出缓冲器被禁止10I/O端口位的高

5、阻抗模拟输入配置输出缓冲器被禁止禁止施密特触发输入。施密特触发输出值被强置为0弱上拉和下拉电阻被禁止读取输入数据寄存器时数值为0118、输出配置6.2 GPIO的功能121） I/O端口位的开漏输出配置开漏模式： P-MOS从不被激活，仅N-MOS工作。开漏模式：输出寄存器上的0激活N-MOS，输出低电平；而输出寄存器上的1将端口置于高阻状态(P-MOS从不被激活)。激活施密特触发输入在每个APB2时钟周期，出现在I/O脚上的数据被采样到输入数据寄存器132） I/O端口位的推挽输出配置推挽模式：输出寄存器上的0激活N-MOS，而输出寄存器上的1将激活P-MOS。激活施密特触发输入弱上拉和下拉

6、电阻被禁止在每个APB2时钟周期，出现在I/O脚上的数据被采样到输入数据寄存器149、复用功能配置弱上拉和下拉电阻被禁止在每个APB2时钟周期，出现在I/O脚上的数据被采样到输入数据寄存器1510、模拟输入配置6.2 GPIO的功能166.3 GPIO的寄存器每个GPIOx端口有7个设置寄存器：两个32位的配置寄存器(GPIOx_CRL， GPIOx_CRH)(GPIOx_CRL) (x=A.G): 端口配置低寄存器，用于配置GPIOx端口的第0位第7位；端口配置高寄存器，用于配置GPIOx端口的第8位第15位。两个32位的数据寄存器（GPIOx_IDR，GPIOx_ODR)(GPIOx_ID

7、R) (x=A.G)： GPIOx 输入数据寄存器(GPIOx_ODR) (x=A.G)： GPIOx 输出数据寄存器一个32位的置位/复位寄存器 (GPIOx_BSRR) (x=A.G)一个16位的复位寄存器(GPIOx_BRR)一个32位的锁定寄存器(GPIOx_LCKR) (x=A.G) 每个寄存器的介绍请参见教材17在MCS-51单片机中，每个IO端口:只有1个设置寄存器P0端口：P0端口寄存器-P0,P1端口：P1端口寄存器-P1,P2端口：P2端口寄存器-P2,P3端口：P3端口寄存器-P3。对应STM32单片机的数据寄存器MCS-51单片机I0端口的输入、输出数据寄存器共用1个寄

8、存器Px，而STM32单片机的输入、输出数据寄存器是分开的。两个32位的数据寄存器（GPIOx_IDR，GPIOx_ODR)(x=A.G)186.4 RCC时钟模块的寄存器要使用某个外设，必须使能该外设的时钟。时钟配置需要先考虑系统时钟的来源（内部时钟、外部时钟、外部振荡器），并且是否需要锁相环（PLL）。然后再考虑内部总线和外部总线，最后考虑外设的时钟信号。应遵从先倍频作为处理器的时钟，然后再由内向外分频的原则。196.4 RCC时钟模块的寄存器流程：20STM32单片机的复位和时钟设置 :共包括10个设置寄存器一个32位的时钟控制寄存器(RCC_CR)一个32位的时钟配置寄存器（RCC_C

9、FGR)一个32位的时钟中断寄存器 (RCC_CIR)一个32位的APB2外设复位寄存器 (RCC_APB2RSTR)一个32位的APB1外设复位寄存器 (RCC_APB1RSTR) 一个32位的AHB外设时钟使能寄存器 (RCC_AHBENR) 一个32位的APB2外设时钟使能寄存器(RCC_APB2ENR) 一个32位的APB1外设时钟使能寄存器(RCC_APB1ENR) 一个32位的备份域控制寄存器 (RCC_BDCR) 一个32位的控制/状态寄存器 (RCC_CSR) 每个寄存器的介绍详见教材21编程时，时钟的具体配置是从RCC（Reset and Clock Configuratio

10、n，复位和时钟配置）寄存器组开始。在固件库中，用结构体RCC_TypeDef 定义 RCC寄存器组。在文件“stm32f10 x.h”中，定义如下：typedef struct _IO uint32_t CR; _IO uint32_t CFGR; _IO uint32_t CIR; _IO uint32_t APB2RSTR; _IO uint32_t APB1RSTR; _IO uint32_t AHBENR; _IO uint32_t APB2ENR; _IO uint32_t APB1ENR; _IO uint32_t BDCR; _IO uint32_t CSR;/*其他内容*/ R

11、CC_TypeDef;1、RCC复位和时钟配置寄存器组22#define PERIPH_BASE (uint32_t)0 x40000000) /*! Peripheral base address in the alias region */*!0时参照表180或1开漏10或1复用功能输出推挽10任意开漏1任意输入模拟输入0000任意输入浮空1任意输入下拉100输入上拉1MODE模式位MODE1:0含义00输入01最大输出速率10MHz10最大输出速率2MHz11最大输出速率50MHz37#define GPIOA_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0 x0800)#defin

12、e GPIOB_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0 x0C00)#define GPIOC_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0 x1000)#define GPIOD_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0 x1400)#define GPIOE_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0 x1800)#define GPIOF_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0 x1C00)#define GPIOG_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0 x2000)在文件stm32f01x.h中定义/* Peripheral

13、 base address in the bit-band region */#define PERIPH_BASE (u32)0 x40000000)/* Peripheral memory map */#define APB1PERIPH_BASE PERIPH_BASE#define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0 x10000)#define AHBPERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0 x20000)0 x400110000 x400108000 x40010C000 x400114000 x400118000 x40011C000

14、 x4001200038#define GPIOA (GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE)#define GPIOB (GPIO_TypeDef *) GPIOB_BASE)#define GPIOC (GPIO_TypeDef *) GPIOC_BASE)#define GPIOD (GPIO_TypeDef *) GPIOD_BASE)#define GPIOE (GPIO_TypeDef *) GPIOE_BASE)#define GPIOF (GPIO_TypeDef *) GPIOF_BASE)#define GPIOG (GPIO_TypeDef *) GPIOG

15、_BASE)39在文件“stm32f10 x_gpio.h”中，定义2） GPIO_Pin_x管脚定义： /* Exported constants -*/* GPIO pins define -*/#define GPIO_Pin_0 (u16)0 x0001) /* Pin 0 selected */#define GPIO_Pin_1 (u16)0 x0002) /* Pin 1 selected */#define GPIO_Pin_2 (u16)0 x0004) /* Pin 2 selected */#define GPIO_Pin_3 (u16)0 x0008) /* Pin 3

16、 selected */#define GPIO_Pin_4 (u16)0 x0010) /* Pin 4 selected */#define GPIO_Pin_5 (u16)0 x0020) /* Pin 5 selected */#define GPIO_Pin_6 (u16)0 x0040) /* Pin 6 selected */#define GPIO_Pin_7 (u16)0 x0080) /* Pin 7 selected */#define GPIO_Pin_8 (u16)0 x0100) /* Pin 8 selected */#define GPIO_Pin_9 (u16

17、)0 x0200) /* Pin 9 selected */#define GPIO_Pin_10 (u16)0 x0400) /* Pin 10 selected */#define GPIO_Pin_11 (u16)0 x0800) /* Pin 11 selected */#define GPIO_Pin_12 (u16)0 x1000) /* Pin 12 selected */#define GPIO_Pin_13 (u16)0 x2000) /* Pin 13 selected */#define GPIO_Pin_14 (u16)0 x4000) /* Pin 14 select

18、ed */#define GPIO_Pin_15 (u16)0 x8000) /* Pin 15 selected */#define GPIO_Pin_All (u16)0 xFFFF) /* All pins selected */使用按位或运算符“|”可以一次选中多个管脚。可以使用上表中的任意组合。403）GPIO_InitTypeDef 初始化端口参数 定义(1) 枚举类型GPIOSpeed_TypeDef:用于定义GPIO管脚 的 响应速度 (2) 枚举类型GPIOMode_TypeDef: 用于定义GPIO管脚 的 工作模式(3) 结构体GPIO_InitTypeDef: 用于初始

19、化端口参数 难点41在文件“stm32f10 x_gpio.h”中，定义：typedef enum GPIO_Speed_10MHz = 1, GPIO_Speed_2MHz, GPIO_Speed_50MHzGPIOSpeed_TypeDef; /定义GPIO管脚 的 响应速度 (1) 枚举类型GPIOSpeed_TypeDef:用于定义GPIO管脚 的 响应速度 42STM32单片机的每一个输入/输出引脚(即GPIO端口的每一位)可以配置成以下8种模式(4输入+2输出+2复用输出)： （2）STM32单片机的GPIO端口模式： 输入浮空：IN_FLOATING输入上拉：IPU（In Pus

20、h-Up）输入下拉: IPD（In Push-Down）模拟输入: AIN (Analog In) 开漏输出：Out_OD (Open Drain Output)推挽式输出:Out_PP (Push-Pull Output)推挽式复用功能:AF_PP (Push-Pull Output Alternate-Function)开漏复用功能:AF_OD (Open Drain Output Alternate-Function)输 入输 出复用输 出43枚举类型GPIOMode_TypeDef: 用于定义GPIO管脚 的 工作模式/* Configuration Mode enumeration -*/typedef enum GPIO_Mode_AIN = 0 x0, GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0 x04, GPIO_Mode_IPD = 0 x28, GPIO_Mode_IPU = 0 x48, GPIO_Mode_Out_O