第5章跑马灯实验

跑马灯实验 1，STM32IO口简介

2，硬件设计

3，软件设计

4，仿真与下载

库函数实现STM32IO简介①组FWLib下面存放的是ST官方提供的固件库函数，里面的函数我们可以根据需要添加和删除，但是一定要注意在头文件stm32f10x_conf.h文件中注释掉删除的源文件对应的头文件，这里面的文件内容用户不需要修改。stm32f10x_gpio.c源文件下面include了好几个头文件，其中有一个stm32f10x_conf.h，这个文件会被每个固件库源文件引用。从图中可以看出，在头文件stm32f10x_conf.h文件中，我们包含了四个.h头文件，那是因为我们的FWLib组下面引入了相应的4个.c源文件。同时大家记住，后面三个源文件stm32f10x_rcc.c,stm32f10x_usart.c以及misc.c在每个实验基本都要添加。在这个实验中，因为LED是关系到STM32的GPIO，所以我们增加了stm32f10x_gpio.c和头文件stm32f10x_gpio.h的引入。添加和删除固件库源文件的步骤是：

1.在stm32f10x_conf.h文件引入需要的.h头文件。这些头文件在每个实验的目录\STM32F10x_FWLib\inc下面都有存放。

2.在FWLib下面加入步骤一中引入的.h头文件对应的源文件。记住最好一一对应，否则就有可能会报错。这些源文件在每个实验的\STM32F10x_FWLib\src目录下面都有存放.

②组CORE下面存放的是固件库必须的核心文件和启动文件。这里面的文件用户不需要修改.

③组SYSTEM是ALIENTEK提供的共用代码.

④组HARDWARE下面存放的是每个实验的外设驱动代码，他的实现是通过调用FWLib下面的固件库文件实现的，比如led.c里面调用stm32f10x_gpio.c里面的函数对led进行初始化，这里面的函数是讲解的重点。后面的实验中可以看到会引入多个源文件。

⑤组USER下面存放的主要是用户代码。但是system_stm32f10x.c文件用户不需要修改，同时stm32f10x_it.c里面存放的是中断服务函数，Main.c函数主要存放的是主函数了，这个大家应该很清楚。这里需要说明一下，我们在讲解固件库之前会首先对重要寄存器进行一个讲解，这样是为了大家对寄存器有个初步的了解。大家学习固件库，并不需要记住每个寄存器的作用，而只是通过了解寄存器来对外设一些功能有个大致的了解，这样对以后的学习也很有帮助。在固件库中GPIO端口操作对应的库函数函数以及相关定义在文件

stm32f10x_gpio.h和stm32f10x_gpio.c中。

STM32的IO口相比51而言要复杂得多，所以使用起来也困难很多。首先STM32的IO口可以由软件配置成如下8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、推挽输出

7、推挽式复用功能

8、开漏复用功能每个IO口可以自由编程，但IO口寄存器必须要按32位字被访问。STM32的很多IO口都是5V兼容的，这些IO口在与5V电平的外设连接的时候很有优势.

STM32的每个IO端口都有7个寄存器来控制。他们分别是：配置模式的2个32位的端口配置寄存器CRL和CRH；2个32位的数据寄存器IDR和ODR；1个32位的置位/复位寄存器BSRR；一个16位的复位寄存器BRR；1个32位的锁存寄存器LCKR。CRL和CRH控制着每个IO口的模式及输出速率。该寄存器的复位值为0X44444444，复位值其实就是配置端口为浮空输入模式。STM32的CRL控制着每组IO端口（A~G）的低8位的模式。

每个IO端口的位占用CRL的4个位，高两位为CNF，低两位为MODE。这里我们可以记住几个常用的配置，比如0X0表示模拟输入模式（ADC用）、0X3表示推挽输出模式（做输出口用，50M速率）、0X8表示上/下拉输入模式（做输入口用）、0XB表示复用输出（使用IO口的第二功能，50M速率）。CRH的作用和CRL完全一样，只是CRL控制的是低8位输出口，而CRH控制的是高8位输出口。在固件库开发中，操作寄存器CRH和CRL来配置IO口的模式和速度是通过GPIO初始化函数完成：

voidGPIO_Init(GPIO_TypeDef*GPIOx,GPIO_InitTypeDef*GPIO_InitStruct)；

这个函数有两个参数，第一个参数是用来指定GPIO，取值范围为GPIOA~GPIOG。

第二个参数为初始化参数结构体指针，结构体类型为GPIO_InitTypeDef。下面我们看看这个结构体的定义。首先我们打开我们光盘的跑马灯实验，然后找到FWLib组下面的stm32f10x_gpio.c文件，定位到GPIO_Init函数体处，双击入口参数类型GPIO_InitTypeDef后右键选择“Gotodefinitionof…”可以查看结构体的定义：

typedefstruct

{ uint16_tGPIO_Pin;

GPIOSpeed_TypeDefGPIO_Speed;

GPIOMode_TypeDefGPIO_Mode;

}GPIO_InitTypeDef;

通过初始化结构体初始化GPIO的常用格式是：

GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5;//LED0-->PB.5端口配置

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//速度50MHz

GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);//根据设定参数配置GPIO

上面代码的意思是设置GPIOB的第5个端口为推挽输出模式，同时速度为50M。从上面初始化代码可以看出，结构体GPIO_InitStructure的第一个成员变量GPIO_Pin用来设置是要初始化哪个或者哪些IO口；第二个成员变量GPIO_Mode是用来设置对应IO端口的输出输入模式，这些模式是上面我们讲解的8个模式，在MDK中是通过一个枚举类型定义的typedefenum

{ GPIO_Mode_AIN=0x0,//模拟输入

GPIO_Mode_IN_FLOATING=0x04,//浮空输入

GPIO_Mode_IPD=0x28,//下拉输入

GPIO_Mode_IPU=0x48,//上拉输入

GPIO_Mode_Out_OD=0x14,//开漏输出

GPIO_Mode_Out_PP=0x10,//通用推挽输出

GPIO_Mode_AF_OD=0x1C,//复用开漏输出

GPIO_Mode_AF_PP=0x18//复用推挽

}GPIOMode_TypeDef;

第三个参数是IO口速度设置，有三个可选值，在MDK中同样是通过枚举类型定义：

typedefenum

{

GPIO_Speed_10MHz=1,

GPIO_Speed_2MHz,

GPIO_Speed_50MHz

}GPIOSpeed_TypeDef;

IDR是一个端口输入数据寄存器，只用了低16位。该寄存器为只读寄存器，并且只能以16位的形式读出。该寄存器各位的描述如图所示：要想知道某个IO口的电平状态，你只要读这个寄存器，再看某个位的状态就可以了。使用起来是比较简单的。

在固件库中操作IDR寄存器读取IO端口数据是通过GPIO_ReadInputDataBit函数实现的：

uint8_tGPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin)

比如我要读GPIOA.5的电平状态，那么方法是：

GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_5);

返回值是1(Bit_SET)或者0(Bit_RESET);ODR是一个端口输出数据寄存器，也只用了低16位。该寄存器为可读写，从该寄存器读出来的数据可以用于判断当前IO口的输出状态。而向该寄存器写数据，则可以控制某个IO口的输出电平。该寄存器的各位描述如图所示：在固件库中设置ODR寄存器的值来控制IO口的输出状态是通过函数GPIO_Write实现：

voidGPIO_Write(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tPortVal);

该函数一般用来往一次性一个GPIO的多个端口设值。

BSRR寄存器是端口位设置/清除寄存器。该寄存器和ODR寄存器具有类似的作用，都可以用来设置GPIO端口的输出位是1还是0。下面我们看看该寄存器的描述如下图：该寄存器通过举例子可以很清楚了解它的使用方法。例如你要设置GPIOA的第1个端口值为1，那么你只需要往寄存器BSRR的低16位对应位写1即可：

GPIOA->BSRR=1<<1;

如果你要设置GPIOA的第1个端口值为0，你只需要往寄存器高16位对应为写1即可：

GPIOA->BSRR=1<<(16+1)

该寄存器往相应位写0是无影响的，所以我们要设置某些位，我们不用管其他位的值。

BRR寄存器是端口位清除寄存器。该寄存器的作用跟BSRR的高16位雷同，这里就不做详细讲解。在STM32固件库中，通过BSRR和BRR寄存器设置GPIO端口输出是通过函数GPIO_SetBits()和函数GPIO_ResetBits()来完成的。

voidGPIO_SetBits(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin);

voidGPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin)

在多数情况下，我们都是采用这两个函数来设置GPIO端口的输入和输出状态。比如我们要设置GPIOB.5输出1，那么方法为：

GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);

反之如果要设置GPIOB.5输出位0，方法为：

GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);

GPIO相关的函数我们先讲解到这里。虽然IO操作步骤很简单，这里我们还是做个概括性的总结，操作步骤为：

1）使能IO口时钟。调用函数为RCC_APB2PeriphClockCmd()。

2）初始化IO参数。调用函数GPIO_Init();

3）操作IO。操作IO的方法就是上面我们讲解的方法。硬件设计本章用到的硬件只有LED（DS0和DS1）。其电路在STM32开发板上默认是已经连接好了的。DS0接PB5，DS1接PE5。所以在硬件上不需要动任何东西。软件设计跑马灯实验我们主要用到的固件库文件是：

stm32f10x_gpio.c/stm32f10x_gpio.h

stm32f10x_rcc.c/stm32f10x_rcc.h

misc.c/misc.h

stm32f10x_usart/stm32f10x_usart.h

其中stm32f10x_rcc.h头文件在每个实验中都要引入，因为系统时钟配置函数以及相关的外设时钟使能函数都在这个其源文件stm32f10x_rcc.c中。stm32f10x_usart.h和misc.h头文件在我们

SYSTEM文件夹中都需要使用到，所以每个实验都会引用。

在stm32f10x_conf.h文件里面，我们注释掉其他不用的头文件，只引入以下头文件：

#include"stm32f10x_gpio.h"

#include"stm32f10x_rcc.h"

#include"stm32f10x_usart.h"

#include"misc.h"

首先，找到之前新建的Template工程，在该文件夹下面新建一个HARDWARE的文件夹，用来存储以后与硬件相关的代码，然后在HARDWARE文件夹下新建一个LED文件夹，用来存放与LED相关的代码。如图所示：

然后我们打开USER文件夹下的LED.Uv2工程(如果是使用的上面新建的工程模板，那么就是Template.Uv2，大家可以将其重命名为LED.Uv2)，按按钮新建一个文件，然后保存在HARDWARE->LED文件夹下面，保存为led.c。在该文件中输入如下代码：

#include"led.h"

//初始化PB5和PE5为输出口.并使能这两个口的时钟

//LEDIO初始化

voidLED_Init(void)

{

GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|

RCC_APB2Periph_GPIOE,ENABLE);//使能PB,PE端口时钟

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5;//LED0-->PB.5推挽输出

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);//PB.5输出高

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5;//LED1-->PE.5推挽输出

GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitStructure);

GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);/PE.5输出高

}该代码里面就包含了一个函数voidLED_Init(void)，该函数的功能就是用来实现配置PB5和PE5为推挽输出。这里需要注意的是：在配置STM32外设的时候，任何时候都要先使能该外设的时钟！GPIO是挂载在APB2总线上的外设，在固件库中对挂载在APB2总线上的外设时钟使能是通过函数RCC_APB2PeriphClockCmd()来实现的。

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOE,ENABLE);//使能GPIOB,GPIOE端口时钟

这行代码的作用是使能APB2总线上的GPIOB和GPIOE的时钟。

在配置完时钟之后，LED_Init配置了GPIOB.5和GPIOE.5的模式为推挽输出，并且默认输出1。这样就完成了对这两个IO口的初始化。函数代码是：

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5;//LED0-->GPIOB.5端口配置

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//IO口速度为50MHz

GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);//初始化GPIOB.5

GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);//GPIOB.5输出高

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5;//LED1-->GPIOE.5推挽输出

GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitStructure);//初始化GPIOE.5

GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);//GPIOE.5输出高

这里需要说明的是，因为GPIOB和GPIOE的IO口的初始化参数都是设置在结构体变量GPIO_InitStructure中，因为两个IO口的模式和速度都一样，所以我们只用初始化一次，在GPIOE.5的初始化的时候就不需要再重复初始化速度和模式了。最后一行代码：

GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);

的作用是在初始化中将GPIOE.5输出设置为高。

保存led.c代码，然后我们按同样的方法，新建一个led.h文件，也保存在LED文件夹下面。在led.h中输入如下代码：

#ifndef__LED_H

#define__LED_H

#include"sys.h"

//LED端口定义

#defineLED0PBout(5)//DS0

#defineLED1PEout(5)//DS1

voidLED_Init(void);//初始化

#endif

这段代码里面最关键就是2个宏定义：

#defineLED0PBout(5)//DS0

#defineLED1PEout(5)//DS1

这里使用的是位带操作来实现操作某个IO口的1个位的，需要说明的是，这里同样可以使用固件库操作来实现IO口操作。

GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);//设置GPIOB.5输出1,等同LED0=1;

GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);//设置GPIOB.5输出0,等同LED0=0;将led.h也保存一下。接着，我们在ManageComponents管理里面新建一个HARDWARE的组，并把led.c加入到这个组里面，如图6所示：单击OK，回到工程，会发现在ProjectWorkspace里面多了一个HARDWARE的组，在改组下面有一个led.c的文件。如图所示：然后用之前介绍的方法将led.h头文件的路径加入到工程里面。回到主界面，在main函数里面编写如下代码：

#include"led.h"

#include"delay.h"

#include"sys.h"

//跑马灯实验

intmain(void)

{

delay_init();//延时函数初始化

LED_Init();//初始化与LED连接的硬件接口

while(1)

{ LED0=0;

LED1=1;

delay_ms(300);//延时300ms

LED0=1;

LED1=0;

delay_ms(300);//延时300ms

}

}代码包含了#include"led.h"这句，使得LED0、LED1、LED_Init等能在main()函数里被调用。这里我们需要重申的是，在固件库V3.5中，系统在启动的时候会调用system_stm32f10x.c中的

函数SystemInit()对系统时钟进行初始化，在时钟初始化完毕之后会调用main()函数。所以我们不需要再在main()函数中调用SystemInit()函数。当然如果有需要重新设置时钟系统，可以写

自己的时钟设置代码，SystemInit()只是将时钟系统初始化为默认状态。上面是通过位带操作实现的IO操作，我们也可以修改main()函数，直接通过库函数来操作IO达到同样的效果。

intmain(void)

{

delay_init();//延时函数初始化

LED_Init();//初始化与LED连接的硬件接口

while(1)

{ GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);//PB5输出低,LED0=0;

GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);//PE5输出高,LED1=1;

delay_ms(300);//延时300ms

GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);//PB5输出高,LED0=1;

GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);//PE5输出低,LED1=0;

delay_ms(300);//延时300ms

}

}

然后编译工程，可以看到没有错误，也没有警告。接下来，我们就先进行软件仿真，验证一下是否有错误的地方。仿真与下载此代码，我们先进行软件仿真，看看结果对不对，根据软件仿真的结果，然后再下载到STM32板子上面看运行是否正确。首先，我们进行软件仿真(请先确保OptionsforTargetDebug选项卡里面已经设置为Use

Simulator)。先按开始仿真，接着按显示逻辑分析窗口，点击Setup，新建两个信号PORTB.5和PORTE.5，如图所示：DisplayType选择bit，然后单击Close关闭该对话框，可以看到逻辑分析窗口出来了两个信号，如图所示：STM32IO简介接着，点击，开始运行。运行一段时间之后，按按钮，暂停仿真回到逻辑分析窗口，可以看到如所示的波形：这里注意Gird要调节到0.25s左右比较合适，可以通过Zoom里面的In按钮来放大波形，通过Out按钮来缩小波形，或者按All显示全部波形。从上图中可以看到PORTB.5和PORTE.5交替输出，周期可以通过中间那根红线来测量。至此，我们的软件仿真已经顺利通过。

寄存器实现STM32的每个IO端口都有7个寄存器来控制。他们分别是：配置模式的2个32位的端口配置寄存器CRL和CRH；2个32位的数据寄存器IDR和ODR；1个32位的置位/复位寄存器BSRR；一个16位的复位寄存器BRR；1个32位的锁存寄存器LCKR。CRL和CRH控制着每个IO口的模式及输出速率。该寄存器的复位值为0X44444444，复位值其实就是配置端口为浮空输入模式。给个实例，比如我们要设置PORTC的11位为上拉输入，12位为推挽输出。代码如下：

GPIOC->CRH&=0XFFF00FFF;//清掉这2个位原来的设置，同时也不

影响其他位的设置

GPIOC->CRH|=0X00038000;//PC11输入，PC12输出

GPIOC->ODR=1<<11;//PC11上拉

通过这3句话的配置，我们就设置了PC11为上拉输入，PC12为推挽输出。

首先，找到之前新建的TEST工程，在该文件夹下面新建一个HARDWARE的文件夹，用来存储以后与硬件相关的代码。然后在HARDWARE文件夹下新建一个LED文件夹，用来存放与LED相关的代码。如图所示：然后我们打开USER文件夹下的TEST.Uv2工程，按按钮新建一个文件，然后保存在HARDWARE->LED文件夹下面，保存为led.c。在该文件中输入如下代码：

#include"led.h"

//初始化PB5和PE5为输出口.并使能这两个口的时钟

//LEDIO初始化

voidLED_Init(void)

{

RCC->APB2ENR|=1<<3;//使能PORTB时钟

RCC->APB2ENR|=1<<6;//使能PORTE时钟

GPIOB->CRL&=0XFF0FFFFF;

GPIOB->CRL|=0X00300000;//PB.5推挽输出

GPIOB->ODR|=1<<5;//PB.5输出高

GPIOE->CRL&=0XFF0FFFFF;

GPIOE->CRL|=0X00300000;//PE.5推挽输出

GPIOE->ODR|=1<<5;//PE.5输出高

}该代码里面就包含了一个函数voidLED_Init(void)，该函数的功能就是用来实现配置PB5和PE5为推挽输出。这里需要注意的是