基于STM32F1模拟I2C通信中寄存器操作IO方向经验分享

只看该作者 · 2023-5-26 09:35

#define SDA_IN() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)8<<28;}
#define SDA_OUT() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)3<<28;}

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对于我们学的STM32都是习惯性的调用库函数，操作GPIO直接对结构体成员直接赋值即可。学到I2C通信时，看到以上代码中突如其来的寄存器操作，对于我这个新手小白来说是一脸懵逼状态，经过一个下午的学习，也算是搞懂了GPIO寄存器操作。分享一下个人学结，有错误的地方欢迎各路大佬指正。

1、所需基础知识回顾
由参考手册可知，GPIO端口每个位可以由软件分别配置为：
输入浮空
输入上拉
输入下拉
模拟输入
推挽式输出
推挽式复用功能
开漏复用功能
每个GPIO端口由七个寄存器来控制，分别为：
端口配置低寄存器(GPIOx_CRL)
端口配置高寄存器(GPIOx_CRH)
端口输入数据寄存器(GPIOx_IDR)
端口输出数据寄存器(GPIOx_ODR)
端口位设置/清除寄存器(GPIOx_BSRR)
端口位清除数据寄存器(GPIOx_BRR)
端口配置锁定寄存器(GPIOx_LCKR)
注：其中GPIOx_CRL配置GPIOx_Pin0——GPIOx_Pin7引脚，GPIOx_CRH配置GPIOx_Pin8——GPIOx_Pin15引脚（这个必须要明白）

逻辑运算
左移运算
Value << num
num:指定要移位值Value移动的位数
丢弃最高位，0补在最低位
左移一位相当于乘以2的1次方，左移n位相当于乘以2的n次方
例如：8<<28，即：8向左移动28位
与运算：1 & A = A ；可得出1跟任意数进行”与“运算不会改变其值
STM32寄存器描述
GPIOx_CRL寄存器，也就是低位寄存器。配置：Pin0—Pin7。图一如下：

GPIOx_CRH寄存器，也就是高位寄存器.配置：Pin8—Pin15。图二如下：

也就是一个GPIOx端口分为GPIOx_CRL寄存器和GPIOx_CRH寄存器，其中MODE0[1:0]和CNF7[1:0]一起表示Pin0的配置值，以下依此类推，MODE7[1:0]和CNF7[1:0]一起表示Pin7的配置值。

2、代码详解
对于文章开头提到的两个宏定义分开两条解释，SDA_IN()如下：

#define SDA_IN() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)8<<28;}

其中GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF 等价于 (GPIOB->CRL) = (GPIOB->CRL) & 0X0FFFFFFF
含义为：由于上述提到的CRL为低位寄存器，意思是把GPIOB端口的CRL寄存器的28、29、30、31位清0，即将PB7中CNF7[1:0]和MODE[1:0]四位都置零。（这里应该还是蛮好理解的）

其中GPIOB->CRL|=(u32)8<<28等价于GPIOB->CRL = GPIOB->CRL | (u32)(8<<28)
由于u32强制类型转换为32位，则8的二进制为：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000
将8左移28位得：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
由左移之后的数据可知：将31、30、29、28位设置为1000。下面对上图中的CNF和MODE解析

即将PB的CRL寄存器中29和28位设置为00，由图一可知，其中29位MODE7[1]的值=0；28位MODE7[0]的值为0；图三如下：

由上图得知：29:28位配置为00，由下表得知，MODE1和MODE0为00时为输入模式。图四如下：

接下来分析31:30位的值:10，由图一可知，其中31位CNF7[1]的值=1；30位CNF7[0]的值为0。图五如下：

由29:28位得知：为输入模式，且31:30位的值为10，对照图四亦可得出，即为上下拉输入模式
SDA_OUT()如下：

#define SDA_OUT() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)3<<28;}

其中(GPIOB->CRL) &= 0X0FFFFFFF等价于 (GPIOB->CRL) = (GPIOB->CRL) & 0X0FFFFFFF
其含义为：把PB端口的CRL寄存器的第28、29、30和31位清空，把GPIOB端口中的CNF7[1:0]和MODE7[1:0]置零

其中GPIOB->CRL |= (u32)3<<28 等价于 GPIOB->CRL = GPIOB->CRL | (u32)(3<<12)
3转换为2进制为：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011
将3左移28位得：0011 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
分析左移之后的数据为，将31、30、29、28位设置为00 11
PB的CRL寄存器中29和28位设置为11，其中29位MODE7[1]的值=1；28位MODE7[0]的值为1。即为输出模式，最大速度为50Mhz。

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PB的CRL寄存器中31和30位设置为00，其中31位CNF7[1]的值=0；30位CNF7[0]的值为0；由图五可知：通用推挽式输出模式。