APM32F103入门1——GPIO和SYSTICK

只看该作者 · 2023-10-8 16:37

本帖最后由南河壹号于 2023-10-8 20:41 编辑

#申请原创#

GPIO简介

General Purpose Input Output，即通用输入输出端口，简称GPIO

作用：负责采集外部器件的信息或者控制外部器件工作，即输入输出

GPIO特点

不同型号，IO口数量可能不一样，可通过数据手册快速查询
快速翻转，每次翻转最快只需要两个时钟周期（F1最高速度可以到50Mhz）
每个IO口都可以做中断
支持8种工作模式

IO端口基本结构

1.保护二极管：用是防止从外部I/O管脚输入的电压过高或者过低造成内部电路损坏。
2.内部上下拉电阻：上拉下拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高低电平，电阻同时起限流作用。
3.施密特触发器：施密特触发器就是一种整形电路，可以将非标准方波整形成方波，如正弦波转方波。

当输入电压高于正向阈值电压，输出为高；
当输入电压低于负向阈值电压，输出为低；
当输入在正负向阈值电压之间，输出不改变

4.P-MOS和N-MOS：MOS管是压控型元件，通过控制栅源电压（ Vgs ）来实现导通或关闭。

GPIO模式介绍

模拟输入

禁止输出缓冲器
禁止施密特触发器输入
禁止上拉和下拉
IDATA寄存器值为0

浮空输入

禁止输出缓冲器
施密特触发器打开
禁止上拉和下拉
IDATA寄存器在每个APB2时钟周期采样I/O脚上的数据
对IDATA的读访问可得到I/O的状态

上拉/下拉输入(上拉为例)

禁止输出缓冲器
施密特触发器打开
开启上拉
IDATA寄存器在每个APB2时钟周期采样I/O脚上的数据
对IDATA的读访问可得到I/O的状态

推挽输出

打开输出缓冲器
P-MOS和N-MOS都工作
施密特触发器打开
禁止上拉和下拉
在推挽模式时，对ODATA的读访问可得到最后一次写的值

复用推挽/开漏输出（推挽为例）

内置外设的信号驱动输出缓冲器(复用推挽功能输出)
输出缓冲器打开
P-MOS和N-MOS都工作（P-MOS不工作，N-MOS工作）
禁止上拉和下拉
施密特触发器打开
在推挽模式时，对ODATA的读访问可得到最后一次写的值
在开漏模式时，对IDATA的读访问可得到I/O状态

GPIO寄存器

每个GPI/O端口有两个32位配置寄存器(CFGLOW，CFGHIG)，两个32位数据寄存器(IDATA和ODATA)，一个32位设置/清除寄存器(BSC)，一个16位清除寄存器(BC)和一个32位锁定寄存器(LOCK)。

CFGLOW：CFG配置，LOW低位，加一起就是GPIO端口配置低寄存器，用于配置GPIO模式（输入模式还是输出模式，输出模式还需要配置输出速度），CFGLOW用于配置PIN0-PIN7
CFGHIG：CFG配置，HIG高位，加一起就是GPIO端口配置高寄存器，用于配置GPIO模式（输入模式还是输出模式，输出模式还需要配置输出速度），CFGHIG用于配置PIN8-PIN15
IDATA：I输入，DATA数据，加一起就是GPIO端口输入数据寄存器，用于存储PIN0-PIN15的IO输入状态，GPIO输入数据寄存器为只读并只能以字(16位)的形式读出。读出的值为对应I/O口的状态。
ODATA：O输出，DATA数据，加一起就是GPIO端口输出数据寄存器，用于存储PIN0-PIN15的IO输出状态，GPIO输出数据寄存器可读可写并只能以字(16位)的形式操作。BSC可以分别地对ODATA各个位进行独立的设置/清除。
BSC：B位，S设置，C清除，加一起就是GPIO端口位设置/清除寄存器，用于设置/清除对应的GPIO端口位，低16位设置，高16位清除，若同时设置和清除同一位，设置起作用。
BC：B位，C清除，加一起就是GPIO端口位清除寄存器，用于清除对应的GPIO端口位。
LOCK：LOCK锁定，加起来就是GPIO端口位锁定寄存器，用于保护GPIO 的配置在程序运行期间误修改，低16位用来锁定GPIO端口位，低16锁定之前需要对17位写入一定的序列才可以对低16位进行设置，从而锁定GPIO端口位。

库函数说明

IO端口复用和重映射

IO 端口除了实现通用的输入输出功能外，还能实现作为多种外设功能的接口，为了充分利用外设 I/O 引脚，还支持端口复用功能。既可以在同一个引脚实现多个功能（同一时刻只能实现一个功能），也可以将某一功能重映射至其它 I/O上（原来支持的功能不再支持）。

什么时候需要开AFIO时钟，当使用到外部中断，事件和重映射的时候，需要开启AFIO时钟，使用引脚复用功能时不需要开启AFIO时钟

AFIO寄存器

EVCTRL：EV事件，CTRL控制，加一起就是AFIO事件控制寄存器，用于是否配置GPIOx_PINx用于事件输出
REMAP1：REMAP重映射，加一起就是AFIO重映射寄存器1，用于配置功能引脚的重映射
REMAP2：参考REMAP1
EINTSEL1：EINT外部中断，SEL选择，加一起就是外部中断选择寄存器1，用于配置的外部中断的输入源GPIOx_PINy(0-3)
EINTSEL2、3、4：参考EINTSEL1

SysTick定时器

SysTick定时器也叫SysTick滴答定时器，它是Cortex-M3内核的一个外设，被嵌入在 NVIC 中。它是一个24位向下递减的定时器，每计数一次所需时间为 1/SYSTICK，SYSTICK是系统定时器时钟，它可以直接取自AHB时钟，还可以通过AHB时钟8分频后获取。通常我们使用的是AHB总线上的8分频作为Systick的时钟。

Systick工作流程

Systick时钟我们这里选择AHB时钟8分频，系统时钟设置为72MHz，即每计数一次所需时间为1/(72000000/8)s，也就是1/(72/8)us，就是1us时间内滴答定时器会计数9次，当滴答定时器计数到0时，将从LOAD寄存器中自动重装定时器初值，重新向下递减计数，如此循环往复。如果开启SysTick中断的话，当定时器计数到0，将产生一个中断信号。因此只要知道计数的次数就可以准确得到它的延时时间。

SysTick定时器通常应用在操作系统中，为其提供时钟周期。

SysTick定时器寄存器介绍

CTRL 寄存器

ENABLE：用于使能滴答定时器
TICKINT：用于开启滴答定时器中断
CLKSOURCE：用于选择滴答定时器时钟源，1是选择AHB时钟，0是选择AHB时钟8分频
COUNTFLAG：计数标志位，滴答定时器计数到0会硬件置1，读操作会使该位自动清0

LOAD 寄存器

LOAD是SysTick定时器的重装载数值寄存器。因为SysTick定时器是一个24位递减计数器，因此重装载寄存器中只使用到了低24位，即 bit0——bit23。当系统复位时，其值为0

RELOAD：用于存放重装载计数值，当滴答计数器计数到0，会重新装载该值

VAL 寄存器

VAL 是SysTick定时器的当前数值寄存器

CURRENT：用于存放滴答定时器当前的倒计数的值，写操作会使之清0，同时还会清除CTRL寄存器中的COUNTFLAG计数标志位。

CALIB 寄存器

CALIB 是 SysTick 定时器的校准数值寄存器

SysTick相关函数介绍

工程介绍
led.h

复制

#ifndef _LED_H_

#define _LED_H_



#include "apm32f10x_rcm.h"

#include "apm32f10x_gpio.h"





#define                LED0_PORT                GPIOB

#define                LED0_PIN                GPIO_PIN_5

#define                LED0_CLOCK                RCM_APB2_PERIPH_GPIOB





#define                LED1_PORT                GPIOE

#define                LED1_PIN                GPIO_PIN_5

#define                LED1_CLOCK                RCM_APB2_PERIPH_GPIOE



#define                LED0_ON                        GPIO_ResetBit(LED0_PORT,LED0_PIN);

#define                LED0_OFF                GPIO_SetBit(LED0_PORT,LED0_PIN);

#define                LED0_TOGGLE                GPIO_WriteBitValue(LED0_PORT,LED0_PIN,(uint8_t)(1-GPIO_ReadOutputBit(LED0_PORT,LED0_PIN)));



#define                LED1_ON                        GPIO_ResetBit(LED1_PORT,LED1_PIN);

#define                LED1_OFF                GPIO_SetBit(LED1_PORT,LED1_PIN);

#define                LED1_TOGGLE                GPIO_WriteBitValue(LED1_PORT,LED1_PIN,(uint8_t)(1-GPIO_ReadOutputBit(LED1_PORT,LED1_PIN)));









void LED_Init(void);





#endif

led.c

复制

#include "led.h"





void LED_Init(void)

{

        //开启LED对应的GPIO时钟

        RCM_EnableAPB2PeriphClock(LED0_CLOCK|LED1_CLOCK);

        

        //定义GPIO结构体变量

        GPIO_Config_T GPIO_ConfigStructure;

        

        //配置LED0工作模式

        GPIO_ConfigStructure.mode=GPIO_MODE_OUT_PP;

        GPIO_ConfigStructure.pin=LED0_PIN;

        GPIO_ConfigStructure.speed=GPIO_SPEED_50MHz;

        GPIO_Config(LED0_PORT,&GPIO_ConfigStructure);

        

        //配置LED1工作模式

        GPIO_ConfigStructure.pin=LED1_PIN;

        GPIO_Config(LED1_PORT,&GPIO_ConfigStructure);

        

        //设置LED0、LED1默认状态

        GPIO_SetBit(LED0_PORT,LED0_PIN);

        GPIO_SetBit(LED1_PORT,LED1_PIN);

}

systick.h

复制

#ifndef _SYSTICK_H_

#define _SYSTICK_H_



#include "apm32f10x.h"                  // Device header



void SYSTICK_Init(uint8_t systickclk);

void delay_us(uint32_t nus);

void delay_ms(u16 nms);





#endif

systick.c

复制

#include "systick.h"



//设置us和ms默认初值

static uint8_t systick_us=0;

static uint16_t systick_ms=0;





void SYSTICK_Init(uint8_t systickclk)        //输入参数是系统时钟，单位MHz

{

        //SysTick时钟源选择AHB时钟8分频

        SysTick_ConfigCLKSource(SYSTICK_CLK_SOURCE_HCLK_DIV8);

        

        //设置1us和1ms计数值

        systick_us=systickclk/8;        

        systick_ms=(uint16_t)(1000*systick_us);

}



void delay_us(uint32_t nus)

{

        uint32_t temp;

        SysTick->LOAD=nus*systick_us;                                //设置重装载计数值

        SysTick->VAL=0x00;                                                         //清空计数器

        SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ;        //计数器开始计数

        do

        {

                temp=SysTick->CTRL;

        }while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16)));                //等待时间到达-COUNTFLAG位为1

        SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;        //关闭计数器

        SysTick->VAL =0X00;                                              //清空计数器         

}



void delay_ms(u16 nms)

{                                     

        u32 temp;                   

        SysTick->LOAD=(u32)nms*systick_ms;                        //时间加载(SysTick->LOAD为24bit)

        SysTick->VAL =0x00;                                                        //清空计数器

        SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ;        //计数器开始计数

        do

        {

                temp=SysTick->CTRL;

        }while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16)));                //等待时间到达——COUNTFLAG位为1   

        SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;        //关闭计数器

        SysTick->VAL =0X00;                                               //清空计数器                      

}

systick实现us计时详解

uint32_t temp;
用于存放CTRL寄存器的值

SysTick->LOAD=nus*systick_us;
设置重装载计数值

SysTick->VAL=0x00;
清空计数器

SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
计数器开始计数,SysTick_CTRL_ENABLE_Msk值为1，SysTick->CTRL与SysTick_CTRL_ENABLE_Msk进行或运算，把bit0设置为1，计数器开始计数

temp=SysTick->CTRL;
把CTRL寄存器的值赋值给temp

while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16)));
循环判断滴答计数器ENABLE使能位和COUNTFLAG计数标志位
1<<16=1 0000 0000 0000 0000
当CTRL寄存器的COUNTFLAG计数标志位为1，temp&(1<<16)为1，!(temp&(1<<16))为0退出循环，表示时间到，
当CTRL寄存器的COUNTFLAG计数标志位为0，temp&(1<<16)为0，!(temp&(1<<16))为1继续循环，表示时间没到，

SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
SysTick_CTRL_ENABLE_Msk值为1，~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk为0，进行与运算结果为0，关闭计数器

SysTick->VAL =0X00;
清空计数器

总结：
1.设置重装载计数值
2.清空计数值
3.滴答计数器使能，即开启计数器
4.循环判断滴答计数器ENABLE使能位和COUNTFLAG计数标志位
5.退出循环，关闭计数器
6.清除计数值

main.c

复制

#include "apm32f10x.h"                  // Device header

#include "led.h"

#include "systick.h"





int main(void)

{

        LED_Init();

        SYSTICK_Init(72);

        

        while(1)

        {

                LED0_TOGGLE;

                LED1_TOGGLE;

                delay_ms(500);

        }

}

实验现象
LED0和LED1隔0.5s闪烁一次