【正点原子探索者STM32F407开发板例程连载】第6章跑马灯实

只看该作者 · 2014-12-8 15:49

任何一个单片机，最简单的外设莫过于IO口的高低电平控制了，本章将通过一个经典的跑马灯程序，带大家开启STM32F4之旅，通过本章的学习，你将了解到STM32F4的IO口作为输出使用的方法。在本章中，我们将通过代码控制ALIENTEK探索者STM32F4开发板上的两个LED：DS0和DS1交替闪烁，实现类似跑马灯的效果。本章分为如下四个小节：

6.1， STM32F4 IO口简介

6.2，硬件设计

6.3，软件设计

6.4，下载验证

6.1 STM32F4 IO简介

本章将要实现的是控制ALIENTEK探索者STM32F4开发板上的两个LED实现一个类似跑马灯的效果，该实验的关键在于如何控制STM32F4的IO口输出。了解了STM32F4的IO口如何输出的，就可以实现跑马灯了。通过这一章的学习，你将初步掌握STM32F4基本IO口的使用，而这是迈向STM32F4的第一步。

这一章节因为是第一个实验章节，所以我们在这一章将讲解一些知识为后面的实验做铺垫。为了小节标号与后面实验章节一样，这里我们不另起一节来讲。

在讲解STM32F4的GPIO之前，首先打开我们光盘的第一个固件库版本实验工程跑马灯实验工程（光盘目录为:“4，程序源码\标准例程-库函数版本\实验1跑马灯/USER/ LED.uvproj”）,可以看到我们的实验工程目录：

图6.1.1 跑马灯实验目录结构

接下来我们逐一讲解一下我们的工程目录下面的组以及重要文件。

① 组FWLib下面存放的是ST官方提供的固件库函数，每一个源文件stm32f4xx_ppp.c都对应一个头文件stm32f4xx_ppp.h。分组内的文件我们可以根据工程需要添加和删除，但是一定要注意如果你引入了某个源文件，一定要在头文件stm32f4xx_conf.h文件中确保对应的头文件也已经添加。比如我们跑马灯实验，我们只添加了5个源文件，那么对应的头文件我们必须确保在stm32f4xx_conf.h内也包含进来，否则工程会报错。

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。大家可以根据自己的芯片型号选择对应的启动文件。

③ 组SYSTEM是ALIENTEK提供的共用代码，这些代码的作用和讲解在第五章都有讲解，大家可以翻过去看下。

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stm32f4xx_gpio.c内定义的函数对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_stm32f4xx.c文件用户不需要修改，同时stm32f4xx_it.c里面存放的是中断服务函数，这两个文件的作用在3.1节有讲解，大家可以翻过去看看。Main.c函数主要存放的是主函数了，这个大家应该很清楚。

工程分组情况我们就讲解到这里，接下来我们就要进入我们跑马灯实验的讲解部分了。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。

首先要提一下，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stm32f4xx_gpio.h和stm32f4xx_gpio.c中。

相对于STM32F1来说，STM32F4的GPIO设置显得更为复杂，也更加灵活，尤其是复用功能部分，比STM32F1改进了很多，使用起来更加方便。

STM32F4每组通用 I/O 端口包括 4 个 32 位配置寄存器（MODER、OTYPER、OSPEEDR 和 PUPDR）、2 个 32 位数据寄存器（IDR 和 ODR）、1 个 32 位置位/复位寄存器 (BSRR)、1 个 32 位锁定寄存器 (LCKR) 和 2 个 32 位复用功能选择寄存器（AFRH 和 AFRL）等。

这样，STM32F4每组IO有10个32位寄存器控制，其中常用的有4个配置寄存器+2个数据寄存器+2个复用功能选择寄存器，共8个，如果在使用的时候，每次都直接操作寄存器配置IO，代码会比较多，也不容易记住，所以我们在讲解寄存器的同时会讲解是用库函数配置IO的方法。

同STM32F1一样，STM32F4的IO可以由软件配置成如下8种模式中的任何一种：

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、开漏式复用功能

关于这些模式的介绍及应用场景，我们这里就不详细介绍了，感兴趣的朋友，可以看看这个帖子了解下：http://www.openedv.com/posts/list/32730.htm 。接下来我们详细介绍IO配置常用的8个寄存器：MODER、OTYPER、OSPEEDR、PUPDR、ODR、IDR 、AFRH和AFRL。同时讲解对应的库函数配置方法。

首先看MODER寄存器，该寄存器是GPIO端口模式控制寄存器，用于控制GPIOx（STM32F4最多有9组IO，分别用大写字母表示，即x=A/B/C/D/E/F/G/H/I，下同）的工作模式，该寄存器各位描述如表5.2.5.1所示：

表5.2.5.1 GPIOx MODER寄存器各位描述

该寄存器各位在复位后，一般都是0（个别不是0，比如JTAG占用的几个IO口），也就是默认条件下一般是输入状态的。每组IO下有16个IO口，该寄存器共32位，每2个位控制1个IO，不同设置所对应的模式见表5.2.5.1描述。

然后看OTYPER寄存器，该寄存器用于控制GPIOx的输出类型，该寄存器各位描述见表5.2.5.2所示：

表5.2.5.2 GPIOx OTYPER寄存器各位描述

该寄存器仅用于输出模式，在输入模式（MODER[1:0]=00/11时）下不起作用。该寄存器低16位有效，每一个位控制一个IO口，复位后，该寄存器值均为0。

然后看OSPEEDR寄存器，该寄存器用于控制GPIOx的输出速度，该寄存器各位描述见表5.2.5.3所示：

表5.2.5.3 GPIOx OSPEEDR寄存器各位描述

该寄存器也仅用于输出模式，在输入模式（MODER[1:0]=00/11时）下不起作用。该寄存器每2个位控制一个IO口，复位后，该寄存器值一般为0。

然后看PUPDR寄存器，该寄存器用于控制GPIOx的上拉/下拉，该寄存器各位描述见表5.2.5.4所示：

表5.2.5.4 GPIOx PUPDR寄存器各位描述

该寄存器每2个位控制一个IO口，用于设置上下拉，这里提醒大家，STM32F1是通过ODR寄存器控制上下拉的，而STM32F4则由单独的寄存器PUPDR控制上下拉，使用起来更加灵活。复位后，该寄存器值一般为0。

前面，我们讲解了4个重要的配置寄存器。顾名思义，配置寄存器就是用来配置GPIO的相关模式和状态，接下来我们讲解怎么在库函数初始化GPIO的配置。

GPIO相关的函数和定义分布在固件库文件stm32f4xx_gpio.c和头文件stm32f4xx_gpio.h文件中。

在固件库开发中，操作四个配置寄存器初始化GPIO是通过GPIO初始化函数完成：

void GPIO_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需要初始化的GPIO对应的GPIO组，取值范围为GPIOA~GPIOK。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stm32f4xx_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“Go to definition of …”可以查看结构体的定义：

typedef struct

{

uint32_t GPIO_Pin;

GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;

GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed;

GPIOOType_TypeDef GPIO_OType;

GPIOPuPd_TypeDef GPIO_PuPd;

}GPIO_InitTypeDef;

下面我们通过一个GPIO初始化实例来讲解这个结构体的成员变量的含义。

通过初始化结构体初始化GPIO的常用格式是：

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9//GPIOF9

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz

GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出

GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉

GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO

上面代码的意思是设置GPIOF的第9个端口为推挽输出模式，同时速度为100M，上拉。

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，这个很好理解；第二个成员变量GPIO_Mode是用来设置对应IO端口的输出输入端口模式，这个值实际就是配置我们前面讲解的GPIOx的MODER寄存器的值。在MDK中是通过一个枚举类型定义的，我们只需要选择对应的值即可：

typedef enum

{

GPIO_Mode_IN = 0x00, /*!< GPIO Input Mode */

GPIO_Mode_OUT = 0x01, /*!< GPIO Output Mode */

GPIO_Mode_AF = 0x02, /*!< GPIO Alternate function Mode */

GPIO_Mode_AN = 0x03 /*!< GPIO Analog Mode */

}GPIOMode_TypeDef;

GPIO_Mode_IN是用来设置为复位状态的输入，GPIO_Mode_OUT是通用输出模式，GPIO_Mode_AF是复用功能模式，GPIO_Mode_AN是模拟输入模式。

第三个参数GPIO_Speed是IO口输出速度设置，有四个可选值。实际上这就是配置的GPIO对应的OSPEEDR寄存器的值。在MDK中同样是通过枚举类型定义：

typedef enum

{

GPIO_Low_Speed = 0x00, /*!< Low speed */