[嵌入式] STM32F103C8T6控制LED灯轮流闪烁

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[嵌入式]STM32F103C8T6控制LED灯轮流闪烁

一、实验原理

1、STM32F103C8T6单片机简介

STM32F103C8T6是一款由意法半导体公司（ST）推出的基于Cortex-M3内核的32位微控制器，硬件采用LQFP48封装，属于ST公司微控制器中的STM32系列。除了被我们熟知的STM32，ST公司还有SPC5X系列、STM8系列等，具体参数如下：
在这里插入图片描述

2、地址映射和寄存器映射原理

以STM32为例，操作硬件本质上就是操作寄存器。在存储器片上外设区域，四字节为一个单元，每个单元对应不同的功能。当我们控制这些单元时就可以驱动外设工作，我们可以找到每个单元的起始地址，然后通过C 语言指针的操作方式来访问这些单元。但若每次都是通过这种方式访问地址，不好记忆且易出错。这时我们可以根据每个单元功能的不同，以功能为名给这个内存单元取一个别名，这个别名实质上就是寄存器名字。给已分配好地址(通过存储器映射实现)的有特定功能的内存单元取别名的过程就叫寄存器映射。

3、GPIO端口初始化设置

（1）时钟配置

时钟配置决定了程序执行的速度，给芯片提供一个稳定的执行频率。

PLL的倍频因子：HSE * PLLMUL = 72M Hz
AHB的频率：72M Hz
APB2的频率：72M Hz
APB1的频率：36M Hz

（2）输入与输出设置

输入是进行数据的采集，外部电路通过IO口输入模拟量，然后通过“TTL肖特基触发器”（肖特基触发器是将相对缓慢变化的模拟信号变成矩形信号，便于后面读取），进入输入数据寄存器，最后就能给CPU读取数据。

输出 GPIO的输出与51的 IO口是差不多的概念，都是输出高、低电平来控制外部电路：

处理过程：CPU下达输出高或低电平指令，指令配置“位设置/清除寄存器（GPIOx_BSRR）”（设置就是“1”高电平，清除就是“0”低电平），再由位寄存器配置输出数据寄存器（GPIOx_ODR），经过一个选择器（选择是一般输出还是复用功能输出），然后进行输出控制，控制是什么模式：推挽、开漏或者关闭，然后输出高或低电平到IO口。

输入模式

输入浮空（GPIO_Mode_IN_FLOATING）
输入上拉(GPIO_Mode_IPU)
输入下拉(GPIO_Mode_IPD)
模拟输入(GPIO_Mode_AIN)

输入浮空：浮空就是逻辑器件与引脚即不接高电平，也不接低电平。由于逻辑器件的内部结构，当它输入引脚悬空时，相当于该引脚接了高电平。一般实际运用时，引脚不建议悬空，易受干扰。通俗讲就是浮空就是浮在空中，就相当于此端口在默认情况下什么都不接，呈高阻态，这种设置在数据传输时用的比较多。浮空最大的特点就是电压的不确定性，它可能是0V，页可能是VCC，还可能是介于两者之间的某个值（最有可能）浮空一般用来做ADC输入用，这样可以减少上下拉电阻对结果的影响。

输入上拉：上拉就是把点位拉高，比如拉到Vcc。上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平。电阻同时起到限流的作用。弱强只是上拉电阻的阻值不同，没有什么严格区分。

输入下拉：就是把电压拉低，拉到GND。与上拉原理相似。

模拟输入：模拟输入是指传统方式的输入，数字输入是输入PCM数字信号，即0,1的二进制数字信号，通过数模转换，转换成模拟信号，经前级放大进入功率放大器，功率放大器还是模拟的。

输出模式

开漏输出(GPIO_Mode_Out_OD)
开漏复用功能(GPIO_Mode_AF_OD)
推挽式输出(GPIO_Mode_Out_PP)
推挽式复用功能(GPIO_Mode_AF_PP)

输出端相当于三极管的集电极，要得到高电平状态需要上拉电阻才行，适合于做电流型的驱动，其吸收电流的能力相对强（一般20mA以内）。

开漏复用功能：可以理解为GPIO口被用作第二功能时的配置情况（即并非作为通用IO口使用）。端口必须配置成复用功能输出模式（推挽或开漏）。

推挽式输出：可以输出高，低电平，连接数字器件;推挽结构一般是指两个三级管分别受到互补信号的控制，总是在一个三极管导通的时候另一个截止。高低电平由IC的电源低定。推挽电路是两个参数相同的三极管或MOSFET，以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形方法任务，电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小，效率高。输出即可以向负载灌电流。推拉式输出级即提高电路的负载能力，又提高开关速度。

推挽式复用功能：可以理解为GPIO口被用作第二功能时的配置情况（并非作为通用IO口使用）

（3）最大速率设置

GPIO的输出速率：GPIO电平每秒切换的最大次数, 单纯GPIO意义不大，不过在通讯方面对于GPIO是有要求的。GPIO口的驱动电路响应速度，不是输出信号的速度。输出信号的速度与程序有关，通过选择速度来选择不同的驱动电路，降低功耗控制噪声。
这个输出速率主要体现I/O驱动电路的输出反应能力，通过选择不同的输出驱动速率，实现最佳的噪声与和功耗控制。不难理解，选择输出驱动速率越高，噪声也越大，相应的芯片功耗也会越大。所以对于这个输出频率的选择，不要太随意，合适就好。在满足应用的需求的前提下，就不要随意往高端速率选择。
当STM32的GPIO端口设置为输出形式时，有三种速度能够挑选：2MHz、10MHz和50MHz，这个速度是指I/O口驱动电路的速度，是用来挑选不同的输出驱动模块，到达最佳的噪声控制和降低功耗的意图。

（4）GPIO初始化步骤

1、使能GPIOx口的时钟
2、指明GPIOx口的哪一位，这一位的速度大小以及模式
3、调用GPIOx初始化函数进行初始化
4、调用GPIO-SetBits函数，进行相应位的置位

二、程序设计原理

1、STM32开发板中包含较多寄存器，实现流水灯操作，需要对相应的引脚进行操作。
（1）配置时钟使能
（2）配置端口配置
（3）配置端口输出寄存器
（4）烧录程序
（5）运行
2、流水灯操作的引脚位于GPIO端口：AHB总线包含RCC时钟控制，GPIO是属于APB2的。需要使用的端口的复位和时间控制受RCC控制。
在这里插入图片描述
3、通过寄存器起始地址表，查询RCC地址范围，控制的寄存器位于APB2中。
4、外设时钟使能寄存器，设偏移量为0x18，起始地址0x4002 1000，该寄存器地址为0x4002 1018
5、手册RCC_APB2ENR，位3是IOPBEN，名字是IO端口B时钟使能，就是我们想要的。把RCC_APB2ENR的位3赋值为1，就是开启GPIOB时钟

#define RCC_AP2ENR	*((unsigned volatile int*)0x40021018) #时钟使能寄存器
RCC_AP2ENR|=1<<2;

6、端口配置寄存器
我们采用通用推挽输出模式，最高输出时钟频率2Mhz。分别用到A5、B9、C14三个引脚。其中A5属于端口配置低寄存器偏移地址为0x00，B9、C14属于端口配置高寄存器偏移地址为0x04。
在这里插入图片描述
7、相应端口配置器GPIOA_CRL地址为GPIOA的基址+上偏移量
设置推挽输出并设置最大速度为2Mhz

#define GPIOA_CRL	*((unsigned volatile int*)0x40010800)
GPIOA_CRL=0x20000000;		//PA7推挽输出，2Mhz

8、配置端口输出寄存器
点亮LED需要输出低电平，地址的偏移是0x0C，所以这个数据寄存器的地址就是0x4001 0C0C，把第8位写为0就行。默认就是0，高电压赋值为1

9、本次实验采用三个灯实现，亮灯状态用1表示,灭灯状态用0表示。
初始状态为0 0 0，
状态一为1 0 0
状态二为0 1 0
状态三为0 0 1
状态三结束后继续进入状态一，一直循环达到流水灯效果。

三、C语言实现流水灯

1、创建项目

在这里插入图片描述

输入代码：

#include "stm32f10x.h"
//----------------APB2使能时钟寄存器 ---------------------
#define RCC_APB2ENR		*((unsigned volatile int*)0x40021018)
//----------------GPIOA配置寄存器 -----------------------
#define GPIOA_CRL		*((unsigned volatile int*)0x40010800)
#define	GPIOA_ODR		*((unsigned volatile int*)0x4001080C)
//----------------GPIOB配置寄存器 -----------------------
#define GPIOB_CRH		*((unsigned volatile int*)0x40010C04)
#define	GPIOB_ODR		*((unsigned volatile int*)0x40010C0C)
//----------------GPIOC配置寄存器 -----------------------
#define GPIOC_CRH		*((unsigned volatile int*)0x40011004)
#define	GPIOC_ODR		*((unsigned volatile int*)0x4001100C)

//延时函数
 void Delay()
 {
   u32 i=0;
   for(;i<2000000;i++);
 }
 int main(void)
 {	
	RCC_APB2ENR|=1<<2;			//APB2-GPIOA、GPIOB、GPIOC外设时钟使能	
	RCC_APB2ENR|=1<<3;			//APB2-GPIOA、GPIOB、GPIOC外设时钟使能	
	RCC_APB2ENR|=1<<4;
	
	GPIOA_CRL&=0xFF0FFFFF;		//设置位 清零	
	GPIOA_CRL|=0x00300000;		//PA5推挽输出，把第23、22、21、20位变为0010
	GPIOA_ODR |= 1<<5;			//设置初始灯为灭
	
	GPIOB_CRH&=0xFFFFFF0F;		//设置位 清零	
	GPIOB_CRH|=0x00000020;		//PB9推挽输出，把第7、6、5、4变为0010
	GPIOB_ODR |= 1<<9;			//设置初始灯为灭
	 
	GPIOC_CRH&=0xF0FFFFFF;		//设置位 清零	
	GPIOC_CRH|=0x02000000;		//PC14推挽输出，把第27、26、25、24变为0010
	GPIOC_ODR |= 1<<14;			//设置初始灯为灭		
	 

	 

	while(1){
		//A灯		//PA5高电平
		GPIOA_ODR&=~(1<<5);		//PA5低电平,因为是置0，所以用按位与
	 	Delay();
		GPIOA_ODR|=1<<5;

		
		//B灯	//PB9高电平
		GPIOB_ODR&=~(1<<9);		//PB9低电平,因为是置0，所以用按位与
	 	Delay();
		GPIOB_ODR|=1<<9;	


		
		
		//C灯
		GPIOC_ODR&=~(1<<14);		//PC14低电平,因为是置0，所以用按位与
	 	Delay();
		GPIOC_ODR|=1<<14;		//PC14高电平


		
		}
}
void SystemInit(void){
}