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[嵌入式]用寄存器&HAL库完成LED流水灯程序

一、原理学习

1，寄存器简介

??寄存器是中央处理器内的组成部分。寄存器是有限存贮容量的高速存贮部件，它们可用来暂存指令、数据和地址。通过地址，不同的寄存器有不同的地址。指令、地址寄存器与数据寄存器类似，里边存放的都是0和1，毕竟单片机也只认识机器码，机器码都是0或1，只是特别的规定下，数据寄存器里面存放的0和1表示数据，指令寄存器里存放的表示指令。

2，地址映射

1，M3存储器映射
??LED灯程序中，宏定义：

#define GPIOC_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1000)
#define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x10000)
#define PERIPH_BASE ((uint32_t)0x40000000)

PERIPH_BASE 外设基地址：因为stm32是32位的，宏展开为0x40000000并转化为 uint32_t
APB2PERIPH_BASE 总线基地址：宏展开为PERIPH_BASE加上偏移地址 0x10000

2，寄存器寻址
??查看数据手册。手册中没有直接给出所有的寄存器的地址，需要稍加计算。STM32给不同的寄存器分配了不同的地址。在《STM32中文参考手册》中，有不同寄存器的地址范围。
??第一步，找到GPIOB的基地址。
??第二步，找到端口输入寄存器的地址偏移。
??第三步，找到数据。

3，地址映射

GPIO_TypeDef * GPIOx; //定义一个 GPIO_TypeDef 型结构体指针 GPIOx
GPIOx = GPIOA; //把指针地址设置为宏 GPIOA 地址
GPIOx->CRL = 0xffffffff; //通过指针访问并修改 GPIOA_CRL 寄存器

3，寄存器映射

??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。

??会有GPIOA->CRL=0x0000 0000这种写法，表示将16进制数0赋值给GPIOA的CRL寄存器所在的存储单元

#define PERIPH_BASE      ((uint32_t)0x40000000)

??这里属于存储器级别的映射，将外设基地址映射到0x40000000。

#define APB2PERIPH_BASE       (PERIPH_BASE + 0x10000)

??这里对外设基地址进行偏移量为0x10000的地址偏移，偏移到APB2总线对应外设区。

#define GPIOA_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x0800)

??这里对APB2外设基地址进行偏移量为0x0800的地址偏移，偏移到GPIOA对应区域。

4，GPIO端口初始化设置

1，时钟配置
??因为耗电量，stm32功能强大，能做很多事，但与之同时带来的消耗也越严重，此做法降低了功耗，续航持久。
??时钟控制名字叫做RCC，属于AHB总线。GPIOB属于APB2。
??GPIO输入模式：输入浮空，输入上拉，输入下拉，模拟输入；
??输出方式：开漏输出，开漏复用输出，推挽输出，推挽复用输出。

2，输入输出模式
??输入模式
??浮空输入模式：浮空输入状态下，IO 的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定，如果在该引脚悬空的情况下，读取该端口的电平是不确定的。可做KEY按键识别。
??上下拉输入模式:内部设有上拉和下拉电阻，当外部电路为低电平，IO口设为下拉模式，当外部电路为低电平，IO口设为上拉模式。
??模拟输入：用作内部ADC输入或DAC输出，预防干扰。
??输出模式
??推挽输出模式；
??开漏输出模式；
??推挽、开漏复用模式；

3，最大速率设置

	GPIOA_CRL&=0xFF0FFFFF;		//设置位 清零	
	GPIOA_CRL|=0x00200000;		//PA5推挽输出
	
	GPIOB_CRH&=0xFFFFFF0F;		//设置位 清零	
	GPIOB_CRH|=0x00000020;		//PB9推挽输出
	
	GPIOC_CRH&=0xF0FFFFFF;		//设置位 清零	
	GPIOC_CRH|=0x02000000;		//PC14推挽输出

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

二、GPIOx引脚控制LED灯

1，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，对相应的引脚进行时钟使能配置、端口配置（高or低）寄存器配置、端口输出寄存器配置。
  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。
  3. 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，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。
  6. 端口配置寄存器(每四位配置一个端口)。
  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。
  8. 配置端口输出寄存器。
  9. 实现流水灯只需增加灯的数量和增加一些延时。

2，C语言寄存器方式编程实现

1，实现引脚控制LEDC语言


//--------------APB2使能时钟寄存器------------------------
#define RCC_AP2ENR	*((unsigned volatile int*)0x40021018)
//----------------GPIOA配置寄存器 ------------------------
#define GPIOA_CRL	*((unsigned volatile int*)0x40010800)
#define	GPIOA_ORD	*((unsigned volatile int*)0x4001080C)
//----------------GPIOB配置寄存器 ------------------------
#define GPIOB_CRH	*((unsigned volatile int*)0x40010C04)
#define	GPIOB_ORD	*((unsigned volatile int*)0x40010C0C)
//----------------GPIOC配置寄存器 ------------------------
#define GPIOC_CRH	*((unsigned volatile int*)0x40011004)
#define	GPIOC_ORD	*((unsigned volatile int*)0x4001100C)
//-------------------简单的延时函数-----------------------
void  Delay_ms( volatile  unsigned  int  t)
{
     unsigned  int  i;
     while(t--)
         for (i=0;i<800;i++);
}
void A_LED_LIGHT(){
	GPIOA_ORD=0x0<<5;		//PA7低电平
	GPIOB_ORD=0x1<<9;		//PB9高电平
	GPIOC_ORD=0x1<<14;		//PC15高电平
}
void B_LED_LIGHT(){
	GPIOA_ORD=0x1<<5;		//PA7高电平
	GPIOB_ORD=0x0<<9;		//PB9低电平
	GPIOC_ORD=0x1<<14;		//PC15高电平
}
void C_LED_LIGHT(){
	GPIOA_ORD=0x1<<5;		//PA7高电平
	GPIOB_ORD=0x1<<9;		//PB9高电平
	GPIOC_ORD=0x0<<14;		//PC15低电平	
}
//------------------------主函数--------------------------
int main()
{
	int j=100;
	RCC_AP2ENR|=1<<2;			//APB2-GPIOA外设时钟使能
	RCC_AP2ENR|=1<<3;			//APB2-GPIOB外设时钟使能	
	RCC_AP2ENR|=1<<4;			//APB2-GPIOC外设时钟使能
	//这两行代码可以合为 RCC_APB2ENR|=1<<3|1<<4;
	GPIOA_CRL&=0xFF0FFFFF;		//设置位 清零	
	GPIOA_CRL|=0x00200000;		//PA5推挽输出
	GPIOA_ORD|=1<<5;			//设置PA5初始灯为灭
	
	GPIOB_CRH&=0xFFFFFF0F;		//设置位 清零	
	GPIOB_CRH|=0x00000020;		//PB9推挽输出
	GPIOB_ORD|=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
	GPIOC_ORD|=0x1<<14;			//设置初始灯为灭	
	while(j)
	{	
		A_LED_LIGHT();	
		Delay_ms(10000000);
		B_LED_LIGHT();
		Delay_ms(10000000);
		C_LED_LIGHT();
		Delay_ms(10000000);
	}
}

2，keil仿真调试

1，创建项目
在这里插入图片描述
2，选择STM32F103C8开发板
在这里插入图片描述
3，在output里选择create hex file
在这里插入图片描述
4，source group里创建led.c，并写入代码
在这里插入图片描述

3，安装 stm32CubeMX，完成初始化过程，采用HAL库编程实现

1.安装STM32CubeMX

2.安装HAL库

（1）打开安装好的STMCubeMX
（2）点击HELP->Manage embedded software packages
（3）会跳出来一个选择型号界面 勾选上你要安装的HAL库， 点击“Install Now” 直到安装成功。
在这里插入图片描述

3.新建项目

（1）回到STMCubeMX的主界面，创建新项目：
在这里插入图片描述

（2）在part name里选择自己的芯片，点击信息栏中的具体芯片信息选中，点击start project。
（3）点击system core，进入SYS，在debug下选择serial wire：
在这里插入图片描述

（4）配置时钟，进入上面的rcc，有两个时钟，一个是hse和lse，我们要用是GPIO接口，而这些接口都在APB2里：
在这里插入图片描述
接下来观察时钟架构，APB2总线的时钟由hse控制，同时在这个界面得把PLLCLK右边选上：
在这里插入图片描述
（5）将hse那里设为Crystal/Ceramic Resonator：
在这里插入图片描述
（6）接下来就是点击相应的引脚设置输出寄存器了，就是output那一项，一共选了三个，是PA4，PB9，PC15：
在这里插入图片描述
（7）点击project manager，配置好自己的路径和项目名，然后IDE那项改为MDK-ARM：
在这里插入图片描述
（8）进入 code generate界面，选择生成初始化.c/.h文件，后面点击generate code，选择open project，然后就到KEIL5了：
在这里插入图片描述

4.keil仿真调试

（1）选择open project，打开main.c文件，滑倒主函数那一部分：
在这里插入图片描述（2）将下面代码放入主函数中（替代里面的内容）

SystemClock_Config();//系统时钟初始化
  MX_GPIO_Init();//gpio初始化
  while (1)
  {		
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_RESET);//PA5亮灯
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_SET);//PB9熄灯
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_14,GPIO_PIN_SET);//PC14熄灯
		HAL_Delay(1000);//延时1s
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_SET);//PA5熄灯
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_RESET);//PB9亮灯
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_14,GPIO_PIN_SET);//PC14熄灯
		HAL_Delay(1000);//延时1s		
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_SET);//PA5熄灯
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_SET);//PB9熄灯
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_14,GPIO_PIN_RESET);//PC14亮灯
		HAL_Delay(1000);//延时1s
	}

（3）电路连接
根据设计的程序连接电路：
对于USB转TTL模块和stm32f103c8t6连接：
GND — GND
3v3 — 3v3
TXD — A10
RXD — A9

总电路：
红——B9
绿——C14
黄——A5

（4）烧录运行
串口烧录要断电之后把boot0置0才能正常运行：

（5）观察GPIO端口的输出波形
Target界面中，选择跟正确的晶振大小。
在这里插入图片描述
Debug页的设置：
在这里插入图片描述
点击Debug，进入调试界面：
在这里插入图片描述
选择逻辑分析仪：
在这里插入图片描述
选择要观察的引脚：
在这里插入图片描述
运行程序，观察波形
在这里插入图片描述
引脚为低电平的灯亮，高电平的灯不亮，高低电平转换周期（LED闪烁周期）为0.995s左右。
在这里插入图片描述

三、总结

??在keil编写程序时，要注意细节，以及安装HEL库时，安装路径不能有中文，细小的问题很值得注意。

四、参考

STM32寄存器的简介、地址查找，与直接操作寄存器
STM32F103C8T6实现流水灯
stm32寄存器实现流水灯
stm32cubeMX使用HAL库点亮LED流水灯
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加:2022-10-17 12:50:48  更:2022-10-17 12:53:39 
 
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