4--STM32单片机IO端口编程PPT学习课件

第2章STM32单片机IO端口编程,2.1STM32单片机管脚和命名规则,2.2STM32单片机时钟配置,2.3STM32单片机I/O端口配置,2.4STM32单片机I/O端编程步骤,1,STM32单片机管脚,STM32系列单片机命名规则,2.1STM32单片机管脚和命名规则,2,STM32F103CBT6共有37个I/O管脚:PA口16脚+PB口16脚+PC口3脚+PD口2脚。,STM32单片机管脚：以STM32F103Cx为例，采用的封装形式LQFP48,3,一般而言，嵌入式系统在工作前，都要进行初始化工作，其中包括调用RCC_Configuration（复位和时钟设置）函数。用于系统复位和初始化STM32系列微控制器的时钟。,2.2STM32单片机时钟配置,2.2.1STM32时钟系统,2.2.2RCC_Configuration（复位和时钟设置）函数,4,STM32系列微控制器中，有5个时钟源：HSI（HighSpeedInternal）：高速内部时钟、HSE（HighSpeedExternal）：高速外部时钟、LSI（LowSpeedInternal）：低速内部时钟、LSE（LowSpeedExternal）：低速外部时钟、PLL（PhaseLockedLoop）：锁相环倍频输出。其中的HSI、HSE、或PLL可被用来驱动系统时钟。其中的LSI、LSE作为二级时钟源。,STM32时钟系统结构图(P56),2.2.1STM32时钟系统,5,其中的HSI、HSE、或PLL可被用来驱动系统时钟。,实际PLL是来自于HSI、HSE,6,外设总线：包括APB1(AdvancedPeripheralBus1)和APB2(AdvancedPeripheralBus2),APB2：用于高速外设APB1：用于低速外设,AMBA片上总线：已成为一种流行的工业片上总线标准。它包括AHB(AdvancedHighperformanceBus)和APB(AdvancedPeripheralBus)，前者作为系统总线，后者作为外设总线。,7,STM32系统结构图,连接在APB1(低速外设)上的设备：有,连接在APB2(高速外设)上的设备：有,连接在AHB(AdvancedHighperformanceBus)上的设备：有,8,1、使能挂接在APB1总线上的外设对应的时钟命令：,RCC_APB1PeriphClockCmd()函数,例如，使能TIM2对应的时钟：RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2，ENABLE);,RCC_APB2PeriphClockCmd()函数,2、使能挂接在APB2总线上的外设对应的时钟命令：,例如，使能GPIO端口对应的时钟：RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOE，ENABLE);,9,3、使能挂接在AHB总线上的外设对应的时钟命令：,RCC_AHBPeriphClockCmd()函数,例如，使能DMA对应的时钟：RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA，ENABLE);,10,使用操作符“|”可以一次选中上表中的一个或多个取值的组合作为该参数的值。,11,复位和时钟控制(RCC),12,STM32F103xx增强型模块框图,13,基于ARMCortex内核的MCU和普通的8/16位单片机在系统结构上最大区别：,普通的8/16位单片机：只有1个系统时钟频率，而基于ARMCortex内核的MCU：具有多个时钟频率，分别供给内核和不同外设模块使用。,本课程的学习难点之一：就是ARM时钟比单片机时钟复杂得多。,为什么ARM时钟这么复杂？,14,原因二：时钟分开有助于实现低功耗。,原因一：高速时钟供中央处理器等高速设备使用，低速时钟供外设等低速设备使用。,15,时钟输出使能,STM32处理器因为低功耗的需要，各模块需要分别独立开启时钟。当需要使用某个外设模块时，记得一定要先使能对应的时钟。否则，这个外设不能工作。,16,2.2.2RCC_Configuration（）函数,1、RCC复位和时钟配置寄存器组,2、枚举类型ErrorStatus,3、RCC_Configuration()：（复位和时钟设置）函数,（ResetandClockConfiguration()，复位和时钟设置函数）,17,STM32单片机的复位和时钟设置:共包括10个设置寄存器一个32位的时钟控制寄存器(RCC_CR)一个32位的时钟配置寄存器（RCC_CFGR)一个32位的时钟中断寄存器(RCC_CIR)一个32位的APB2外设复位寄存器(RCC_APB2RSTR)一个32位的APB1外设复位寄存器(RCC_APB1RSTR)一个32位的AHB外设时钟使能寄存器(RCC_AHBENR)一个32位的APB2外设时钟使能寄存器(RCC_APB2ENR)一个32位的APB1外设时钟使能寄存器(RCC_APB1ENR)一个32位的备份域控制寄存器(RCC_BDCR)一个32位的控制/状态寄存器(RCC_CSR),Backupdomaincontrolregister(RCC_BDCR),详见参考手册V10_1第P60,18,编程时，时钟的具体配置是从RCC（ResetandClockConfiguration，复位和时钟配置）寄存器组开始。在固件库中，用结构体RCC_TypeDef定义RCC寄存器组:,在文件“stm32f10 x_map.h”中，定义如下：,/*-Real-TimeClock-*/typedefstructvu32CR;vu32CFGR;vu32CIR;vu32APB2RSTR;vu32APB1RSTR;vu32AHBENR;vu32APB2ENR;vu32APB1ENR;vu32BDCR;vu32CSR;RCC_TypeDef;,1、RCC复位和时钟配置寄存器组,19,/*Peripheralbaseaddressinthebit-bandregion*/#definePERIPH_BASE(u32)0 x40000000),/*Peripheralmemorymap*/#defineAPB1PERIPH_BASEPERIPH_BASE#defineAPB2PERIPH_BASE(PERIPH_BASE+0 x10000)#defineAHBPERIPH_BASE(PERIPH_BASE+0 x20000),#defineRCC_BASE(AHBPERIPH_BASE+0 x1000),#ifdef_RCC#defineRCC(RCC_TypeDef*)RCC_BASE)#endif/*_RCC*/,该宏定义的功能：在程序中，所有写RCC的地方，编译器的预处理程序，都将它替换为：(RCC_TypeDef*)0 x40021000),20,2、枚举类型ErrorStatus,在文件“stm32f10 x_type.h”中，包含typedefenumERROR=0,SUCCESS=!ERRORErrorStatus;,该语句，定义了新枚举类型名ErrorStatus，代表左侧定义的枚举类型。,21,3、RCC_Configuration（复位和时钟设置）函数：在“HelloRobot.h”中,ErrorStatusHSEStartUpStatus;,voidRCC_Configuration(void)/*将外设RCC寄存器组重新设置为默认值，即复位。RCCsystemreset*/RCC_DeInit();/*打开外部高速时钟晶振HSE，EnableHSE*/RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);/*等待HSE外部高速时钟晶振稳定，或者在超时的情况下退出，WaittillHSEisready*/HSEStartUpStatus=RCC_WaitForHSEStartUp();if(HSEStartUpStatus=SUCCESS)/SUCCESS：HSE晶振稳定就绪/*设置AHB时钟=SYSCLK=48MHz，HCLK（即AHB时钟）=SYSCLK*/RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);/*设置高速PCLK2时钟(即APB2clock)=AHB时钟/2=24MHz，PCLK2=HCLK/2*/RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div2);/*设置低速PCLK1时钟(即APB1clock)=AHB时钟/4=12MHz，PCLK1=HCLK/4*/RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div4);/RCC_HCLK_Div4:APB1clock=HCLK/4=12MHz,此处不同于鸥鹏公司的程序（=36MHz）/*设置Flash延时时钟周期数：为2*/FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);/*EnableFlashPrefetchBuffer预取指令指令缓冲区，这2句与RCC没有关系*/FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);/*利用锁相环将HSE外部8MHz晶振6倍频到48MHz。PLLCLK=8MHz*6=48MHz*/RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1,RCC_PLLMul_6);/此处不同于鸥鹏公司的程序:PLLCLK=8MHz*6=48MHz/*EnablePLL*/RCC_PLLCmd(ENABLE);/*WaittillPLLisready，等待锁相环输出稳定*/while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY)=RESET)/*SelectPLLassystemclocksource*/RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);/选择PLLCLK作为SYSCLK,所以SYSCLK为48MHz/*WaittillPLLisusedassystemclocksource*/while(RCC_GetSYSCLKSource()!=0 x08)/*Enableperipheralclocks-*/*GPIOA,GPIOBandSPI1clockenable*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE);/*EnableGPIOC,GPIODclock*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC|RCC_APB2Periph_GPIOD,ENABLE);,枚举类型,变量,22,/*设置低速PCLK1时钟(即APB1clock)=AHB时钟/4=12MHz，PCLK1=HCLK/4*/RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div4);/RCC_HCLK_Div4:APB1clock=HCLK/4=12MHz,此处不同于鸥鹏公司的程序（=36MHz）/*设置Flash延时时钟周期数：为2*/FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);/*EnableFlashPrefetchBuffer预取指令指令缓冲区，这2句与RCC没有关系*/FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);/*利用锁相环将HSE外部8MHz晶振6倍频到48MHz，作为PLLCLK。PLLCLK=8MHz*6=48MHz*/RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1,RCC_PLLMul_6);/此处不同于鸥鹏公司的程序:PLLCLK=8MHz*6=48MHz/*EnablePLL*/RCC_PLLCmd(ENABLE);,23,/*WaittillPLLisready，等待锁相环输出稳定*/while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY)=RESET)/*SelectPLLassystemclocksource*/选择PLLCLK作为SYSCLK,所以SYSCLK为48MHzRCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);/*WaittillPLLisusedassystemclocksource*/while(RCC_GetSYSCLKSource()!=0 x08)/*Enableperipheralclocks-*/*GPIOA,GPIOBandSPI1clockenable*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE);/*EnableGPIOC,GPIODclock*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC|RCC_APB2Periph_GPIOD,ENABLE);,24,以上所见的固件库函数：详见“中文版：STM32F10 xxx_固件库函数V2.pdfP193”,固件库函数的具体实现：见文件“stm32f10 x_rcc.h”,25,其中RCC_DeInit();,/*FunctionName:RCC_DeInit*Description:ResetstheRCCclockconfigurationtothedefaultresetstate.*Input:None*Output:None*Return:None*/voidRCC_DeInit(void)/*SetHSIONbit*/RCC-CR|=(u32)0 x00000001;/*ResetSW1:0,HPRE3:0,PPRE12:0,PPRE22:0,ADCPRE1:0andMCO2:0bits*/RCC-CFGR,26,27,2.3STM32单片机I/O端口配置,2.3.1STM32单片机的I/O端口和管脚,2.3.2STM32单片机的I/O端口配置,28,2.3.1STM32单片机的I/O端口和管脚,STM32单片机最多有7个16位的并行I/O端口：PA、PB、PC、PD、PE、PF、PG。,STM32F103Cx单片机只有4个16位的并行I/O端口：PA、PB、PC、PD。,29,STM32F103CBT6包含4个端口：PA口、PB口、PC口、PD口，共有37个I/O管脚:PA口16脚+PB口16脚+PC口3脚+PD口2脚。,STM32单片机的I/O端口和管脚：以STM32F103Cx为例,30,每个GPIOx端口:共有7个设置寄存器两个32位的配置寄存器(GPIOx_CRL，GPIOx_CRH)(GPIOx_CRL)(x=A.G):GPIOxconfigurationregisterlow,GPIOx端口低配置寄存器，用于配置GPIOx端口的第0位第7位。两个32位的数据寄存器（GPIOx_IDR，GPIOx_ODR)(GPIOx_IDR)(x=A.G)：GPIOxinputdataregister一个32位的置位/复位寄存器(GPIOx_BSRR)(GPIOx_BSRR)(x=A.G):GPIOxbitset/resetregister一个16位的复位寄存器(GPIOx_BRR)一个32位的锁定寄存器(GPIOx_LCKR)(GPIOx_LCKR)(x=A.G):GPIOxconfigurationlockregister,31,在MCS-51单片机中，每个IO端口:只有1个设置寄存器P0端口：P0端口寄存器-P0,P1端口：P1端口寄存器-P1,P2端口：P2端口寄存器-P2,P3端口：P3端口寄存器-P3。对应STM32单片机的数据寄存器两个32位的数据寄存器（GPIOx_IDR，GPIOx_ODR)(GPIOx_IDR)(x=A.G)：GPIOxinputdataregister,MCS-51单片机I0端口的输入、输出数据寄存器共用1个寄存器Px，而STM32单片机的输入、输出数据寄存器是分开的。,32,MCS-51单片机的特殊功能寄存器,33,在固件函数库的“stm32f10 x_map.h”文件中，对应的定义：,/*-GeneralPurposeIO-*/typedefstructvu32CRL;/configurationregisterlow(GPIOx_CRL)(x=AE)vu32CRH;vu32IDR;vu32ODR;vu32BSRR;vu32BRR;vu32LCKR;GPIO_TypeDef;/用结构体GPIO_TypeDef定义GPIOx端口,（即定义GPIOx端口的7个设置寄存器）,34,2.3.2STM32单片机的I/O端口配置,5、在使用GPIO端口时，首先要使能该外设对应的时钟,1、GPIOx端口定义,2、GPIO_Pin_x管脚定义,3、GPIO_InitTypeDef初始化端口参数定义,4、GPIO_Init初始化端口定义,6、GPIO编程步骤,35,1、编程时，GPIOx端口的具体配置是从GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、或GPIOE寄存器组开始。首先，在固件库中，用结构体GPIO_TypeDef定义GPIOx端口,（即定义GPIOx端口的7个设置寄存器）:,在文件“stm32f10 x_map.h”中，定义如下：,/*-GeneralPurposeIO-*/typedefstructvu32CRL;/configurationregisterlow32(GPIOx_CRL)(x=AE)vu32CRH;vu32IDR;vu32ODR;vu32BSRR;vu32BRR;vu32LCKR;GPIO_TypeDef;/用结构体GPIO_TypeDef定义GPIOx端口/或称用结构体GPIO_TypeDef定义GPIOx寄存器组,GPIOx端口的7个设置寄存器,36,端口配置低寄存器(GPIOx_CRL)(x=A.E)：,37,表3.11：端口位配置表,表3.12：输出模式位,38,#defineGPIOA_BASE(APB2PERIPH_BASE+0 x0800)#defineGPIOB_BASE(APB2PERIPH_BASE+0 x0C00)#defineGPIOC_BASE(APB2PERIPH_BASE+0 x1000)#defineGPIOD_BASE(APB2PERIPH_BASE+0 x1400)#defineGPIOE_BASE(APB2PERIPH_BASE+0 x1800)#defineGPIOF_BASE(APB2PERIPH_BASE+0 x1C00)#defineGPIOG_BASE(APB2PERIPH_BASE+0 x2000),GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、或GPIOE寄存器组的首地址：,/*Peripheralbaseaddressinthebit-bandregion*/#definePERIPH_BASE(u32)0 x40000000),/*Peripheralmemorymap*/#defineAPB1PERIPH_BASEPERIPH_BASE#defineAPB2PERIPH_BASE(PERIPH_BASE+0 x10000)#defineAHBPERIPH_BASE(PERIPH_BASE+0 x20000),0 x40011000,0 x40010800,0 x40010C00,0 x40011400,0 x40011800,0 x40011C00,0 x40012000,39,#ifdef_GPIOA#defineGPIOA(GPIO_TypeDef*)GPIOA_BASE)#endif/*_GPIOA*/#ifdef_GPIOB#defineGPIOB(GPIO_TypeDef*)GPIOB_BASE)#endif/*_GPIOB*/#ifdef_GPIOC#defineGPIOC(GPIO_TypeDef*)GPIOC_BASE)#endif/*_GPIOC*/#ifdef_GPIOD#defineGPIOD(GPIO_TypeDef*)GPIOD_BASE)#endif/*_GPIOD*/#ifdef_GPIOE#defineGPIOE(GPIO_TypeDef*)GPIOE_BASE)#endif/*_GPIOE*/#ifdef_GPIOF#defineGPIOF(GPIO_TypeDef*)GPIOF_BASE)#endif/*_GPIOF*/#ifdef_GPIOG#defineGPIOG(GPIO_TypeDef*)GPIOG_BASE)#endif/*_GPIOG*/,40,在文件“stm32f10 x_gpio.h”中，定义,2、GPIO_Pin_x管脚定义：,/*Exportedconstants-*/*GPIOpinsdefine-*/#defineGPIO_Pin_0(u16)0 x0001)/*Pin0selected*/#defineGPIO_Pin_1(u16)0 x0002)/*Pin1selected*/#defineGPIO_Pin_2(u16)0 x0004)/*Pin2selected*/#defineGPIO_Pin_3(u16)0 x0008)/*Pin3selected*/#defineGPIO_Pin_4(u16)0 x0010)/*Pin4selected*/#defineGPIO_Pin_5(u16)0 x0020)/*Pin5selected*/#defineGPIO_Pin_6(u16)0 x0040)/*Pin6selected*/#defineGPIO_Pin_7(u16)0 x0080)/*Pin7selected*/#defineGPIO_Pin_8(u16)0 x0100)/*Pin8selected*/#defineGPIO_Pin_9(u16)0 x0200)/*Pin9selected*/#defineGPIO_Pin_10(u16)0 x0400)/*Pin10selected*/#defineGPIO_Pin_11(u16)0 x0800)/*Pin11selected*/#defineGPIO_Pin_12(u16)0 x1000)/*Pin12selected*/#defineGPIO_Pin_13(u16)0 x2000)/*Pin13selected*/#defineGPIO_Pin_14(u16)0 x4000)/*Pin14selected*/#defineGPIO_Pin_15(u16)0 x8000)/*Pin15selected*/#defineGPIO_Pin_All(u16)0 xFFFF)/*Allpinsselected*/,41,使用按位或运算符“|”可以一次选中多个管脚。可以使用上表中的任意组合。,42,3、GPIO_InitTypeDef初始化端口参数定义,(1)枚举类型GPIOSpeed_TypeDef:用于定义GPIO管脚的响应速度,(2)枚举类型GPIOMode_TypeDef:用于定义GPIO管脚的工作模式,(3)结构体GPIO_InitTypeDef:用于初始化端口参数,难点,43,在文件“stm32f10 x_gpio.h”中，定义：,typedefenumGPIO_Speed_10MHz=1,GPIO_Speed_2MHz,GPIO_Speed_50MHzGPIOSpeed_TypeDef;/定义GPIO管脚的响应速度,(1)枚举类型GPIOSpeed_TypeDef:用于定义GPIO管脚的响应速度,44,typedefenumGPIO_Mode_AIN=0 x0,GPIO_Mode_IN_FLOATING=0 x04,GPIO_Mode_IPD=0 x28,GPIO_Mode_IPU=0 x48,GPIO_Mode_Out_OD=0 x14,GPIO_Mode_Out_PP=0 x10,GPIO_Mode_AF_OD=0 x1C,GPIO_Mode_AF_PP=0 x18GPIOMode_TypeDef;/定义GPIO管脚的工作模式,(2)枚举类型GPIOMode_TypeDef:用于定义GPIO管脚的工作模式,45,46,STM32单片机的每一个输入/输出引脚(即GPIO端口的每一位)可以配置成以下8种模式(4输入+2输出+2复用输出)：,STM32单片机的GPIO端口模式：,输入浮空：IN_FLOATING输入上拉：IPU（InPush-Up）输入下拉:IPD（InPush-Down）模拟输入:AIN(AnalogIn)开漏输出：Out_OD(OpenDrainOutput)推挽式输出:Out_PP(Push-PullOutput)推挽式复用功能:AF_PP(Push-PullOutputAlternate-Function)开漏复用功能:AF_OD(OpenDrainOutputAlternate-Function),输入,输出,复用输出,47,/*ConfigurationModeenumeration-*/typedefenumGPIO_Mode_AIN=0 x0,GPIO_Mode_IN_FLOATING=0 x04,GPIO_Mode_IPD=0 x28,GPIO_Mode_IPU=0 x48,GPIO_Mode_Out_OD=0 x14,GPIO_Mode_Out_PP=0 x10,GPIO_Mode_AF_OD=0 x1C,GPIO_Mode_AF_PP=0 x18GPIOMode_TypeDef;/定义GPIO管脚的工作模式,工作模式：用低4位区分。,输入,输出,输入、输出：高4位为1-输出，否则为输入。,48,I/O端口位的基本结构,输入数据寄存器,输出数据寄存器,位置位/复位寄存器,49,I/O端口位的输入电路,I/O端口位的输出电路,50,I/O端口位的输入电路,I/O端口位的浮空/上拉/下拉输入电路,I/O端口位的高阻抗模拟输入电路,51,图3.11：I/O端口位的输入浮空/上拉/下拉配置,激活施密特触发输入,输出缓冲器被禁止,根据输入配置(上拉，下拉或浮空)的不同，弱上拉和下拉电阻被连接,在每个APB2时钟周期，出现在I/O脚上的数据被采样到输入数据寄存器,52,-参见“！STM32F10 x_中文版_参考手册V10_1(2010年1月10日).pdf”P108,53,图3.14：I/O端口位的高阻抗模拟输入配置,输出缓冲器被禁止,禁止施密特触发输入。,施密特触发输出值被强置为0,弱上拉和下拉电阻被禁止,读取输入数据寄存器时数值为0,54,55,I/O端口位的输出电路,I/O端口位的开漏输出电路,I/O端口位的推挽输出电路,I/O端口位的复用功能的推挽输出电路和开漏输出电路,56,图3.12I/O端口位的开漏输出配置,开漏模式：P-MOS从不被激活，仅N-MOS工作。,开漏模式：输出寄存器上的0激活N-MOS，输出低电平；而输出寄存器上的1将端口置于高阻状态(P-MOS从不被激活)。,激活施密特触发输入,在每个APB2时钟周期，出现在I/O脚上的数据被采样到输入数据寄存器,57,图3.12I/O端口位的推挽输出配置,推挽模式：输出寄存器上的0激活N-MOS，而输出寄存器上的1将激活P-MOS。,激活施密特触发输入,弱上拉和下拉电阻被禁止,在每个APB2时钟周期，出现在I/O脚上的数据被采样到输入数据寄存器,58,59,图3.13：I/O端口位的复用功能配置,激活施密特触发输入,弱上拉和下拉电阻被禁止,在每个APB2时钟周期，出现在I/O脚上的数据被采样到输入数据寄存器,复用功能Input,到片上外设,自片上外设,60,如果把端口配置成复用输出功能，则引脚和输出寄存器断开，并和片上外设的输出信号连接。,61,图3.13：I/O端口位的复用功能配置,仅有输出，才有复用功能。,复用功能Input,到片上外设,自片上外设,开漏输出、推挽输出和复用功能的开漏输出、推挽输出不同之处：引脚和输出寄存器断开，并和片上外设的输出信号连接。增加了复用功能Input,62,63,/*GPIOInitstructuredefinition*/typedefstructu16GPIO_Pin;GPIOSpeed_Type