第8章-STM32时钟与GPIO设计PPT课件

1、1,Embedded System Development,嵌入式系统与应用,2,第8章 STM32时钟与GPIO设计,8.1 时钟设置与开启外设时钟 8.2 GPIO简介 8.3 GPIO端口配置寄存器 8.4 stm32f10 x.h库中GPIO代码剖析 8.6 GPIO控制LED灯实验,3,8.1 系统时钟配置与外设时钟开启,在startup_stm32f10 x_hd.s启动文件中，调用_main函数之前先调用了SystemInit()初始化函数，其中系统时钟SYSCLK设置：时钟源、倍频、分频等控制参数,SystemInit()定义在system_stm32f10 x.c文件中，其他

2、的配置主要在stm32f10 x_rcc.c中。 使用外设时，配置初始化后，必须也要开启外设时钟,4,8.1.1 时钟设置解析,系统时钟SYSCLK是SystemInit()先将配置时钟相关的寄存器都复位为默认值，再调用SetSysClock()选择使用频率，而具体设置是通过宏定义设置的。 函数调用顺序： 启动文件 SystemInit() SetSysClock() SetSysClockTo72(,5,1、SystemInit(,STM32时钟系统的SystemInit()中设置： SYSCLK（系统时钟）=72MHz AHB总线时钟(使用SYSCLK)=72MHz APB1总线时钟(PC

3、LK1)=36MHz APB2总线时钟(PCLK2)=72MHz PLL时钟=72MHz 用到的RCC寄存器复位值： RCC_CR = 0 x0000 xx83; RCC_CFGR = 0 x0000 0000； RCC_CIR = 0 x0000 0000; RCC_CFGR2 = 0 x0000 0000; 这些RCC时钟寄存器组名的宏定义与其他外设寄存器名定义都在stm32f10 x.h文件中,6,RCC时钟寄存器组在stm32f10 x.h中的定义,typedef struct _IO uint32_t CR; _IO uint32_t CFGR; _IO uint32_t CIR;

4、_IO uint32_t APB2RSTR; _IO uint32_t APB1RSTR; _IO uint32_t AHBENR; _IO uint32_t APB2ENR; _IO uint32_t APB1ENR; _IO uint32_t BDCR; _IO uint32_t CSR; #ifdef STM32F10X_CL _IO uint32_t AHBRSTR; _IO uint32_t CFGR2; #endif /* STM32F10X_CL */ #if defined (STM32F10X_LD_VL) | defined (STM32F10X_MD_VL) | defi

5、ned (STM32F10X_HD_VL) uint32_t RESERVED0; _IO uint32_t CFGR2; #endif /* STM32F10X_LD_VL | STM32F10X_MD_VL | STM32F10X_HD_VL */ RCC_TypeDef,_IO 宏定义core_cm3.h中： #define_IOvolatile； volatile,易变的,用变量时需到原地址重新存取。 uint32_t定义在stdin.h里。 typedef unsigned int uint32_t; 知道了结构体首地址就确定RCC寄存器组所有32位寄存器的地址，0 x04正好是地址

6、偏移量，所以把连续的寄存器组定义为结构,7,2、SetSysClock()函数如下,此函数中选择调用确定使用频率的函数。 static void SetSysClock(void) #ifdef SYSCLK_FREQ_HSE SetSysClockToHSE(); #elif defined SYSCLK_FREQ_24MHz SetSysClockTo24(); #elif defined SYSCLK_FREQ_36MHz SetSysClockTo36(); #elif defined SYSCLK_FREQ_48MHz SetSysClockTo48(); #elif defined

7、 SYSCLK_FREQ_56MHz SetSysClockTo56(); #elif defined SYSCLK_FREQ_72MHz /使用此项 SetSysClockTo72(); #endif,8,3、SetSysClockTo72()函数,各个SetSysClockToXX(void)函数，配置了具体的系统时钟,PLL倍频以及分频系数。采用寄存器直接配置方式，如： static void SetSysClockTo72(void) _IO uint32_t StartUpCounter = 0, HSEStatus = 0; /* SYSCLK, HCLK, PCLK2 and P

8、CLK1 configuration */ /* Enable HSE */ RCC-CR |= (uint32_t)RCC_CR_HSEON); do HSEStatus = RCC-CR 欲深入分析时钟配置，就仔细阅读这些最底层的库函数,9,8.1.2 开启关闭外设时钟,外设都是挂在AHB、APB1、APB2总线上，要想使用某个外设，必须初始化外设后，再开启使用开启外设的时钟，不用时再关闭外设时钟,从而降低STM32的整体功耗。 stm32f10 x_rcc.c文件中有开启和关闭外设时钟的库函数，如下： RCC_AHBPeriphClockCmd(外设名，ENABLE|DISABLE) 挂

9、在AHB总线外设的开启与关闭函数，ENABLE开启，DISABLE关闭外设时钟； RCC_APB1PeriphClockCmd(外设名，ENABLE|DISABLE) 挂在APB1总线外设的开启与关闭函数； RCC_APB2PeriphClockCmd(外设名，ENABLE|DISABLE) 挂在APB2总线外设的开启与关闭函数,10,挂载在AHB的外设名,stm32f10 x_rcc.h中对外设名进行了宏定义,看名即知设备。 #define RCC_AHBPeriph_DMA1 (uint32_t)0 x00000001) #define RCC_AHBPeriph_DMA2 (uint32

10、_t)0 x00000002) #define RCC_AHBPeriph_SRAM (uint32_t)0 x00000004) #define RCC_AHBPeriph_FLITF (uint32_t)0 x00000010) #define RCC_AHBPeriph_CRC (uint32_t)0 x00000040) #define RCC_AHBPeriph_FSMC (uint32_t)0 x00000100) #define RCC_AHBPeriph_SDIO (uint32_t)0 x00000400) #define RCC_AHBPeriph_OTG_FS (uint

11、32_t)0 x00001000) #define RCC_AHBPeriph_ETH_MAC (uint32_t)0 x00004000) #define RCC_AHBPeriph_ETH_MAC_Tx (uint32_t)0 x00008000) #define RCC_AHBPeriph_ETH_MAC_Rx (uint32_t)0 x00010000,11,挂载在APB2上的外设名,define RCC_APB2Periph_AFIO (uint32_t)0 x00000001) #define RCC_APB2Periph_GPIOA (uint32_t)0 x00000004)

12、#define RCC_APB2Periph_GPIOB (uint32_t)0 x00000008) #define RCC_APB2Periph_GPIOG (uint32_t)0 x00000100) #define RCC_APB2Periph_ADC1 (uint32_t)0 x00000200) #define RCC_APB2Periph_ADC2 (uint32_t)0 x00000400) #define RCC_APB2Periph_TIM1 (uint32_t)0 x00000800) #define RCC_APB2Periph_SPI1 (uint32_t)0 x00

13、001000) #define RCC_APB2Periph_TIM8 (uint32_t)0 x00002000) #define RCC_APB2Periph_USART1 (uint32_t)0 x00004000) #define RCC_APB2Periph_ADC3 (uint32_t)0 x00008000) #define RCC_APB2Periph_TIM15 (uint32_t)0 x00010000) #define RCC_APB2Periph_TIM16 (uint32_t)0 x00020000) #define RCC_APB2Periph_TIM17 (uin

14、t32_t)0 x00040000) #define RCC_APB2Periph_TIM9 (uint32_t)0 x00080000) #define RCC_APB2Periph_TIM10 (uint32_t)0 x00100000) #define RCC_APB2Periph_TIM11 (uint32_t)0 x00200000,12,挂载在APB1上的外设名,define RCC_APB1Periph_TIM2 (uint32_t)0 x00000001) #define RCC_APB1Periph_TIM3 (uint32_t)0 x00000002) #define RC

15、C_APB1Periph_TIM14 (uint32_t)0 x00000100) #define RCC_APB1Periph_WWDG (uint32_t)0 x00000800) #define RCC_APB1Periph_SPI2 (uint32_t)0 x00004000) #define RCC_APB1Periph_SPI3 (uint32_t)0 x00008000) #define RCC_APB1Periph_USART2 (uint32_t)0 x00020000) #define RCC_APB1Periph_USART3 (uint32_t)0 x00040000)

16、 #define RCC_APB1Periph_UART4 (uint32_t)0 x00080000) #define RCC_APB1Periph_UART5 (uint32_t)0 x00100000) #define RCC_APB1Periph_I2C1 (uint32_t)0 x00200000) #define RCC_APB1Periph_I2C2 (uint32_t)0 x00400000) #define RCC_APB1Periph_USB (uint32_t)0 x00800000) #define RCC_APB1Periph_CAN1 (uint32_t)0 x02

17、000000) #define RCC_APB1Periph_CAN2 (uint32_t)0 x04000000) #define RCC_APB1Periph_BKP (uint32_t)0 x08000000) #define RCC_APB1Periph_PWR (uint32_t)0 x10000000) #define RCC_APB1Periph_DAC (uint32_t)0 x20000000) #define RCC_APB1Periph_CEC (uint32_t)0 x40000000,13,开启外设时钟举例,GPIO的C口挂在APB2总线，所用的时钟PCLK2为72M

18、Hz。开启GPIOC外设时钟： RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE) 如用到I/O引脚复用功能，还要开启其复用功能时钟。如GPIOC的Pin4还可作为ADC1的输入引脚，把它作为ADC1来用，除开启GPIOC时钟，还要开启ADC1时钟： RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE) RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE) 开启关闭外设时钟的三个函数，内部对外设时钟的使能寄存器操作，达到开启和关闭的目的,

19、14,8.2 GPIO简介,GPIO（General Purpose I/O）通用型输入/输出，主要用于需要用到数字量输入/输出的场合。 如： 继电器、 LED、蜂鸣器等的控制； 传感器状态、高低电平等信息的输入等。 管脚可承受最大5V的输入电压，电流为4mA，短时间极限值40mA；,15,GPIO简介,GPIO引脚又被分为GPIOA、GPIOBGPIOG不同的组，每组端口分为015，共16个引脚，不同芯片的端口组数不同。GPIO结构图,端口配置寄存器,16,GPIO简介,I/O引脚可通过端口配置寄存器设置成不同的功能。 四种输入模式（图上半部分）： 上拉输入与下拉输入：与VDD相连的为上拉电

20、阻，与VSS相连的为下拉电阻。再经施密特触发器就把信号转化为0、1存储在输入数据寄存器。 浮空输入：不接上拉与下拉电阻，直接由触发器输入，由于其输入阻抗较大，一般把这种模式用于标准的通讯协议如I2C、USART的接收端。 模拟输入：把电压信号直接传送到片上外设模块，如ADC,17,GPIO简介,推挽输出模式：输出1时P-MOS导通输出高电平1，0时N-MOS管导通输出低电平0。 开漏输出模式：只有N-MOS管，外部需接上拉电阻，输出0时导通，为低电平0；输出1时截止，为高阻状态。 复用功能的推挽式输出模式。 复用功能的开漏输出模式,一只三极管放大信号正半周，另一只放大负半周，故称推挽放大器,四

21、种输出模式(图下半部分,18,GPIO简介,GPIO都可配置为中断功能，并可设置为上升沿、下降沿或边沿触发,GPIO中断还具 有掉电唤醒功能,19,8.3 GPIO端口配置寄存器,1、端口配置低寄存器GPIOx_CRL (配置07引脚) x=AG，芯片的GPIO端口。 PIOx_CRL地址偏移量：0 x00h，复位值：0 x4444 4444,第y个引脚的模式由寄存器的4个位控制，MODEy1:0引脚模式位，CNFy1:0引脚配置位。可配置为4种输入、4种输出模式,20,GPIO端口配置寄存器,CNFy1:0：端口y配置位 输入模式(MODE1:0=00)： 00：模拟输入 01：浮空输入(复

22、位默认值) 10：上拉/下拉输入 11：保留 输出模式(MODE1:000)： 00：通用推挽输出 01：通用开漏输出 10：复用功能推挽输出 11：复用功能开漏输出,MODEy1:0：端口y模式位 输入模式 00：复位默认值 输出模式 01：最大速度10MHz 10：最大速度2MHz 11：最大速度50MHz,PIOx_CRL复位值4444 4444h，即CNFy1:001、MODEy1:000，复位后端口配置为什么口,21,2、端口配置高寄存器GPIOx_CRH,GPIOx_CRH(配置815引脚) 与端口配置低寄存器类似。 地址偏移量：0 x04h，复位值：0 x4444 4444 例1

23、：GPIOx_CRH寄存器的第28至29位设置为11，并在第30至31位设置为00： 答：则把x端口第15个引脚的模式配置成了：输出的最大速度为50MHz的 通用推挽输出模式。 例2：上题反过来,22,3、端口输入数据寄存器GPIOx_IDR,端口输入数据寄存器(GPIOx_IDR) (x=A.G)，读该寄存器可看某个IO口的输入状态。 地址偏移量：0 x08h，复位值：0 x0000 XXXX 高位31:16保留，始终读为0。 IDRy15:0 (y = 015)每个位对应I/O口的输入状态。 GPIOx_IDR为只读并只能以字的形式读出,23,4、端口输出数据寄存器GPIOx_ODR,GP

24、IOx_ODR(x=A.E)位。写该寄存器可控制某个IO口的输出电平，读该寄存器可以判断IO口的输出状态。 地址偏移量：0 x0Ch，复位值：0 x0000 0000 高位31:16保留，始终为0。 ODRy15:0：端口输出数据(y = 015) 这些位可读可写并只能以字的形式操作。 通过GPIOx_BSRR(x = AG)，可以分别地对各个ODR位进行独立的置位/清零,24,5、端口位置位/清零寄存器GPIOx_BSRR,GPIOx_BSRR(x=A.G)，对GPIOx的端口置位/清零。 地址偏移量：0 x10，复位值：0 x0000 0000,位31:16为BRy(y = 015)，清零

25、，只能以字写入： 0：对应的ODRx位不产生影响； 1：对应的ODRx位清零； 位15:0为BSy(y = 015)，置位，只能以字写入： 0：对对应的ODRx位不产生影响； 1：对应的ODRx位置位； 注：如果同时设置BSy和BRy的对应位，BSx位起作用,25,6、端口位清零寄存器(GPIOx_BRR,GPIOx_BRR(x=A.G)对GPIOx的端口清零。 注意：相当于GPIOx_BSRR寄存器的清零功能。 地址偏移量：0 x14，复位值：0 x0000 0000,Bits 31:16 Reserved 位15:0为BRy(y = 015): 只能以字写入： 0：对应的ODRx位不产生影

26、响； 1：对应的ODRx位清零,26,7、端口配置锁定寄存器GPIOx_LCKR,端口配置锁定寄存器(GPIOx_LCKR) (x=A.G) 地址偏移量：0 x18，复位值：0 x0000 0000,位16(LCKK)：当执行正确的写序入列（写1-写0-写1-写0-写1），置1下次系统复位前该寄存器被锁住。 位15:0：在LCKK位为0时： LCKy写1锁定对应端口y脚配置寄存器(CRL或CRH)中相应的4个位； LCKy写0不锁,27,例,要控制引脚电平高低，需要对寄存器进行什么操作？ 一个引脚y的输出数据由GPIOx_BSRR寄存器位的2个位来控制分别为BRy (Bit Reset y)和

27、BSy (Bit Set y)，BRy位用于写1清零，使引脚输出低电平；BSy位用来写1置1，使引脚输出高电平,28,8.4 stm32f10 x.h库中GPIO代码剖析,以外设GPIOC为例，文件中包含如下宏定义： #define PERIPH_BASE (uint32_t)0 x40000000) #define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0 x10000) #define GPIOC_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0 x1000) 先看外设基地址宏PERIPH_BASE，宏展开为uint32_t类型 0 x4000 0000； 总线基

28、地址宏APB2PERIPH_BASE指向地址0 x4001 0000； 最后到了宏GPIOC_BASE为APB2PERIPH_BASE加上地址偏移量0 x1000得到了GPIOC端口的寄存器组的基地址为0 x4001 1000,29,stm32f10 x.h中GPIO代码剖析,stm32f10 x.h文件，还可以发现以下类似的宏： #define GPIOA_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0 x0800) #define GPIOB_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0 x0C00) #define GPIOC_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0

29、 x1000) #define GPIOD_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0 x1400) GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD寄存器组的起始地址，都对应着独立的一组寄存器,30,typedef struct _IO uint32_t CRL; _IO uint32_t CRH; _IO uint32_t IDR; _IO uint32_t ODR; _IO uint32_t BSRR; _IO uint32_t BRR; _IO uint32_t LCKR; GPIO_TypeDef,define GPIOA (GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE

30、) #define GPIOB (GPIO_TypeDef *) GPIOB_BASE) (GPIO_TypeDef *) 把GPIOA_BASE 地址转换为GPIO_TypeDef 结构体指针类型,对每个GPIOx是用结构封装了寄存器组,stm32f10 x.h中代码,结构体首地址即CRL地址若为0 x4001 1000，那么第二个变量CRH为0 x4001 1000 +0 x04 , 0 x04正好是寄存器组中的地址偏移量。所以把连续的寄存器组定义为结构,31,stm32f10 x.h中GPIO代码剖析,有了这样的宏，就可用以下方式来修改GPIO寄存器： GPIO_TypeDef * GP

31、IOx; / *定义GPIOx指针变量为GPIO_TypeDef结构体型 GPIOx = GPIOA; /把指针地址设置为宏GPIOA地址 GPIOx-CRL = 0 xFFFF FFFF; /“-”通过指针访问并修改GPIOA_CRL寄存器 通过类似的方式，我们就可以给具体的寄存器写上适当的参数，控制STM32了。 这只是库开发的皮毛，库提供了更简单的开发方式,32,使用GPIO,1. 配置寄存器：选定GPIO的特定功能，最基本的如：选择作为输入还是输出端口。 2. 数据寄存器：保存了GPIO的输入电平 或 将要输出的电平。 3. 位控制寄存器：设置某引脚的数据 为1或0，控制输出的电平。

32、4. 锁定寄存器：设置某锁定引脚后，就不能修改其配置,33,关于GPIO库函数,34,7.6 LED流水灯实验,实验学习方法，先学习例程编写方法，掌握后，在实验过程中改写程序、逐渐编写程序！ 想要控制LED灯，当然是通过控制STM32芯片的I/O引脚电平的高低来实现,35,LED流水灯实验,36,LED流水灯实验,LED实验中用到了RCC跟GPIO这两个外设。环境配置如图： 用到的源程序： main.c led.c led.h,37,Led流水灯主程序：main.c,include led.h void Delay(_IO uint32_t nCount) /简单延时函数 for(; nCou

33、nt != 0; nCount-); int main(void) LED_GPIO_Config(); /函数在led.c中定义 while (1) LED1( ON ); /函数在头文件led.h中定义 Delay(0 x0FFFFF); LED1( OFF ); LED2( ON ); Delay(0 x0FFFFF); LED2( OFF ); LED3( ON ); Delay(0 x0FFFFF); LED3( OFF );,38,led.c-初始化函数 LED_GPIO_Config(,include led.h #include stm32f10 x_gpio.h #inclu

34、de stm32f10 x_rcc.h void LED_GPIO_Config(void) /*用库定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体*/ GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; /*开启GPIOC的外设时钟*/ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE); /*选择要控制的GPIOC引脚 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5; /*设置引脚模式为通用推挽输出*/ GPIO_InitStructu

35、re.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP,39,led.c,设置引脚速率为50MHz GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz； /端口初始化库函数，利用上面设置的参数初始化GPIOC GPIO_Init(GPIOC, 函数LED_GPIO_Config()实现了所有为点亮led的配置,40,led.h头文件,ifndef _LED_H / 条件编译, 防止头文件重复包含 #define _LED_H /独立写头文件，方便以后扩展使用 #include stm32f10 x.h /* the macro defini

36、tion to trigger the led on or off * 0 - on *1 - off */ #define ON 0 #define OFF 1 /* 带参宏，可像内联函数一样使用*/ #define LED1(a)if (a) GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_3); else GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_3,41,led.h续,define LED2(a)if (a) GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_4); else GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_4) #defin

37、e LED3(a)if (a) GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_5); else GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_5) void LED_GPIO_Config(void); #endif /* / 条件编译结束 _LED_H */ 在编译过程，编译器会把带参宏展开，在相应的位置替换为宏展开代码。 其中的反斜杠符号“ ”叫做续行符，后面不能有空格、注释等,42,led用到stm32f10 x_gpio.h库的结构、宏定义,1、GPIO_InitTypeDef结构，引脚初始化的结构,2、GPIO_Pin_x 引脚为uint16_t类型，宏定义,

38、define GPIO_Pin_0 (uint16_t)0 x0001) /*!Pin 0 selected */ #define GPIO_Pin_1 (uint16_t)0 x0002) /*!Pin 1 selected */ #define GPIO_Pin_2 (uint16_t)0 x0004) /*!Pin 2 selected */ #define GPIO_Pin_3 (uint16_t)0 x0008) /*!Pin 3 selected *,GPIO_Pin_x，x位为1,其余位为0，在第x位置1表示pin x 例： GPIO_Pin_1 （0000 0000 0000

39、0010）B,43,led用到stm32f10 x_gpio.h库的结构、宏定义,3、GPIOSpeed_TypeDef定义GPIO的输出速率： typedef enum GPIO_Speed_10MHz = 1,/枚举常量值1，对应10MHz GPIO_Speed_2MHz, /常量值为2，对应2MHz GPIO_Speed_50MHz /常量值为3，对应50MHz GPIOSpeed_TypeDef,所以： GPIO_Speed_10MHz 对应(0001)B GPIO_Speed_2MHz 对应(0010)B GPIO_Speed_50MHz 对应(0011)B Speed控制参数，它的

40、宏展开低2位的值，正好符合寄存器MODEy中2位的控制值。 直接把这个参数写入CRL、CRH配置寄存器的MODEy位，其中y由GPIO_Pin参数确定第几引脚,44,led用到stm32f10 x_gpio.h库的结构、宏定义,4、GPIOMode_TypeDef结构定义GPIO引脚的功能： typedef enum GPIO_Mode_AIN = 0 x0, /模拟输入模式 GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0 x04, /浮空输入模式 GPIO_Mode_IPD = 0 x28, /下拉输入模式 GPIO_Mode_IPU = 0 x48, /上拉输入模式 GPIO_Mode

41、_Out_OD = 0 x14, /开漏输出模式 GPIO_Mode_Out_PP = 0 x10, /通用推挽输出模式 GPIO_Mode_AF_OD = 0 x1C, /复用功能开漏输出 GPIO_Mode_AF_PP = 0 x18 /复用功能推挽输出 GPIOMode_TypeDef,45,led用到stm32f10 x_gpio.h库的结构、宏定义,四种输出模式参数中的bit4 均为1，而四种输入模式中的bit4均为0。所以在代码中通过与0 x10作位与运算，即可区分输入和输出模式。 而bit2和bit3的参数值正好对应为CRL、CRH寄存器中的CNFy的2个控制位。确定是什么模式。 经过与Speed参数MODEy组合后，配置一个引脚的4位参数就确定了,46,用于初始化的库函数GPIO_Init(,通过查找库帮助文档获得,47,DMK软件BUG: error 65,创建一个STM32F103VE核