基于STM32的嵌入式系统原理与应用-第4章 GPIO输出原理

第4章GPIO输出原理及应用基于STM32的嵌入式系统原理与应用ONTENTS目录C01GPIO介绍02GPIO结构框图03点亮LED案例01GPIO介绍4.1GPIO介绍GPIO，全称为GeneralPurposeInputOutput（通用输入输出），是一种通用的数字输入/输出端口。在嵌入式系统中，GPIO被设计为灵活的引脚，可以被配置为输入或输出，以满足不同的应用需求。作为输入端口时，我们可以通过它们读入引脚的状态--高电平或低电平，作为输出端口时，我们可以通过它们输出高电平或低电平来控制连接的外围设备。01020304输入上拉特点：输入用，使用内部上拉电阻，初始状态是高电平。应用：适用于外部信号默认为高电平的情况，如按钮按下时会拉低信号。输入浮空特点：输入用，完全浮空，状态不定。应用：适用于需要读取外部信号的场景，但外部信号状态不确定。模拟功能特点：用于连接模拟外设，如ADC（模数转换器）、DAC（数模转换器）等。应用：适用于需要进行模拟信号处理的场景。输入下拉特点：输入用，使用内部下拉电阻，初始状态是低电平。应用：适用于外部信号默认为低电平的情况，如按钮按下时会拉高信号。1.输入模式01020304推挽输出特点：驱动能力强，支持通用输出，可提供较大电流。应用：适用于需要输出到外部设备，需要较大驱动能力的场景。开漏输出特点：用于实现开漏输出，常用于构建总线，如I2C。应用：适用于需要多个输出端口共享同一信号线的场景，例如I2C的SDA、SCL线。推挽式复用功能特点：用于实现推挽输出，并复用了片上外设功能。应用：适用于需要实现外设功能，同时需要提供较大驱动能力的场景，例如SPI的SCK、MISO、MOSI线。开漏式复用功能特点：用于实现开漏输出，并复用了片上外设功能。应用：适用于需要实现外设功能，同时共享信号线的场景，例如硬件I2C的SDA、SCL线。2.输出模式02GPIO结构框图4.2.1输入配置4.2.2输出配置一个端口模式寄存器（GPIOx_MODER）一个端口输出类型寄存器(GPIOx_OTYPER)一个端口输出速度寄存器（GPIOx_OSPEEDR)一个端口上拉下拉寄存器（GPIOx_PUPDR)一个端口输入数据寄存器（GPIOx_IDR）一个端口输出数据寄存器（GPIOx_ODR)一个端口置位/复位寄存器（GPIOx_BSRR)一个端口配置锁存寄存器（GPIOx_LCKR)两个复位功能寄存器（低位GPIOx_AFRL&GPIOx_AFRH)4.2.3寄存器Stm32F407每组GPIO口含下面10个寄存器。可以控制一组GPIO的16个IO口。10个寄存器分别是：03点亮LED案例4.3点亮LED案例利用STM32开发板，通过HAL库函数对相关寄存器的控制，实现对开发板上LED灯的控制。本章节选用的是STM32F407单片机，实验结果是使STM32F4精英版上的LED进行闪烁。案例介绍使能IO口时钟调用函数RCC_AHB1PeriphColckCmd();初始化IO口模式操作IO口调用函数GPIO_Init();输出高低电平。GPIO配置步骤GPIO配置步骤4.3.1硬件设计硬件设计原理图中将LED0、LED1分别与引脚PF9、PF10连接。LED与STM32F407的硬件连接如图所示。从按键的电路原理图可知，我们要点亮LED0，即对PF9进行操作；我们看到LED0右端接的是VCC3.3V,那么只需要控制左端的PF9输出即可；（输出0点亮，输出1熄灭）；我们还需要确定PF9的工作模式；我们采用推挽输出，其特点为：输出引脚电平，高电平为VDD，低电平为VSS；库函数寄存器位带操作为了使工程更加有条理，我们把按键相关的代码独立分开存储，方便以后移植。在之前建好的“第一个工程”之上新建“led.c”及“led.h”文件，这些文件均可依据自己的想法命名，这些文件不属于STM32标准库的内容，是根据应用需要编写的。GPIO点亮LED有3种实现方式，分别是库函数，寄存器和位带操作。本文主要以库函数方式为例。4.3.2软件设计1、文件结构设计在头文件led.h中包含MDK提供的头文件stm32f4xx.h。在源文件led.c中，进行LED初始化函数的编写。主函数main.c中，主要进行函数调用，实现控制程序的逻辑流程，以实现相应的功能。2、程序流程设计系统启动进入到main函数中执行，首先开启外设时钟RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF,ENABLE)。初始化使用的GPIO初始化LED使用的GPIO，包括引脚的模式、上下拉、端口速度等。main函数中编写循环语句，通过延时1秒来控制两个LED灯的亮灭交替。3、代码实现

（1）LED的GPIO初始化具体流程为：先定义GPIO初始化结构体变量，以便下面用于存储GPIO配置，然后，向GPIO初始化结构体赋值，把引脚初始化成推挽输出模式，LED0与LED1对应的引脚设置上拉，端口速率为设置为50M。最后，使用以上初始化结构体的配置，调用GPIO_Init函数向寄存器写入参数，完成GPIO的初始化。GPIOF9与GPIOF10两个端口的配置相同，我们可以使用“|”操作简化代码。代码如下：3、代码实现//LEDIO初始化函数voidLED_Init(void){GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;//定义结构体变量//GPIOF9,F10引脚的初始化GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10;//LED0和LED1对应引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式GPIO_InitStructure.GPIO_OType=GPIO_OType_PP;//推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_UP;//上拉GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//50HzGPIO_Init(GPIOF,&GPIO_InitStructure);//初始化GPIOF9,F10}3、代码实现

（2）初始化LED后，就可以通过对相应引脚输出高低电平来控制LED灯的亮灭。在main.c中编写控制LED亮灭的代码。主函数中通过调用库函数RCC_AHB1PeriphClockCmd来使能LED的GPIO端口时钟，然后初始化连接LED的端口。在while(1)死循环里，LED0跟LED1先是灭的状态，一秒后变成亮的状态，再过一秒后又灭了，如此间隔1秒循环亮灭。3、代码实现//两个LED灯间隔1秒交替亮灭intmain(void){delay_init(168);//初始化延时函数RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF,ENABLE);//使能GPIOF时钟 LED_Init();//初始化LED端口while(1){ GPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_9);//设置GPIOF9输出为高电平（1） GPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_10);//设置GPIOF10输出为高电平（1） delay_ms(1000);//延时1秒 GPIO_ResetBits(GPIOF,GPIO_Pin_9);//设置GPIOF9输出为低电平（0） GPIO_ResetBits(GPIOF,GPIO_Pin_10);