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STM32_02_GPIO

news 2025/9/23 14:17:01

复习C语言位操作公式

CPU控制硬件的流程

cpu软件的方式访问寄存器即可

问：寄存器地址如何获取

先找到控制器的地址

控制器的地址如何获取

4G地址空间划分：

CPU理论可访4G空间但实际受限，关键在于：

1. 硬件分配：地址空间被显卡、硬盘控制器等硬件设备占用，还有内存芯片容量、数量及内存控制器性能限制。

2. 系统机制：32位系统自身会占用部分空间（如内核占用），内存管理的分页/分段机制有开销，且系统为安全隔离限制访问。

3. 软件设计：早期32位程序受开发局限，未充分利用4G空间，即便硬件支持也无法完全访问 。

地址空间范围可参考下图：

1.blcok 0里面有个flash：MCU里面封装了512KB的片内的一个闪存就放在这(0x2000 0000 ~ 0x2000 FFFF);

2.block 1里面有个SRAM：MCU里面封装了64KB的片内的一个內存就放在这(0x800 0000 ~ 0x807 FFFF);

这里的编址和keil5中debug的地址范围是完全对应起来的。

3.block 2当中是给外设控制器编的址（512KB）：

诸如这样的每一行都是一个控制器，后面是对应控制器的地址空间范围。

4.Port B为什么叫它GPIOB？

这一块连续的地址空间就是一块存储区，从控制器的起始地址开始，划分一个一个的4字节存储区，每4字节存储区就是一个寄存器。

寄存器地址 = 控制器地址 + 寄存器地址偏移量
寄存器地址偏移量 = 寄存器地址 - 控制器地址
（目前4字节寄存器都看成 unsigned int 类型）

#define        CRL        （0x40010c00)
#define        CRH        （0x40010c04)
#define        IDR         (0x40010c08)
#define        ODR         (0x40010c0C)

这里我们回顾一下数组的知识：

int a[5];
a[3]; == *(a + 3)        // a是数组的首地址

由于这里的寄存器数量非常多，一个一个写会造成不小的麻烦，因此我们也可以采用数组当中的表示方式。在这里，整个存储区的首地址我们可以拿到（0x40010c00)，因此可以表示为：

#define        GPIOB      (unsigned int)(0x40010c00)    // 拿整个存储区的首地址作为一个起始量
#define        CRL        (GPIOB + 0x00) == 0x40010c00
#define        CRH        (GPIOB + 0x04) == 0x40010c04
#define        IDR        (GPIOB + 0x08) == 0x40010c08
#define        ODR        (GPIOB + 0x0C) == 0x40010c0C

思考一：
那么就有同学好奇了，明显地，直接写地址更加方便为什么还要通过这种方式呢？
-- 这是因为手册会直接把寄存器偏移量给我们，直接加就行了。

思考二：
我们现在的的确确拿到了寄存器CRL...的首地址，但这个是我们的最终目的吗？
-- 并不是，拿到首地址是为了表示这块存储区

例如拿到了CRH的的首地址，怎么表示这块存储区呢？
| - - - - |

  CRH

#define        CRH        (GPIOB + 0x04) == 0x40010c04

指针回顾：

int a = 100; // 假如a存储区地址位0x1000int* p = &a; // p == 0x1000*p表示了a这块存储区

拿到CRH的首地址，可以采用解引用的方式表示这块存储区吗？

*(GPIOB + 0x04)

在这里，(GPIOB + 0x04)是个整数，0x40010c04虽然是CRH的地址，但是类型是个整数类型，编译器不认这个事。

同样地，

最终得以表示这块存储区。

ST官方为了便于管理，给控制器分成了三组

  • 每个控制器中都有对应的寄存器。
  • 如果逐个循环访问这些寄存器，工作量会非常大。
  • 为了解决上述问题，ST公司将多个控制器分组到三条总线上： 每一条总线称为一个总线组。 总共有三条总线。
  • 每一条总线都有一个起始地址：
    • APB1 - 0x4000 0000
    • APB2 - 0x4001 0000
    • AHB   - 0x4002 0000
    • 通过总线的起始地址加上控制器在总线中的偏移量，可以找到对应控制器的地址。

相关资料：

ps：第二列就是一个个控制器，第一列是控制器对应的地址范围

        以APB1为例，它的起始地址为 0x4000 0000 ，那么控制器TIM6的首地址就可以表示为 APB1 + 0x1000 。（控制器首地址 = 总线基地址 + 控制器相对于总线的偏移量）

总线地址 + 控制器偏移量  ->  控制器首地址  +  寄存器偏移量  ->  寄存器地址  +  强制转换  +  解引用  ->  寄存器存储区

STM32地址空间划分

实战演练-掌控需求

用户需求：循环开关灯

LED位置

思路：

（1）灯是怎么接线的？

  • 如果想了解某个硬件的接线方式，就去看原理图(通过 ctrl+f 查找连线情况)

（2）接到CPU后怎么控制？

  • 如果想通过CPU控制它就看CPU芯片手册

（1）相关资料：

  1. 引脚 / 管脚（硬件线和CPU的接触点）：
  2. CPU为每个引脚提供了一些功能：

    但是在使用的时候只能选择其中的一个功能，简称复用功能（多个功能选一个）--- alternative function，AF。

硬件设计

二极管特性：单向流通性

问：如何让PB5为高电平 / 低电平？

        ---CPU芯片手册

（2）相关资料：

LED0的操作：

GPIO控制器 - General Purpose Input Output

  1. 谁输入 / 谁输出？
    外设向引脚输入，CPU向引脚输出
  2. 输入 / 输出什么
    输入高电平 / 低电平
    输出高电平 / 低电平

某个引脚配置为GPIO输出模式

GPIO分组

GPIO基本结构

输入模式
  • 输入浮空模式：GPIO_Mode_IN_FLOATING

  1. TTL施密特触发器作用是把电压转成逻辑数字 0 / 1。
  2. 在数字电路里，通过电平高低来表示逻辑 0 和逻辑 1。以 3.3V 供电的系统为例，规定了一个电平范围来对应逻辑 0 和逻辑 1，一般认为 0V - 0.8V 这个范围属于低电平，代表逻辑 0；2.0V - 3.3V 属于高电平，代表逻辑 1；而 0.8V - 2.0V 之间属于电平不确定区域，在实际应用中应尽量避免信号电平处于这个区间。
  3. 前面提到输入是外设输入，如果现在没有外设输入，端口 / 引脚这个点是高电平 / 低电平默认不知道。

  • 输入上拉模式：GPIO_MODE_IPU

  1. 上拉电阻：电阻就是普通电阻，之所以叫上拉电阻是因为接了一个电源电压，本质上它是普通电阻。
  2. 输入上拉模式就是把上拉电阻接通了。
  3. 如果输入3.3V高电平，则TTL把它转换为数字1发送给CPU；如果输入低电平，虽然可以拉高电平，但是贼弱，只能在没信号输入的时候稳定一下，真正低电平到来的时候瞬间就变成低电平了，TTL给它转成0给CPU核用。

上拉电阻这个点接通之后可以理解为高电平；下拉电阻这个点接通之后可以理解为低电平。

  • 输入下拉模式：GPIO_Mode_IPD

  1. 输入下拉模式就是把下拉电阻接通了。
  2. 和输入上拉模式相似，当有高电平到来，就会瞬间变成高电平，经过TTL转成1。

  • 模拟输入模式：GPIO_MODE_AIN

输出模式
  • 开漏输出模式：GPIO_Mode_Out_OD

  • 开漏复用输出模式：GPIO_Mode_AF_OD

开漏复用不是CPU核直接走这个寄存器，而是CPU核先访问I2C控制器，然后I2C控制器再用咱们这个控制器。

  • 推挽输出模式：GPIO_Mode_Out_PP

  1. 把推挽输出里的“推”想成“送快递”：当要输出高电平（3.3V ），就像 CPU 核指挥电路里的“通道”，把 3.3V 电压这 “包裹”，顺着电流从高往低（经端口、灯泡到地 ）的路，使劲“推”出去，让电流流动点亮灯泡，这主动送电流、让电“往前跑”的劲儿，就是“推” 。
  2. 推挽里的 “挽”，就像电路伸出 “手”，把外部 3.3V 这股电流 “拉拽” 回引脚 。原本电流在外面，通过电路的通路，像 “挽住” 电流往回带，让电流顺着路径流过来，配合 “推” 的动作，灵活控制引脚电平与电流走向，实现稳定输出～（简单说就是主动把外部电流 “拽” 回引脚的过程 ）

  • 推挽复用输出模式：GPIO_Mode_AF_PP

GPIO复用功能配置

常见：

  • 相关配置（cpu芯片手册-STM32F1xx中文参考手册-第八章GPIO相关内容）
  • 注意：如果GPIO功能作为复用功能，该如何配置（见P110）

LED0的操作

LED0的寄存器

  • 相关寄存器（STM32F1XX中文参考手册.pdf，P114）
  • 端口配置低寄存器（GPIOB_CRL） 
    基地址：0x40010C00 
    每四个bit位配置一个GPIO的模式和时钟频率
    PB5对应的bit[23:20] = 0011（推挽输出，50MHz（驱动能力最强，但是功耗最大，EMI最大））
  • 端口输出数据寄存器（GPIOB_ODR）
    基地址：0x40010C0C
    每一个bit位配置一个GPIO的输出值1/0
    PB5对应的bit[5] = 1/0（高低电平）
  • 端口位设置/清除寄存器（GPIOB_BSRR）
    基地址：0x40010C10
    每两个bit位配置一个GPIO的输出值1/0 PB5对应的bit[21] = 1（输出低电平）
    PB5对应的bit[5] = 1（输出高电平）

配置PB5：

GPIOB控制器位于APB2总线

注意：将来看cpu芯片手册时除了用什么看什么之外，还得看时钟控制器

时钟控制器

如果某个控制器需要工作，打开GPIOB控制器时钟

RCC控制器

  ==>    ==>  

RCC寄存器地址

相关寄存器

代码实现：

stm32f10x.h:

#ifndef __STM32f10x_H__
#define __STM32f10x_H__// GPIOB_CRL GPIOB_ODR - GPIOB - APB2
// RCC_APB2ENR 				 - RCC - AHB
// 定义宏表示总线的地址
#define PERIPH_BASE (unsigned int)(0x40000000)
#define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0X10000)
#define AHBPERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0X20000)
//
// 定义宏表示控制器首地址
//
#define GPIOB_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0X0C00)
#define RCC_BASE (AHBPERIPH_BASE + 0X1000)
//
// 定义宏表示寄存器存储区
//
#define GPIOB_CRL 	(*(unsigned int *)(GPIOB_BASE + 0X00))
#define GPIOB_CRH 	(*(unsigned int *)(GPIOB_BASE + 0X04))
#define GPIOB_ODR	(*(unsigned int *)(GPIOB_BASE + 0X0C))
#define RCC_APB2ENR (*(unsigned int *)(RCC_BASE + 0X18))#endif

main.c:

#include "stm32f10x.h"void SystemInit(void){// ... 防止报错
}
//
// 延时函数
//
void delay(unsigned int i)
{while(i--);
}int main(void){// 1.打开GPIOB控制器的时钟RCC_APB2ENR |= (1 << 3); // 其余位不变，第三位变为1// 2.配置GPIOB5为推挽输出，50MHz// GPIOB_CRL[23:20] = 0011GPIOB_CRL &= ~(0XF << 20); // [23:20] = 0000GPIOB_CRL |= (3 << 20); // [23:20] = 0011// 3.配置GPIOB5输出高电平，灭// GPIOB_ODR[5] = 1GPIOB_ODR |= (1 << 5);while(1){// 开灯 GPIOB_ODR[5] = 0GPIOB_ODR &= ~(1 << 5);// 延时 - 实现延时的原因是CPU的速度太快了delay(0xfffff);// 关灯GPIOB_ODR |= (1 << 5);// 延时delay(0xfffff);}
}

第三位为1，即将GPIOB控制器的时钟打开。

现象

拓展

1.DS1灯

 原理图:
3.3V --- DS1 ------------ PE5 | CPU 
LED1
如果PE5输出高电平, DS1灭 
如果PE5输出低电平, DS1亮

配置PE5为推挽输出, 50MHz

GPIOE控制器的寄存器 
GPIOE_CRL
偏移量 : 0x00 (GPIOE_BASE + 0X00)
[23:20] = 0011, GPIOE5为推挽输出,50MHz

GPIOE_ODR 
偏移量 : 0x0c (GPIOE_BASE + 0X0C)
[5] = 0 , 输出低电平, 亮 
[5] = 1, 输出高电平, 灭 

打开GPIOE控制器时钟 - APB2 
RCC_APB2ENR


[6] = 1, 打开GPIOE控制器时钟

2.BEEP蜂鸣器 

这里的S8050是三极管，默认断开的，BEEP左边连接CPU的PB8，当PB8 输出高电平,BEEP鸣叫；当PB8,输出低电平, BEEP不响。

  • 这里重点了解它做开关是怎么用的：电流从CPU的PB8过来，它有两种情况：截止状态和饱和状态。
  • CPU的硬件线是接在三极管的基极上面，当基极的电流特别小或者它为0的时候，集电极和发射极是不导通的，它两之间是断开的，当CPU引脚那边是低电平过来，这边是0v就断开了，称为截止状态，蜂鸣器也就不鸣叫了。
  • 反之，CPU 在 PB8 引脚输出高电平，使 NPN 型三极管 Q2 的基极获得合适偏置电压， 会有电流从基极流入，根据三极管电流放大特性，基极电流会被放大从而产生较大集电极电流，当基极电流持续增大到一定程度，三极管进入饱和状态 ，此时集电极与发射极之间的电压降极小，相当于短路，也就实现了集电极和发射极导通，从而产生鸣叫。

步骤：

1.PB8配置为推挽输出, 50MHz
GPIOB_CRH 
偏移量 : 0x04 (GPIOB_BASE + 0X04)
[3:0] = 0011 

2.输出高低电平
GPIOB_ODR 
偏移量 : 0X0C (GPIOB_BASE + 0X0C)
[8] = 1, GPIOB8输出高电平, BEEP鸣叫
[8] = 0, GPIOB8输出低电平, BEEP不响

3.打开控制器时钟（前面已打开，省略）

判断整数数据的第n位是否为0？
是0, 输出0；不是0, 输出非0 （用&运算）

代码示例：

stm32f10x.h:

#ifndef __STM32F10X_H_
#define __STM32F10X_H_//
// GPIOB_CRL GPIOB_ODR - GPIOB - APB2
// RCC_APB2ENR         - RCC   - AHB 
// GPIOE_CRL GPIOE_ODR - GPIOE - APB2 
// 定义宏表示总线的地址 
//
#define  PERIPH_BASE	    (unsigned int)(0X40000000)
#define  APB2PERIPH_BASE	(PERIPH_BASE + 0X10000)
#define  AHBPERIPH_BASE	  (PERIPH_BASE + 0X20000)
//
// 定义宏表示控制器首地址 
//
#define  GPIOB_BASE		(APB2PERIPH_BASE + 0X0C00)
#define  GPIOE_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0X1800)
#define  RCC_BASE			(AHBPERIPH_BASE + 0X1000)
//
// 定义宏表示寄存器存储区
//
#define  GPIOB_CRL  	(*(unsigned int *)(GPIOB_BASE + 0X00))
#define  GPIOB_CRH		(*(unsigned int *)(GPIOB_BASE + 0X04))
#define  GPIOB_ODR		(*(unsigned int *)(GPIOB_BASE + 0X0C))#define  GPIOE_CRL  	(*(unsigned int *)(GPIOE_BASE + 0X00))
#define  GPIOE_CRH		(*(unsigned int *)(GPIOE_BASE + 0X04))
#define  GPIOE_ODR		(*(unsigned int *)(GPIOE_BASE + 0X0C))#define  RCC_APB2ENR	(*(unsigned int *)(RCC_BASE + 0X18))
#endif

main.c:

#include "stm32f10x.h"// SystemInit函数 - 初始化 
void SystemInit(void)
{// ... 防止报错
}
//
// 延时函数 
//
void delay(unsigned int i)
{while(i--); 
}// 入口函数 main函数 
int main(void)
{// 1.打开GPIOB控制器的时钟  RCC_APB2ENR[3] = 1RCC_APB2ENR |= (1 << 3);// 1.2打开GPIOE控制器的时钟  RCC_APB2ENR[6] = 1RCC_APB2ENR |= (1 << 6);// 2.配置GPIOB5为推挽输出, 50MHz// GPIOB_CRL[23:20] = 0011GPIOB_CRL &= ~(0XF << 20); //[23:20]=0000GPIOB_CRL |= (3 << 20); // [23:20] = 0011// 2.2配置GPIOE5为推挽输出, 50MHz// GPIOE_CRL[23:20] = 0011GPIOE_CRL &= ~(0XF << 20); //[23:20]=0000GPIOE_CRL |= (3 << 20); // [23:20] = 0011// 2.3配置GPIOB8为推挽输出, 50MHz// GPIOB_CRL[3:0] = 0011GPIOB_CRH &= ~(0XF << 0); //[3:0]=0000GPIOB_CRH |= (3 << 0); // [3:0] = 0011// 3.配置GPIOB5输出高电平, 灭 // GPIOB_ODR[5] = 1GPIOB_ODR |= (1 << 5);// 3.2配置GPIOE5输出高电平, 灭 // GPIOE_ODR[5] = 1GPIOE_ODR |= (1 << 5);// 3.3配置GPIOB8输出低电平, 不响// GPIOE_ODR[8] = 0GPIOB_ODR &= ~(1 << 8);while(1){// 开灯 GPIOB_ODR[5] = 0// 打开蜂鸣器GPIOB_ODR &= ~(1 << 5); GPIOE_ODR &= ~(1 << 5); GPIOB_ODR |= (1 << 8);// 延时delay(0xfffff);// 关灯 + 关闭蜂鸣器GPIOB_ODR |= (1 << 5);GPIOE_ODR |= (1 << 5);GPIOB_ODR &= ~(1 << 8);// 延时 delay(0xfffff);}
}

红绿灯闪烁+蜂鸣

http://www.dtcms.com/a/395977.html

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