原创 【连载】【ALIENTEK MiniSTM32 开发板】STM32不完全手册--跑马灯实验（实验一）

3.1 跑马灯实验
 
通过本节的学习，你将了解到STM32的IO口作为输出使用的方法。本节分为如下几个小节：
 3.1.1 STM32 IO口简介
 3.1.2 硬件设计
 3.1.3 软件设计
 3.1.4 仿真与下载

3.1.1 STM32 IO简介

作为所有开发板的经典入门实验，莫过于跑马灯了。ALIENTEK MiniSTM32开发板板载了2个LED，DS0和DS1，本实验将通过教你如何控制这两个灯实现交替闪烁的类跑马灯效果。
该实验的关键在于如何控制STM32的IO口输出。了解了STM32的IO口如何输出的，就可以实现跑马灯了。通过这一节的学习，你将初步掌握STM32基本IO口的使用，而这是迈向STM32的第一步。
STM32的IO口可以由软件配置成8种模式：
1、输入浮空
2、输入上拉
3、输入下拉
4、模拟输入
5、开漏输出
6、推挽输出
7、推挽式复用功能
8、开漏复用功能
每个IO口可以自由编程，单IO口寄存器必须要按32位字被访问。STM32的很多IO口都是5V兼容的，这些IO口在与5V电平的外设连接的时候很有优势，具体哪些IO口是5V兼容的，可以从该芯片的数据手册管脚描述章节查到（I/O Level标FT的就是5V电平兼容的）。
STM32的每个IO端口都有7个寄存器来控制。他们分别是：配置模式的2个32位的端口配置寄存器CRL和CRH；2个32位的数据寄存器IDR和ODR；1个32位的置位/复位寄存器BSRR；一个16位的复位寄存器BRR；1个32位的所存寄存器LCKR；这里我们仅介绍常用 的几个寄存器，我们常用的IO端口寄存器只有4个：CRL、CRH、IDR、ODR。
CRL和CRH控制着每个IO口的模式及输出速率。
STM32的IO口位配置表如表3.1.1.1所示：
 
                      表3.1.1.1 STM32的IO口位配置表
STM32输出模式配置如表3.1.1.2所示：

 
               表3.1.1.2 STM32输出模式配置表
 接下来我们看看端口低配置寄存器CRL的描述，如下图所示：
 
                 图3.1.1.1 端口低配置寄存器CRL各位描述
该寄存器的复位值为0X4444 4444，从上图可以看到，复位值其实就是配置端口为浮空输入模式。从上图还可以得出：STM32的CRL控制着每个IO端口（A~G）的低8位的模式。每个IO端口的位占用CRL的4个位，高两位为CNF，低两位为MODE。这里我们可以记住几个常用的配置，比如0X4表示模拟输入模式（ADC用）、0X3表示推挽输出模式（做输出口用，50M速率）、0X8表示上/下拉输入模式（做输入口用）、0XB表示复用输出（使用IO口的第二功能，50M速率）。
CRH的作用和CRL完全一样，只是CRL控制的是低8位输出口，而CRH控制的是高8位输出口。这里我们对CRH就不做详细介绍了。
给个实例，比如我们要设置PORTC的11位为上拉输入，12位为推挽输出。代码如下：
GPIOC->CRH&=0XFFF00FFF;//清掉这2个位原来的设置，同时也不影响其他位的设置
GPIOC->CRH|=0X00038000;  //PC11输入，PC12输出
GPIOC->ODR=1<<11;//PC11上拉
通过这3句话的配置，我们就设置了PC11为上拉输入，PC12为推挽输出。
IDR是一个端口输入数据寄存器，只用了低16位。该寄存器为只读寄存器，并且只能以16位的形式读出。该寄存器各位的描述如下图所示：
 
               图3.1.1.2 端口输入数据寄存器IDR各位描述
要想知道某个IO口的状态，你只要读这个寄存器，再看某个位的状态就可以了。使用起来是比较简单的。
ODR是一个端口输出数据寄存器，也只用了低16位。该寄存器虽然为可读写，但是从该寄存器读出来的数据都是0。只有写是有效的。其作用就是控制端口的输出。该寄存器的各位描述如下图所示：
 
               图3.1.1.3 端口输出数据寄存器ODR各位描述
了解了这几个寄存器，我们就可以开始跑马灯实验的真正设计了。关于IO口更详细的介绍，请参考《STM32参考手册》第69页7.1节。

3.1.2 硬件设计

该实验的硬件电路在ALIENTEM Mini STM32开发板上已经连接好了。DS0接PA8，DS1接PD2。所以在硬件上不需要动任何东西。其连接原理图如下：
 
               图3.1.2.1 LED与STM32连接原理图
3.1.3 软件设计

首先，找到之前新建的TEST工程，在该文件夹下面新建一个HARDWARE的文件夹，用来存储以后与硬件相关的代码。然后在HARDWARE文件夹下新建一个LED文件夹，用来存放与LED相关的代码。如下图所示：
 
               图3.1.3.1 新建HARDWARE文件夹
然后我们打开USER文件夹下的TEST.Uv2工程，按 按钮新建一个文件，然后保存在HARDWARE->LED文件夹下面，保存为led.c。在该文件中输入如下代码：
#include <stm32f10x_lib.h>   
#include "led.h"
//Mini STM32开发板
//LED驱动代码   
//正点原子@ALIENTEK
//2010/5/27

// V1.0
//初始化PA8和PD2为输出口.并使能这两个口的时钟     
 
//LED IO初始化
void LED_Init(void)
{
 RCC->APB2ENR|=1<<2;    //使能PORTA时钟     
 RCC->APB2ENR|=1<<5;    //使能PORTD时钟      
 GPIOA->CRH&=0XFFFFFFF0;
 GPIOA->CRH|=0X00000003;//PA8 推挽输出    
    GPIOA->ODR|=1<<8;      //PA8 输出高           
 GPIOD->CRL&=0XFFFFF0FF;
 GPIOD->CRL|=0X00000300;//PD.2推挽输出
 GPIOD->ODR|=1<<2;      //PD.2输出高
}
该代码里面就包含了一个函数void LED_Init(void)，该函数的功能就是用来实现配置PA8和PD2为推挽输出。在配置STM32外设的时候，任何时候都要先使能该外设的时钟！APB2ENR是APB2总线上的外设时钟使能寄存器，其各位的描述如下：
 
               图3.1.3.2 寄存器APB2ENR各位描述
我们要使能的PORTA和PORTD的时钟使能位，分别在bit2和bit5，只要将这两位置1就可以使能PORTA和PORTD的时钟了。该寄存器还包括了很多其他外设的时钟使能。大家在以后会慢慢使用到的。关于这个寄存器的详细说明在《STM32参考手册》的第61页。
在设置完时钟之后就是配置完时钟之后，LED_Init配置了PA8和PD2的模式为推挽输出，并且默认输出1。这样就完成了对这两个IO口的初始化。
保存led.c代码，然后我们按同样的方法，新建一个led.h文件，也保存在LED文件夹下面。在led.h中输入如下代码：
#ifndef __LED_H
#define __LED_H 
#include "sys.h"
//Mini STM32开发板
//LED驱动代码   
//正点原子@ALIENTEK
//2010/5/27
//LED端口定义
#define LED0 PAout(8)// PA8
#define LED1 PDout(2)// PD2 
void LED_Init(void);//初始化          
#endif
这段代码里面最关键就是2个宏定义:
#define LED0 PAout(8)// PA8
#define LED1 PDout(2)// PD2
这里使用的是位带操作来实现操作某个IO口的1个位的，关于位带操作前面已经有介绍，这里不再多说。需要说明的是，这里可以使用另外一种操作方式实现。如下：
#define LED0 (1<<8)  //led0 PA8
#define LED1 (1<<2)  //led1 PD2
#define LED0_SET(x) GPIOA->ODR=(GPIOA->ODR&~LED0)|(x ? LED0:0)
#define LED1_SET(x) GPIOD->ODR=(GPIOD->ODR&~LED1)|(x ? LED1:0) 
后者通过LED0_SET(0)和LED0_SET(1)来控制PA8的输出0和1。而前者的类似操作为：LED0=0和LED0=1。显然前者简单很多，从而可以看出位带操作带来的好处。以后像这样的IO口操作，我们都使用位带操作来实现，而不使用第二种方法。
将led.h也保存一下。接着，我们在Manage Components管理里面新建一个HARDWARE的组，并把led.c加入到这个组里面，如下图所示：
 
                   图3.1.3.3 给工程新增HARDWARE组
单击OK，回到工程，然后你会发现在Project Workspace里面多了一个HARDWARE的组，在改组下面有一个led.c的文件。如下图所示：
                      
                图3.1.3.4给工程新增HARDWARE组
然后用之前介绍的方法将led.h头文件的路径加入到工程里面。回到主界面，在main函数里面编写如下代码：
#include <stm32f10x_lib.h>
#include "sys.h"
#include "usart.h"  
#include "delay.h" 
#include "led.h"    
//Mini STM32开发板范例代码1
//跑马灯实验
//正点原子@ALIENTEK
//2010.5.27   
int main(void)
{     
 Stm32_Clock_Init(9); //系统时钟设置
 delay_init(72);      //延时初始化
 LED_Init();      //初始化与LED连接的硬件接口
 while(1)
 {
  LED0=0;
  LED1=1;
  delay_ms(300);
  LED0=1;
  LED1=0;
  delay_ms(300);
 } 
}
代码先包含了#include "led.h"这句，使得LED0、LED1、LED_Init等能在main函数里被调用。接下来，main函数先配置系统时钟为72M，然后把延时函数初始化一下。接着就是调用LED_Init来初始化PA8和PD2为输出。最后在死循环里面实现LED0和LED1交替闪烁，间隔为300ms。
然后按编译，编译工程，得到结果如下图所示：
 
                           图3.1.3.5编译结果
可以看到没有错误，也没有警告。接下来，我们就先进行软件仿真，验证一下是否有错误的地方，然后下载到Mini STM32看看实际运行的结果。

3.1.4 仿真与下载

我们可以先用软件仿真，看看结果对不对，根据软件仿真的结果，然后再下载到MINI STM32板子上面看运行是否正确。

                      图3.1.4.1逻辑分析设置
Display Type选择bit，然后单击Close关闭该对话框，可以看到逻辑分析窗口出来了2个信号，如下图所示：
 
   
                     图3.1.4.3 仿真波形
这里注意Gird要调节到0.25s左右比较合适，可以通过Zoom里面的In按钮来放大波形，通过Out按钮来缩小波形，或者按All显示全部波形。从上图中可以看到PORTD.2和PORTA.8交替输出，周期可以通过中间那根红线来测量。至此，我们的软件仿真已经顺利通过。
在软件仿真没有问题了之后，我们就可以把代码下载到Mini STM32观看运行结果是否与我们仿真的一致。运行结果如下图所示：
 
                     图3.1.4.4 执行结果
至此，我们的第一节学习就结束了，这一节，作为STM32的入门第一个例子，详细介绍了STM32的IO口操作，同时巩固了前面的学习，并进一步介绍了MDK的软件仿真功能。希望大家好好理解一下。

PDF档：

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实例源代码：

https://static.assets-stash.eet-china.com/album/old-resources/2010/7/9/4449f71c-221a-457c-a79d-c9856522a80a.rar