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STM32学习——GPIO应用之跑马灯+蜂鸣器实验

2023-05-16

GPIO应用——跑马灯+蜂鸣器实验

跑马灯和蜂鸣器的实验都是使用的 GPIO 的通用推挽输出模式，这是 GPIO 最简单的一个基本功能。

1跑马灯实验

1.1硬件设计

如图所示跑马灯使用的 LED 只有 DS0（红灯）和 DS1（绿灯）两个，DS0 接 PB5，DS1 接 PE5image-20210619093448900

LED 是发光二极管，既然是二极管，就具备二极管的正向导通，反向截止的特性。DS0 的正极通过电阻R909 连接电源正极（即 VCC_3V3），负极连接到 PB5，注意 LED0 是网络标号，网络标号相同的，在原理图上表示是相连接的。这个 R909 我们俗称为限流电阻，因为 LED 灯点亮有一个导通电流，这个电流不能太大，太大容易烧毁 LED 灯，因此我们通过串联一个来减少导通时的电流，电阻的阻值大小根据 LED 种类的不同可以灵活选取。

根据二极管的单向导通特性，如果我们给 PB5 设置输出高电平（3.3V），那么 DS0 应该不点亮，而如果给 PB5 设置输出低电平，那么由于存在正向压降，DS0 导通，因此点亮发光。

总结一下，针对本例的电路原理图，LED 灯低电平点亮，高电平熄灭。

1.2软件设计

首先我们需要新建bsp_led.c和bsp_led.h文件

接下来我们看一下 bsp_led.h 的程序构成

#ifndef _BSP_LED_H
#define _BSP_LED_H

#include "sys.h"

#define RCC_LED_ALL		(LED0_GPIO_CLK | LED1_GPIO_CLK)	//定义两个LED灯的端口时钟

#define LED0_GPIO_PIN	GPIO_Pin_5						//LED0引脚号
#define LED0_PIN_ID		5								//LED0引脚序号
#define LED0_GPIO_PORT	GPIOB							//LED0端口号
#define LED0_GPIO_CLK	RCC_APB2Periph_GPIOB			//LED0时钟
#define LED0_FUN_OUT	PBout							//LED0端口输出配置

#define LED1_GPIO_PIN	GPIO_Pin_5						//LED1引脚号
#define LED1_PIN_ID		5								//LED1引脚序号
#define LED1_GPIO_PORT	GPIOE							//LED1端口号
#define LED1_GPIO_CLK	RCC_APB2Periph_GPIOE			//LED1时钟
#define LED1_FUN_OUT	PEout							//LED1端口输出配置

#define LED0			LED0_FUN_OUT(LED0_PIN_ID)		//定义LED的输出
#define LED1			LED1_FUN_OUT(LED0_PIN_ID)

//函数声明
void bsp_InitLed(void);
void bsp_LedOn(uint8_t _on);
void bsp_LedOff(uint8_t _off);
void bsp_LedToggle(uint8_t _no);
uint8_t	bsp_IsLedOn(uint8_t	_no);

#endif
/*****************************  (END OF FILE) *********************************/

时钟，引脚和端口全部采用宏定义的方式，主要是方便以后程序修改，后面的例子都采用这种方式来实现。在讲解这个文件构成前，我们先看一下该头文件包含的 sys.h 头文件的构成，这对我们了解 bsp_led.h 和 bsp_led.c 至关重要，==sys.h 程序==构成如下所示。

#ifndef __SYS_H
#define __SYS_H	
#include "stm32f10x.h"
/*
*********************************************************************************************************
*
*	模块名称 : sys模块
*	文件名称 : sys.h
*	说    明 : 这是所有驱动h文件需要包含的h文件，需要在头文件中包含，实现位带操作
*
*********************************************************************************************************
*/															    

#define WSNEP_V01
//#define TDL_02

/* 检查是否定义了开发板型号 */
#if !defined (WSNEP_V01) && !defined (TDL_02)
	#error "Please define the board model : TDL_02 or WSNEP_V01"
#endif


//位带操作,实现51类似的GPIO控制功能
//具体实现思想,参考<<CM3权威指南>>第五章(87页~92页).
//IO口操作宏定义
#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2)) 
#define MEM_ADDR(addr)  *((volatile unsigned long  *)(addr)) 
#define BIT_ADDR(addr, bitnum)   MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum)) 
//IO口地址映射
#define GPIOA_ODR_Addr    (GPIOA_BASE+12) //0x4001080C 
#define GPIOB_ODR_Addr    (GPIOB_BASE+12) //0x40010C0C 
#define GPIOC_ODR_Addr    (GPIOC_BASE+12) //0x4001100C 
#define GPIOD_ODR_Addr    (GPIOD_BASE+12) //0x4001140C 
#define GPIOE_ODR_Addr    (GPIOE_BASE+12) //0x4001180C 
#define GPIOF_ODR_Addr    (GPIOF_BASE+12) //0x40011A0C    
#define GPIOG_ODR_Addr    (GPIOG_BASE+12) //0x40011E0C    

#define GPIOA_IDR_Addr    (GPIOA_BASE+8) //0x40010808 
#define GPIOB_IDR_Addr    (GPIOB_BASE+8) //0x40010C08 
#define GPIOC_IDR_Addr    (GPIOC_BASE+8) //0x40011008 
#define GPIOD_IDR_Addr    (GPIOD_BASE+8) //0x40011408 
#define GPIOE_IDR_Addr    (GPIOE_BASE+8) //0x40011808 
#define GPIOF_IDR_Addr    (GPIOF_BASE+8) //0x40011A08 
#define GPIOG_IDR_Addr    (GPIOG_BASE+8) //0x40011E08 
 
//IO口操作,只对单一的IO口!
//确保n的值小于16!
#define PAout(n)   BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PAin(n)    BIT_ADDR(GPIOA_IDR_Addr,n)  //输入 

#define PBout(n)   BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PBin(n)    BIT_ADDR(GPIOB_IDR_Addr,n)  //输入 

#define PCout(n)   BIT_ADDR(GPIOC_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PCin(n)    BIT_ADDR(GPIOC_IDR_Addr,n)  //输入 

#define PDout(n)   BIT_ADDR(GPIOD_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PDin(n)    BIT_ADDR(GPIOD_IDR_Addr,n)  //输入 

#define PEout(n)   BIT_ADDR(GPIOE_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PEin(n)    BIT_ADDR(GPIOE_IDR_Addr,n)  //输入

#define PFout(n)   BIT_ADDR(GPIOF_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PFin(n)    BIT_ADDR(GPIOF_IDR_Addr,n)  //输入

#define PGout(n)   BIT_ADDR(GPIOG_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PGin(n)    BIT_ADDR(GPIOG_IDR_Addr,n)  //输入


#endif

该头文件包含里 stm32f10x.h 的头文件，这个头文件是 ST 官方提供的，里面主要STM32F10x 系列的寄存器定义，这和 51 单片机里的 reg52.h 类似。文件中定义了 WSNEP_V01，这里定义的是开发板的型号，我们可以通过定义不同的开发板型号，通过#ifdef 条件编译来适配不同的开发板。这是一个提高程序可移植性的思想。

有了 sys.h 里的代码，我们就可以像 51 单片机一样操作 STM32 的 IO 口了，比如我们调用 PBout(5)=1 是设置了 PB5 输出为高电平。

在简要的分析了 sys.h 的代码后，我们回到 bsp_led.h 文件里。注意这里将GPIO 端口，GPIO 引脚号，以及 GPIO 端口时钟进行了封装。其中 GPIO_CLK 宏是“RCC_APB2Periph_GPIOB”是 STM32 标准库里用来定义 GPIO 端口时钟相关的宏，它的作用与“GPIO_Pin_x”这类宏类似。LED0_FUN_OUT 定义的是 sys 里面的 PBout，以后我们还会用到输入函数，那么将使用 XXX_FUN_IN，配置对应的端口 Pxin，x 对应的是 GPIO 端 口中的 A~G。注意这里的 LED0_PIN_ID 是表示的端口序号。另外将 LED 操作函数也做了一个封装，#define LED0 LED0_FUN_OUT(LED0_PIN_ID)，经过这些宏定义操作后，我们就可以进行进一步的操作了。

注意在 bsp_led.h 头文件最后是将 c 文件的函数做一个函数申明。

接下来我们看一下在 bsp_led.c 文件里怎么使用这些宏定义。先看一下 bsp_InitLed 函数

在这个函数中我们讲解一下对==GPIO 初始化的步骤==

  1. 首先我们通过 GPIO_InitTypeDef 定义一个结构体 GPIO_InitStructure。
  2. 通过 RCC_APB2PeriphClock 打开 GPIO 端口时钟。
  3. 给 GPIO_ InitStructure 里的 GPIO_Speed、GPIO_Mode、GPIO_Pin 成员赋值
  4. 通过调用 GPIO_Init 对结构体进行初始化。
  5. 设置端口初始电平，这里使用的函数是 bsp_LedOff
void bsp_InitLed(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	//使能时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_LED_ALL, ENABLE);
	//RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);
	bsp_LedOff(1);		//初始化led为关闭状态
	bsp_LedOff(2);
	//LED0
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;	//设置速度
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;	//设置输出方式(复用开漏输出	)
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED0_GPIO_PIN;		//设置端口号
	GPIO_Init(LED0_GPIO_PORT,&GPIO_InitStructure);		//初始化配置
	//LED1
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED1_GPIO_PIN;
	GPIO_Init(LED1_GPIO_PORT,&GPIO_InitStructure);
	
}

接下来看一下 bsp_LedOn 函数，此函数实现点亮 LED 灯，这里提供了两种实现方法，一种是寄存器，一种是位带的方式。

void bsp_LedOn(uint8_t _on)
{
	
	if(_on==1)
	{
		LED0 = 0;
//		GPIO_ResetBits(LED0_GPIO_PORT,LED0_GPIO_PIN);
	}
	else if(_on==2)
	{
		LED1 = 0;
//		GPIO_ResetBits(LED1_GPIO_PORT,LED1_GPIO_PIN);
	}
}

bsp_LedOff 函数实现熄灭 LED 灯，和点亮 LED 灯函数类似，

void bsp_LedOff(uint8_t _off)
{
	
	if(_off==1)
	{
		LED0 = 1;
//		GPIO_SetBits(LED0_GPIO_PORT,LED0_GPIO_PIN);
	}
	else if(_off==2)
	{
		LED1 = 0;
//		GPIO_SetBits(LED1_GPIO_PORT,LED1_GPIO_PIN);
	}
}

main.c 主函数

int main(void)
{
	/*
		ST固件库中的启动文件已经执行了 SystemInit() 函数，该函数在 system_stm32f10x.c 文件，主要功能是
	配置CPU系统的时钟
	*/
	bsp_Init();		/* 硬件初始化 */

	while(1)
	{
		bsp_BeepOn();			//打开蜂鸣器
		bsp_LedToggle(1);		//LED0翻转
		delay_ms(1000);			//延时1000ms
		bsp_BeepOff();			//关闭蜂鸣器
		bsp_LedToggle(2);		//LED1翻转
		delay_ms(1000);			//延时1000ms
		
	}
}

在 main 函数里有两个函数没见过，它们是 bsp_Init()和 delay_ms()，这两个函数在 bsp.c文件里

先了解一下 bsp_Init 函数

void bsp_Init(void)
{
	/*
		由于ST固件库的启动文件已经执行了CPU系统时钟的初始化，所以不必再次重复配置系统时钟。
		启动文件配置了CPU主时钟频率、内部Flash访问速度和可选的外部SRAM FSMC初始化。
		系统时钟缺省配置为72MHz，如果需要更改，可以修改 system_stm32f10x.c 文件
	*/

	/* 优先级分组设置为2 */
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	
	bsp_InitLed();		/* 配置LED的GPIO端口 */
	bsp_InitBeep();		/* 配置Beep的GPIO端口 */
	
	bsp_InitTimer();	/* 初始化系统滴答定时器 (此函数会开中断) */
}

bsp_Init 函数是按需更改的，其中下面两条语句是固定。

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//优先级分组

bsp_InitTimer();//初始化系统滴答定时器。函数实体在 bsp_timer.c 里

bsp_InitLed 函数之前在 bsp_led.c 部分已经讲解过了。这里直接调用进行 LED 灯端口和模式的初始化。

delay_ms 函数从函数名可以看出这是延时毫秒的函数，可以直接调用

2.蜂鸣器实验

1.1硬件设计

如图所示跑马灯使用的 LED 只有 DS0（红灯）和 DS1（绿灯）两个，DS0 接 PB5，DS1 接 PE5）

image-20210722133312175
蜂鸣器也是使用的 GPIO 的输出功能，这里相当于进一步熟悉一下 STM32 的 IO 端口的使用。注意一下，这里使用了 NPN 三极管，实际上使用的是三极管导通和截止的功能，对 于图中的接法，输入高电平时三极管导通，蜂鸣器鸣叫；输入低电平，蜂鸣器不鸣叫。

2.2软件设计

bsp_beep.h 文件

#ifndef _BSP_BEEP_H
#define _BSP_BEEP_H
#include "sys.h"

#define	RCC_ALL_BEEP (BEEP_GPIO_CLK)				//beep时钟
	
#define	BEEP_GPIO_PIN	GPIO_Pin_11						//beep引脚号
#define BEEP_PIN_ID		11								//beep引脚序号
#define BEEP_GPIO_PORT	GPIOG							//beep端口号
#define BEEP_GPIO_CLK	RCC_APB2Periph_GPIOG			//beep时钟
#define BEEP_FUN_OUT	PGout							//beep输出端口配置函数
//#define LED0_FUN_IN		PBin							//beep输入端口配置函数
//


//IO操作函数
#define BEEP	BEEP_FUN_OUT( BEEP_PIN_ID )

/*函数声明*/
void bsp_InitBeep(void);
void bsp_BeepOn(void);
void bsp_BeepOff(void);
void bsp_BeepToggle(void);
uint8_t	bsp_IsBeepOn(void);

#endif
/*****************************  (END OF FILE) *********************************/

bsp_beep.c 文件

#include "bsp.h"
/*******************************************************************************
* 函数名         :bsp_InitBeep
* 函数功能    	 :配置有源蜂鸣器相关的 GPIO, 该函数被 bsp_Init()调用
* 输入            : 无
* 输出            : 无
*******************************************************************************/
void bsp_InitBeep(void)
{
	//定义一个结构体变量
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	//打开GPIO时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_ALL_BEEP,ENABLE );
    //设置输出速度
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	//设置输出模式为开漏输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;
	//
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = BEEP_GPIO_PIN;
	//
	GPIO_Init( BEEP_GPIO_PORT , &GPIO_InitStructure);
		
}
/*******************************************************************************
* 函数名         :bsp_BeepOn()
* 函数功能    :开启蜂鸣器
* 输入            : 无
* 输出            : 无
*******************************************************************************/
void bsp_BeepOn()
{
	//beep引脚给高电平，蜂鸣器工作
	//方法一
	//BEEP_GPIO_PORT->BSRR=BEEP_GPIO_PIN
	//方法二
	BEEP=1;			
}
/*******************************************************************************
* 函数名         :bsp_BeepOff()
* 函数功能       :开启蜂鸣器
* 输入            : 无
* 输出            : 无
*******************************************************************************/
void bsp_BeepOff()
{
	//BEEP_GPIO_PORT->BSRR=BEEP_GPIO_PIN
	BEEP=0;
}
/*******************************************************************************
* 函数名         :bsp_BeepToggle()
* 函数功能    :蜂鸣器翻转函数
* 输入            : 无
* 输出            : 无
*******************************************************************************/
void bsp_BeepToggle()
{
	BEEP_GPIO_PORT->ODR^=BEEP_GPIO_PIN;
}

/*******************************************************************************
* 函数名         :bsp_IsBeepOn()
* 函数功能    	 :判断蜂鸣器是否鸣叫
* 输入            : 无
* 输出            : 1表示鸣叫，0表示静音
*******************************************************************************/
uint8_t	bsp_IsBeepOn()
{
	if((BEEP_GPIO_PORT->ODR&BEEP_GPIO_PIN)==BEEP_GPIO_PIN)
	{
		return 1;
	}
	return 0;	
}
/*****************************  (END OF FILE) *********************************/

主函数

int main(void)
{
    /*
    ST固件库中的启动文件已经执行了 SystemInit() 函数，该函数在 system_stm32f10x.c 文件，主要功能是
    配置CPU系统的时钟
    */
    bsp_Init();		/* 硬件初始化 */

    while(1)
    {
        bsp_BeepOn();			//打开蜂鸣器
        bsp_LedToggle(1);		//LED0翻转
        delay_ms(1000);			//延时1000ms
        bsp_BeepOff();			//关闭蜂鸣器
        bsp_LedToggle(2);		//LED1翻转
        delay_ms(1000);			//延时1000ms

    }
}
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