工程师STM32单片机学习基础手记（2）：从勉强看懂一行程序到IO口研究

IO研究

　　前面的例子研究了时钟，接下来就来了解一下引脚的情况
　　Main.c中，有关I/O口的配置代码如下：
　　void GPIO_Configuration（void）
　　{
　　GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
　　/* Configure IO connected to LD1， LD2， LD3 and LD4 leds *********************/
　　GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10 | GPIO_Pin_11;
　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
　　GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
　　GPIO_Init（GPIOD， GPIO_InitStructure）;
　　这几行代码是将GPIOD的第8，9，10和11引脚配置成输出，并且还可以设定输出引脚的速度（驱动能力？），这里设定为 50MHz，这应该是常用的，还有可以设置为2MHz的。那么如何将引脚设置成输入呢？查看电路原理图，GPIOD.0～GPIO.4是接一个摇杆的5个按钮的，因此，下面尝试着将它们设置成为输入端。
　　GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4;
　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
　　GPIO_Init（GPIOD， GPIO_InitStructure）;
　　第1行和第3行完全是照抄，第2行那个GPIO_Mode_IN_FLOATING是在stm32f10x_gpio.h中找到的。
　　
　　当然是因为这里还有GPIO_Mode_Out_PP，所以猜测应该是它了。至于还有其他那么多的符号就不管了。
　　定义完成，编译完全通过，那就接下来准备完成下面的代码了。
　　int main（void）
　　{
　　Init_All_Periph（）;
　　while（1）
　　{ if（ GPIO_ReadInputDataBit（GPIOD，GPIO_Pin_0）） //1
　　{ GPIO_ResetBits（GPIOD， GPIO_Pin_8）;
　　}
　　else
　　{ /* Turn on LD1 */
　　GPIO_SetBits（GPIOD， GPIO_Pin_8）;
　　/* Insert delay */
　　}
　　。。.。。.
　　标号为1的行显然其作用是判断GPIOD.0引脚是0还是1。这个函数是在stm32f10x_gpio.c中找到的。
　　uint8_t GPIO_ReadInputDataBit（GPIO_TypeDef* GPIOx， uint16_t GPIO_Pin）
　　{
　　uint8_t bitstatus = 0x00;
　　/* Check the parameters */
　　assert_param（IS_GPIO_ALL_PERIPH（GPIOx））;
　　assert_param（IS_GET_GPIO_PIN（GPIO_Pin））;
　　if （（GPIOx-》IDR GPIO_Pin） ！= （uint32_t）Bit_RESET）
　　{
　　bitstatus = （uint8_t）Bit_SET;
　　}
　　else
　　{
　　bitstatus = （uint8_t）Bit_RESET;
　　}
　　return bitstatus;
　　}
　　虽然程序还有很多符号看不懂（没有去查），但凭感觉它应该是对某一个引脚的状态进行判断，因为这个函数的类型是uint8_t，估计stm32没有bit型函数（需要验证），所以就用了uint8_t型了），如果是读的端口的值，应该用uint16_t型。这一点在下面也可以得到部分的验证：
　　uint16_t GPIO_ReadInputData（GPIO_TypeDef* GPIOx）
　　uint16_t GPIO_ReadOutputData（GPIO_TypeDef* GPIOx）
　　这些函数是读引脚及输出寄存器的数据的。

　再次编译，也是顺利通过，依法炮制，将其他三个引脚输入控制LED的代码也写上，为保险起见，先用软件仿真，免得反复擦写FLASH（顺便说一句，目前还没有搞定将代码写入RAM及从RAM中执行）
　　
　　进入仿真后打开外围部件接口，单步执行，果然如同设想那样运作了，单击Pins 0后面的勾，再次运行，果然PIN8后面的勾没了。做到这里，就感觉到用keil的好处了，这块熟啊，几乎没有花时间在上面，一用就成了。
　　至此，按我的习惯，要翻开STM32F的数据手册，研究一下其IO端口了。下面是数据手册中的一段话：
　　-------------------------------------
　　每个GPI/O端口有两个32位配置寄存器（GPIOx_CRL，GPIOx_CRH），两个32位数据寄存器（GPIOx_IDR，GPIOx_ODR），一个32位置位/复位寄存器（GPIOx_BSRR），一个16位复位寄存器（GPIOx_BRR）和一个32位锁定寄存器（GPIOx_LCKR）。
　　根据数据手册中列出的每个I/O端口的特定硬件特征， GPIO端口的每个位可以由软件分别配置成多种模式。
　　─ 输入浮空
　　─ 输入上拉
　　─ 输入下拉
　　─ 模拟输入
　　─ 开漏输出
　　─ 推挽式输出
　　─ 推挽式复用功能
　　─ 开漏复用功能
　　----------------------------------------------------
　　当然，数据手册上关于IO端口的描述是很多很多的，我也只是大概地了解了一下，真正要设计产品时，肯定还要细看。但至少，知道了IO端口复位后处于浮空状态，也就是其电平状态由外围电路决定，这很重要，如果设计工业品的话，这是必须要确定的；知道了IO引脚可以兼容5V电源；知道了在什么地方可以找到这些引脚在库中的定义而不必看着数据手册去控制那些位；也知道了这些引脚的一些基本操作函数（连猜带蒙带测试应该可以搞定大部分功能），那么我心里基本就有底啦。
　　最后用一段电子荧火虫（也就是呼吸灯）的简单程序作为结束。
　　int main（void）
　　{ uint8_t Count;
　　uint32_t DelayTim=“0x1000”; //基数
　　uint32_t ChangTim=“0x2000”; //每次变化的量
　　Init_All_Periph（）;
　　while（1）
　　{
　　for（Count=0;Count《16;Count++） //渐亮
　　{
　　GPIO_SetBits（GPIOD， GPIO_Pin_8）; //点亮灯
　　Delay（DelayTim+Count*ChangTim）;
　　GPIO_ResetBits（GPIOD， GPIO_Pin_8）; //熄灭灯
　　Delay（DelayTim+（16-Count）*ChangTim）;
　　}
　　for（Count=16;Count》0;Count--） //渐暗
　　{
　　GPIO_SetBits（GPIOD， GPIO_Pin_8）; //点亮灯
　　Delay（DelayTim+Count*ChangTim）;
　　GPIO_ResetBits（GPIOD， GPIO_Pin_8）; //熄灭灯
　　Delay（DelayTim+（16-Count）*ChangTim）;
　　}
　　}
　　}
　　定时器初步
　　接下来研究定时器。为什么开始研究定时器了呢？那个I/O还是刚刚开了头啊，还有很多很多知识没有掌握！不怕，方法论告诉我们：对事物的认识是螺旋式上升的，所以不要一杆子打到底，想着把I/O口的所有情况都掌握了再学下面的，那会是很困难的
　　STM32的定时器是什么样子的，心里一点底也没有，还是找个现成的例子来吧。在ST提供的库里，有很多的例子
　　第一个就是它了。
　　
　　把整个文件夹复制一份到自己的实验文件夹中
　　
　　在Source文件夹中再建立名为APP的文件夹，将上图中所有源程序文件全部复制到APP文件夹中。然后将库所提供的CMSIS文件夹和 STM32F10x_StdPeriph_Driver文件夹复制到Source文件夹中。然后按照前面的方法建立项目。
　　
　　这是建好的项目的结构。
　　下面开始研究，首先看附带的readme.txt文件，了解到该例子的大体用途是验证Tim2的Output Compare Timing mode的。于是打开PDF文件，直接翻到下面的位置：
　　-----------------------------------------------------------------------------------------

　13.3.8 输出比较模式
　　此项功能是用来控制一个输出波形或者指示何时一段给定的的时间已经到时。
　　当计数器与捕获/比较寄存器的内容相同时，输出比较功能做如下操作：
　　● 将输出比较模式（TIMx_CCMRx寄存器中的OCxM位）和输出极性（TIMx_CCER寄存器中的CCxP位）定义的值输出到对应的管脚上。在比较匹配时，输出管脚可以保持它的电平
　　（OCxM=000）、被设置成有效电平（OCxM=001）、被设置成无有效电平（OCxM=010）或进行翻转（OCxM=011）。
　　● 设置中断状态寄存器中的标志位（TIMx_SR寄存器中的CCxIF位）。
　　● 若设置了相应的中断屏蔽（TIMx_DIER寄存器中的CCXIE位），则产生一个中断。
　　● 若设置了相应的使能位（TIMx_DIER寄存器中的CCxDE位，TIMx_CR2寄存器中的CCDS位选择DMA请求功能），则产生一个DMA请求。
　　TIMx_CCMRx中的OCxPE位选择TIMx_CCRx寄存器是否需要使用预装载寄存器。
　　在输出比较模式下，更新事件UEV对OCxREF和OCx输出没有影响。
　　同步的精度可以达到计数器的一个计数周期。输出比较模式（在单脉冲模式下）也能用来输出一个单脉冲。
　　输出比较模式的配置步骤：
　　1. 选择计数器时钟（内部，外部，预分频器）
　　2. 将相应的数据写入TIMx_ARR和TIMx_CCRx寄存器中
　　3. 如果要产生一个中断请求和/或一个DMA请求，设置CCxIE位和/或CCxDE位。
　　4. 选择输出模式，例如：必须设置OCxM=’011’、OCxPE=’0’、CCxP=’0’和CCxE=’1’，当计数器CNT与CCRx匹配时翻转OCx的输出管脚，CCRx预装载未用，开启OCx输出且高电平有效。
　　5. 设置TIMx_CR1寄存器的CEN位启动计数器--------------------------------------------------------------------------------
　　说得并不复杂，但是要弄清楚也绝非易事，况且main.c中一系列的符号究竟是什么意思也不是那么容易搞清楚的。这些东西搞不清，将来自己编程时，就算想要依葫芦画瓢都难。怎么办呢？可能并没有多少偷巧的办法，只能是一步一步地摸索吧。
　　进入调试，打开Peripherals-》Timers-》Tim2，出现下面的窗口。
　　
　　然后单步执行程序，并观察界面的变化，并将这些符号作为线索，在PDF文件，stmf10x_tim.c等文件中搜索，了解相关符号的含义。
　　如下图是执行到：while（1）前，也就是所有设置完成后的图。
　　

沿着这些线索一路追踪，边看源程序，边找数据手册，边找相关的头文件，其他源程序，总算大体有了个明白，下面将main.c中的部分代码作为注释，也算是做点记录。
　　/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
　　#include “stm32f10x.h”
　　//这个头文件需要根据所选择的芯片进行更改
　　/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
　　TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
　　TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; //定义两个结构型变量
　　__IO uint16_t CCR1_Val = 49152;
　　__IO uint16_t CCR2_Val = 32768;
　　__IO uint16_t CCR3_Val = 16384;
　　__IO uint16_t CCR4_Val = 8192; //
　　ErrorStatus HSEStartUpStatus;
　　/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
　　void RCC_Configuration（void）;
　　void GPIO_Configuration（void）;
　　void NVIC_Configuration（void）;
　　int main（void）
　　{
　　/* System Clocks Configuration */
　　RCC_Configuration（）;
　　/* NVIC Configuration */
　　NVIC_Configuration（）;
　　/* GPIO Configuration */
　　GPIO_Configuration（）;
　　/* ---------------------------------------------------------------
　　TIM2 Configuration： Output Compare Timing Mode：
　　TIM2CLK = 36 MHz， Prescaler = 4， TIM2 counter clock = 7.2 MHz
　　CC1 update rate = TIM2 counter clock / CCR1_Val = 146.48 Hz
　　CC2 update rate = TIM2 counter clock / CCR2_Val = 219.7 Hz
　　CC3 update rate = TIM2 counter clock / CCR3_Val = 439.4 Hz
　　CC4 update rate = TIM2 counter clock / CCR4_Val = 878.9 Hz
　　--------------------------------------------------------------- */
　　/* Time base configuration */
　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 65535; //它对应TIM2_ARR
　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;
　　/* 它对应TIM2_PSC，相关代码如下（stm32f10x_tim.c中）：
　　TIMx-》PSC = TIM_TimeBaseInitStruct-》TIM_Prescaler;
　　但很奇怪，这里令其为0，然后再在下面设置为4？？为何？？
　　*/
　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0x0200;
　　//ClockDivision是对CKD位进行设置的，但是这个必须要自己给其赋正确的值
　　/*在stm32f10_tim.c文件中是这样操作的
　　TIMx-》CR1 |= （uint32_t）TIM_TimeBaseInitStruct-》TIM_ClockDivision |
　　TIM_TimeBaseInitStruct-》TIM_CounterMode;
　　*/
　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
　　/*计数模式，st32f10x_tim.h中定义，其他可用的符号还有：
　　TIM_CounterMode_Up，TIM_CounterMode_Down，TIM_CounterMode_CenterAligned1
　　TIM_CounterMode_CenterAligned2，TIM_CounterMode_CenterAligned3
　　*/
　　TIM_TimeBaseInit（TIM2， TIM_TimeBaseStructure）;
　　/* Prescaler configuration */
　　TIM_PrescalerConfig（TIM2， 4， TIM_PSCReloadMode_Immediate）;
　　/*stm32f10x_tim.c中相关代码：
　　TIMx-》PSC = Prescaler;
　　*/
　　/* Output Compare Timing Mode configuration： Channel1 *///输出比较模式
　　TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_Timing;
　　TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
　　TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = CCR1_Val; //预置值
　　TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //对CCER中CCxP的操作
　　TIM_OC1Init（TIM2， TIM_OCInitStructure）;
　　/*对捕获/比较使能寄存器（TIMx_CCER）进行操作，置CC1E为1 */
　　TIM_OC1PreloadConfig（TIM2， TIM_OCPreload_Disable）;
　　/* Output Compare Timing Mode configuration： Channel2 */
　　TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
　　TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = CCR2_Val;
　　//这个是将CCR2_Val的值送到TMI2_CCR2中
　　TIM_OC2Init（TIM2， TIM_OCInitStructure）;
　　TIM_OC2PreloadConfig（TIM2， TIM_OCPreload_Disable）;
　　/* Output Compare Timing Mode configuration： Channel3 */
　　TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
　　TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = CCR3_Val;
　　TIM_OC3Init（TIM2， TIM_OCInitStructure）;
　　TIM_OC3PreloadConfig（TIM2， TIM_OCPreload_Disable）;
　　/*
　　*/
　　/* Output Compare Timing Mode configuration： Channel4 */
　　TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
　　TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = CCR4_Val;
　　TIM_OC4Init（TIM2， TIM_OCInitStructure）;
　　TIM_OC4PreloadConfig（TIM2， TIM_OCPreload_Disable）;
　　/* TIM IT enable */
　　TIM_ITConfig（TIM2， TIM_IT_CC1 | TIM_IT_CC2 | TIM_IT_CC3 | TIM_IT_CC4， ENABLE）;
　　对DIER寄存器操作，中断允许配置，相关代码如下：
　　
　　而DIER寄存器如下：
　　
　　/* TIM2 enable counter */
　　TIM_Cmd（TIM2， ENABLE）;
　　//开启定时器的运行
　　while （1）;
　　}
　解读：
　　（1） 时钟来源 CK_INT，设置的方法是让TIMx_SMCR中的SMS［2:0］=000，最后通过TIM_Cmd（TIM2， ENABLE）;函数将TIMx_CR1中的CEN置1，开启定时器的运行；
　　（2） 接下来设置定时器的基本参数
　　（3） 然后是设置定时器的各个通道
　　（4） 最后开启定时器运行
　　最后，将这个例子稍加修改，令其运行在我的实验板上。
　　需要修改的仅是将其原来的输出从GPIOC的第6～第9脚变为GPIOD的第8～第11脚。为此，需要改的地方有：
　　
　　将蓝色框内的GPIOC改为GPIOD。这个是最先写的，但实际上一开始根本没注意到这个地方，没有改成GPIOD，结果一仿真，不正确，再一细查，原来端口还要配置时钟，改过来就对了。瞧，这不验证了上面的说法“认识事物是螺旋式上升的”学了定时器，对于I/O口和时钟又有了更进一步的理解了。
　　
　　将红色框内的GPIO分别改成8，9，10，11，将蓝色框内的GPIOC改为GPIOD。
　　最后，到stm32f10x_it.c中，修改相应的输出
　　
　　参考上图红色框内，将GPIOC改为GPIOD，将6脚改为8脚，其他部分类推。
　　修改好后运行，所有灯亮了，看不出效果，于是又将预分频系数由4改为64，这样一来，LED开始闪烁了。