6-2-GPIO点亮LED灯(寄存器)

文章目录

1 新建工程
2 硬件链接
3 startup_stm32f429_439xx.s
4 stm32f4xx.h
5 main.c

1 新建工程

参考之前的文章：http://ckun.fun/index.php/2024/11/29/stm32-new/

2 硬件链接

本次测试采用的是野火 STM32F429IGTb V2 开发板，该板LED灯连接原理图如下：

在这个LED灯电路连接中，三个LED灯的阳极（正极）连接到3.3V电源，而阴极（负极）则通过各自的电阻连接到STM32的三个GPIO引脚（PH10、PH11、PH12）。通过控制这些GPIO引脚的高低电平，可以实现对LED灯的开关控制。

当GPIO引脚输出高电平（3.3V）时，由于阳极也连接到3.3V，LED灯不会亮起，因为没有电压差；
当GPIO引脚输出低电平（0V），LED的阴极接地，与阳极的电压形成电压差，LED灯亮起。

将GPIO引脚设置为推挽输出模式，允许引脚输出高电平和低电平；
设置为下拉模式，则GPIO 输出低电平，LED灯点亮。

3 startup_stm32f429_439xx.s

参考文章：

4 stm32f4xx.h

连接LED灯的GPIO引脚需要通过读写寄存器来实现控制。这意味着我们需要知道每个寄存器的具体地址，以便在程序中进行操作；
在 STM32 的存储器映射中，GPIO外设和其他外设的寄存器地址是预定义的。我们需要在 stm32f4xx.h 文件中统一定义这些寄存器的地址；
为了方便使用，这些寄存器地址会被强制转换为指针类型。这样，我们可以通过指针直接访问和操作寄存器；
RCC用于设置微控制器的时钟。在使用GPIO外设之前，我们必须开启其时钟，这样才能正确地使用GPIO功能；
每个外设都有其对应的时钟，必须开启时钟才能正确使用该外设，代码如下：

/* stm32f4xx.h */

/* 片上外设基地址 */
#define PERIPH_BASE           ((unsigned int)0x40000000)

/* 总线基地址 */
#define AHB1PERIPH_BASE       (PERIPH_BASE + 0x00020000)

/* GPIO外设基地址 */
#define GPIOH_BASE            (AHB1PERIPH_BASE + 0x1C00)

/* GPIOH寄存器地址, 强制转换成指针 */
#define GPIOH_MODER           *(unsigned int*)(GPIOH_BASE + 0x00)
#define GPIOH_OTYPER          *(unsigned int*)(GPIOH_BASE + 0x04)
#define GPIOH_OSPEEDR         *(unsigned int*)(GPIOH_BASE + 0x08)
#define GPIOH_PUPDR           *(unsigned int*)(GPIOH_BASE + 0x0C)
#define GPIOH_IDR             *(unsigned int*)(GPIOH_BASE + 0x10)
#define GPIOH_ODR             *(unsigned int*)(GPIOH_BASE + 0x14)
#define GPIOH_BSRR            *(unsigned int*)(GPIOH_BASE + 0x18)
#define GPIOH_LCKR            *(unsigned int*)(GPIOH_BASE + 0x1C)
#define GPIOH_AFRL            *(unsigned int*)(GPIOH_BASE + 0x20)
#define GPIOH_AFRH            *(unsigned int*)(GPIOH_BASE + 0x24)

/* RCC外设基地址 */
#define RCC_BASE              (AHB1PERIPH_BASE + 0x3800)

/* RCC的AHB1时钟使能寄存器地址, 强制转换成指针 */
#define RCC_AHB1ENR          *(unsigned int*)(RCC_BASE + 0x30)

关于片上外设基地址、总线基地址、GPIO外设基地址，可查看另一篇文章：
http://ckun.fun/index.php/2024/11/29/stm32-register/

5 main.c

创建 main 函数：首先定义一个空的 main 函数

int main(void)
{
}

如果直接编译，会出现如下错误提示:

// 这个错误是由于启动文件中的 Reset_Handler 调用 SystemInit 函数，而该函数尚未定义。
Error: L6218E: Undefined symbol SystemInit (referred from startup_stm32f429_439xx.o)

为了消除编译错误，可以在 main 文件中定义一个空的 SystemInit 函数，内容如下：

// 函数为空，目的是为了骗过编译器不报错,添加了空的 SystemInit 函数后，再次编译时将不会报错.
// 这样可以“骗过”编译器，使其认为 SystemInit 函数已被定义。
void SystemInit(void)
{
}

5.1 开启外设时钟

通过官方文档可得知，GPIOH 对应的总线是AHB1，在AHB1 下有时钟RCC，因此需要使能RCC 时钟，才能是GPIO外设生效：

由下图可知，GPIOH端口的时钟由RCC_AHB1ENR寄存器的第7位控制，设置该位为1即可启用GPIOH的时钟。

STM32的每个外设都对应一个时钟，为了降低功耗，芯片上电时这些时钟默认是关闭的，要使外设正常工作，必须先打开相应的时钟；
RCC负责管理所有外设的时钟；
所有GPIO引脚都挂载在AHB1总线上，因此它们的时钟由AHB1外设时钟使能寄存器（RCC_AHB1ENR）控制；
GPIOH端口的时钟由RCC_AHB1ENR寄存器的第7位控制，设置该位为1即可启用GPIOH的时钟。
在访问GPIO寄存器之前，确保使能GPIOH的时钟，代码如下：

/* 开启 GPIOH 时钟，使用外设时都要先开启它的时钟 */
RCC_AHB1ENR |= (1<<7);

5.2 GPIO 模式

GPIO引脚配置为输出模式；
MODER寄存器用于配置GPIO引脚的模式（输入、输出、复用、模拟）。

每个GPIO引脚占用MODER寄存器的2个位；
例如，PH10引脚对应的MODER位是MODER10，占用MODER寄存器的第20和21位。
将MODER10的2个位设置为“01”，表示输出模式，代码如下：

/* GPIOH MODER10 清空 */
GPIOH_MODER &= ~(0x03 << (2 * 10));

/* PH10 MODER10 = 01b 输出模式 */
GPIOH_MODER |= (1 << (2 * 10));

// 解释一下这段代码的原理
/* GPIOH_MODER &= ~(0x03 << (2 * 10));
1、GPIOH_MODER：这是GPIOH端口的模式寄存器（MODER），用于配置引脚的工作模式（输入、输出、复用、模拟）。
2、0x03：这是一个十六进制数，表示二进制的 11，即2个位。
3、(2 * 10)：计算出MODER10位的起始位置。每个引脚占用2个位，所以PH10对应的位是第20和21位。
4、<<：左移操作符，将 0x03 左移 (2 * 10) 位，即左移20位，结果为：0000 0000 0011 0000 0000 0000 0000 0000。
5、~(0x03 << (2 * 10))：对每个位取反，将第20和21位清零，其他位保持不变，结果为：1111 1111 11001111 1111 1111 1111 1111。
6、&=：按位与操作，由于第20位和21位为0，则GPIOH_MODER 寄存器的第20和21位一定会清零，其他位保持不变。
*/

/* GPIOH_MODER |= (1 << (2 * 10));
1、1：表示二进制的 01，即输出模式。
2、(2 * 10)：计算出MODER10位的起始位置，即第20位。
3、<<：左移操作符，将 1 左移 (2 * 10) 位，即左移20位。
4、(1 << (2 * 10))：生成一个值，将第20位置1，第21位置0，表示输出模式，结果为：0000 0000 0001 0000 0000 0000 0000 0000。
5、|=：按位或操作，将 GPIOH_MODER 寄存器的第20位置1，其他位保持不变。
*/

// 注意：在这里没有必要纠结于如何写出如何复杂的公式，因为在以后的学习中基本不会这样写

5.3 输出类型

GPIO 输出有推挽和开漏两种类型；
我们了解到开漏类型不能直接输出高电平，要输出高电平还要在芯片外部接上拉电阻，不符合我们的硬件设计，所以我们直接使用推挽模式；
配置 OTYPER寄存中的 OTYPER10 寄存器位，该位设置为 0 时 PH10 引脚即为推挽模式，代码如下：

/*GPIOH OTYPER10 清空 */
GPIOH_OTYPER &= ~(1<<1*10);
/*PH10 OTYPER10 = 0b 推挽模式 */
GPIOH_OTYPER |= (0<<1*10);

// 解释一下这段代码的原理
/* GPIOH_OTYPER &= ~(1<<1*10);
1、GPIOH_OTYPER：这是GPIOH的输出类型寄存器，用于配置每个引脚的输出类型（推挽或开漏）。
2、1 << (1 * 10)：这部分计算出需要清零的目标位。1 * 10 计算出PH10引脚对应的OTYPER10位，左移1位表示该引脚的位置。
3、~(1 << (1 * 10))：对每个位取反，用于清除OTYPER10位，意味着将该位设置为0。
4、&=：按位与操作，清空OTYPER10位而不影响其他位。这样，PH10引脚的输出类型被重置。
*/

/* GPIOH_OTYPER |= (0 << (1 * 10));
1、0 << (1 * 10)：将0左移到OTYPER10位，表示希望将该位设置为0（推挽模式）。
2、|=：按位或操作，将OTYPER10位设置为0，确保PH10引脚处于推挽模式。
*/

5.4 输出速度

GPIO 引脚的输出速度是引脚支持高低电平切换的最高频率，本实验可以随便设置；
此处我们配置 OSPEEDR 寄存器中的寄存器位 OSPEEDR6 即可控制 PF6 的输出速度，代码如下：

/*GPIOH OSPEEDR10 清空 */
GPIOH_OSPEEDR &= ~(0x03<<2*10);
/*PH10 OSPEEDR10 = 0b 速率 2MHz*/
GPIOH_OSPEEDR |= (0<<2*10);

5.5 上/下拉模式

通过硬件链接可知，当设置为下拉模式时，LED灯点亮，这里设置为下拉模式，代码如下：

/* GPIOH PUPDR10清空 */
GPIOH_PUPDR &= ~(0x03 << (2 * 10));
/* PH10 PUPDR10 = 01b 下拉模式 */
GPIOH_PUPDR |= (1 << (2 * 10));

5.6 控制引脚输出电平

在输出模式时，对 BSRR 寄存器和 ODR 寄存器写入参数即可控制引脚的电平状态；
我们使用 BSRR 寄存器控制，对相应的 BR10 位设置为 1 时 PH10 即为低电平，点亮 LED 灯；
对它的 BS10 位设置为 1 时 PH10 即为高电平，关闭 LED 灯，代码如下：

/* PH10 BSRR寄存器的 BR10置1，使引脚输出低电平，LED灯亮 */
GPIOH_BSRR |= (1 << (16 + 10));

/* PH10 BSRR寄存器的 BS10置1，使引脚输出高电平，LED灯灭 */
// GPIOH_BSRR |= (1 << 10);

// 注意：当同时置1 时，BS优先级高于BR，引脚输出高电平。

5.7 完整代码

#include "stm32f4xx.h"

/**
  *   主函数
  */
int main(void)
{
  /* 开启 GPIOH 时钟，使用外设时都要先开启它的时钟 */
  RCC_AHB1ENR |= (1<<7);

  /* LED 端口初始化 */

  /* GPIOH MODER10清空 */
  GPIOH_MODER  &= ~(0x03 << (2 * 10));
  /* PH10 MODER10 = 01b 输出模式 */
  GPIOH_MODER |= (1 << (2 * 10));

  /* GPIOH OTYPER10清空 */
  GPIOH_OTYPER &= ~(1 << 10);
  /* PH10 OTYPER10 = 0b 推挽模式 */
  GPIOH_OTYPER |= (0 << 10);

  /* GPIOH OSPEEDR10清空 */
  GPIOH_OSPEEDR &= ~(0x03 << (2 * 10));
  /* PH10 OSPEEDR10 = 0b 速率2MHz */
  GPIOH_OSPEEDR |= (0 << (2 * 10));

  /* GPIOH PUPDR10清空 */
  GPIOH_PUPDR &= ~(0x03 << (2 * 10));
  /* PH10 PUPDR10 = 01b 下拉模式 */
  GPIOH_PUPDR |= (1 << (2 * 10));

  /* PH10 BSRR寄存器的 BR10置1，使引脚输出低电平 */
  GPIOH_BSRR |= (1 << (16 + 10));

  /* PH10 BSRR寄存器的 BS10置1，使引脚输出高电平 */
  // GPIOH_BSRR |= (1 << 10);

  while(1);
}

// 函数为空，目的是为了骗过编译器不报错
void SystemInit(void)
{
}