STM32之GPIO及第一個STM32程式（跑馬燈）

今天來說一說，GPIO，對於我這個新手來說，GPIO就好比我在學習開車之前得學會如何開門一樣，由此可以看出這對於我學習STM32 的重要性，好廢話不多說，先總結一下STM32F103ZE的開發板裡總共有7組IO口，每組IO口有16個IO，即這塊板子總共有112個IO口分別是GPIOA~GPIOG。

GPIO的工作模式主要有八種：4種輸入方式，4種輸出方式，分別為輸入浮空，輸入上拉，輸入下拉，模擬輸入；輸出方式為開漏輸出，開漏複用輸出，推輓輸出，推輓複用輸出。對應的為：

（1）GPIO_Mode_AIN 模擬輸入 
（2）GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空輸入 
（3）GPIO_Mode_IPD 下拉輸入 
（4）GPIO_Mode_IPU 上拉輸入 
（5）GPIO_Mode_Out_OD 開漏輸出 
（6）GPIO_Mode_Out_PP 推輓輸出 
（7）GPIO_Mode_AF_OD 複用開漏輸出 
（8）GPIO_Mode_AF_PP 複用推輓輸出 

對於我們這類初學者來說很難理解什麼叫做輸入浮空，開漏，推輓等，我檢視資料和觀看別人的資料認為可以粗俗的理解為浮空就是浮在半空，可以被其他物體拉上或者拉下。開漏，就可以理解為一個NPN管集電極是開路的，可以接3.3V或者5V，推輓就是有推有拉電平都是確定的，不需要上拉和下拉。下面的圖給出了GPIO的原理，第一個圖（引自正點原子原理PPT）是講述輸入浮空時的走勢圖。

首先再解釋一下推輓輸出，根據資料顯示：推輓電路是兩個引數相同的三極體或MOSFET,以推輓方式存在於電路中,各負責正負半周的波形放大任務,電路工作時，兩隻對稱的功率開關管每次只有一個導通，故導通損耗小、效率高。

再者：開漏輸出:輸出端相當於三極體的集電極. 要得到高電平狀態需要上拉電阻才行. 適合於做電流型的驅動,其吸收電流的能力相對強(一般20ma以內)。我的邏輯思維就是得知道這個東西在實際中是幹啥的我才可以理解，所以我就查詢資料得到下面的應用總結：

（1） 浮空輸入_IN_FLOATING ——浮空輸入，可以用於按鍵輸入
（2）帶上拉輸入：IO內部上拉電阻輸入 
（3）帶下拉輸入：內部下拉電阻輸入 
（4） 模擬輸入：主要應用於ADC模擬輸入，或者低功耗下省電 
（5）開漏輸出：IO輸出0接GND，IO輸出1，懸空，需要外接上拉電阻，才能實現輸出高電平。當輸出為1時，IO口的狀態由上拉電阻拉高電平，但由於是開漏輸出模式，這樣IO口也就可以由外部電路改變為低電平或不變。一般來說，開漏是用來連線不同電平的器件，匹配電平用的，因為開漏引腳不連線外部的上拉電阻時，只能輸出低電平，如果需要同時具備輸出高電平的功能，則需要接上拉電阻，很好的一個優點是通過改變上拉電源的電壓，便可以改變傳輸電平。比如加上上拉電阻就可以提供TTL/CMOS 電平輸出等。（上拉電阻的阻值決定了邏輯電平轉換的沿的速度 。阻值越大，速度越低功耗越小，所以負載電阻的選擇要兼顧功耗和速度。）
（6）推輓輸出：IO輸出0-接GND， IO輸出1 -接VCC，讀輸入值是未知的 
（7）複用功能的推輓輸出：片內外設功能（I2C的SCL,SDA） 
（8）複用功能的開漏輸出：片內外設功能（TX1,MOSI,MISO.SCK.SS） 

基於對GPIO的理解編寫了第一個跑馬燈的實驗，運用暫存器和庫函式分別實現了一遍：

跑馬燈的思路都是先初始化IO時鐘，再初始化IO口，最後設定IO輸出的高低電平。

暫存器版本的跑馬燈程式碼如下：

這是在MDK5上建立的一個led.c的初始化led的函式。

#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
//three steps:
//1,enable IO time
//2,enable IO
//3,operate IO
void __Led_Init_()
{
//1,enable IO time
RCC->APB2ENR|=1<<3;//不影響其他的情況下用,這是第三位為B，led的硬體連線為PB5和PE5
RCC->APB2ENR|=1<<6;

//2,enable IO，由於是第五位IO口屬於低配置呼叫低配置暫存器
GPIOB->CRL&=0xFF0FFFFF;
GPIOB->CRL|=0xFF3FFFFF;
GPIOB->ODR|=1<<5;

GPIOE->CRL&=0xFF0FFFFF;
GPIOE->CRL|=0xFF3FFFFF;
GPIOE->ODR|=1<<5;
}
標頭檔案程式碼如下：主要就是預編譯申明

#ifndef __LED_H
#define __LED_H


void __Led_Init_(void);


#endif

主函式程式碼如下：

#include "led.h"
#include "stm32f10x.h"
#include "delay.h"
int main(void)
{
delay_init();
__Led_Init_();
while(1)
{

GPIOB->ODR|=1<<5;
GPIOB->ODR&=~(1<<5);
delay_ms(300);
GPIOB->ODR|=1<<5;



GPIOE->ODR|=1<<5;
GPIOE->ODR&=~(1<<5);
delay_ms(300);
GPIOE->ODR|=1<<5;

}
// while(1){
// GPIOB->ODR|=1<<5;
// GPIOE->ODR|=1<<5;
// delay_ms(500);
//
// GPIOB->ODR=~(1<<5);
//
// GPIOE->ODR=~(1<<5);
// delay_ms(500);
// }
}

下面的為基於庫函式版本的：

#include "stm32f10x_rcc.h"
#include "led.h"


void _led_init(void)
{
//跑馬燈實驗三步走：
//一、先使能時鐘；
//二、gpio初始化
//三、控制led燈
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitST;
//第一步：使能時鐘
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE,ENABLE);
//second step:GPIO INIT



GPIO_InitST.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//推輓輸出
GPIO_InitST.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5;//第五個口，PE5、PB5
GPIO_InitST.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitST);//PB5
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);//set 1

GPIO_InitST.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//推輓輸出
GPIO_InitST.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5;//第五個口，PE5、PB5
GPIO_InitST.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitST);//PE5
  GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);//set high
}
基於庫函式版本的標頭檔案
#ifndef __LED_init_//沒有定義就執行下面程式碼
#define __LED_init_
void _led_init(void);
#endif

基於庫函式的主函式：

#include "led.h"
#include "delay.h"


int main(void)
{
_led_init();
delay_init();
while(1)
{
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);//set 0
delay_ms(300);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);//set 1
delay_ms(300);

GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);//set 0
delay_ms(300);
GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);//set 1
delay_ms(300);
}
}

當然我們還可以根據位操作來直接進行，或者定義一些巨集定義可以把主函式的程式碼簡化，綜合上述庫函式和暫存器版本的程式碼，分析可以看出，對於初學者最好能兩種都學習，因為庫函式也是基於暫存器進行操作的，只有理解了底層的暫存器，我們以後自己程式設計才可以知道如何修改或者編寫更加複雜的程式碼。

對於初學者，上述總結可能會有很多不對的希望大家可以指出謝謝。