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编程问答

STM32F4（正点原子）学习笔记（一）：GPIO及其小实验

發布時間：2023/12/15 编程问答 28 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 STM32F4（正点原子）学习笔记（一）：GPIO及其小实验小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

一、寫在前面：

二、GPIO基本情況

1.概述

2.引腳說明

3.GPIO工作方式

（1）4種輸入模式

（2）4種輸出模式

（3）4種最大輸出速度

（4）主要特性

4.GPIO相關配置寄存器

三、GPIO的那一堆寄存器

1.端口模式寄存器（GPIOx_MODER）

GPIO port mode register

2.端口輸出類型寄存器（GPIOx_OTYPER）

GPIO port output type register

3.端口輸出速度寄存器（GPIOx_OSPEEDR）

GPIO port output speed register

4.端口上拉/下拉寄存器（GPIOx_PUPDR）

GPIO port pull-up/pull-down register

5.端口輸入數據寄存器（GPIOx_IDR）

GPIO port input data register

6.端口輸出數據寄存器（GPIOx_ODR）

GPIO port output data register

7.端口置位/復位寄存器（GPIOx_BSRR）

GPIO port bit set/reset register

8.GPIO端口配置鎖定寄存器 (GPIOx_LCKR) (x = A..I)

GPIO port configuration lock register

9.GPIO 復用功能低位寄存器 (GPIOx_AFRL) (x = A..I)

GPIO alternate function low register

10.GPIO 復用功能高位寄存器 (GPIOx_AFRH) (x = A..I)

GPIO alternate function high register

四、GPIO小實驗：跑馬燈

1.硬件

2.庫函數版(library function)：

（1）重要函數

（2）led.c

3.寄存器版(register)：

（1）RCC AHB1 外設時鐘使能寄存器 (RCC_AHB1ENR)

（2）led.c

4.位操作版（Bit-band operations）：

（1）位帶操作

（2）步驟

（3）led.c

一、寫在前面：

? ? ? ? 之前上過嵌入式的課程，也曾用rt1052/64把別人的程序編編改改，但對于單片機的理解僅停留在胎教的階段。此次利用老師給的stm32f4（探索者）開發板，對單片機進行一個全面的學習。

????????該文章為學習筆記，內容主要來自《Cortex M3與M4權威指南》、《STM32F4xx中文參考手冊》、《STM32F4開發指南-寄存器版本_V1.2》、《STM32F4開發指南-庫函數版本_V1.2》、正點原子的教學視頻及網絡。環境選擇Keil uVision5。

? ? ? ? 由于我編程和模電水平確實較差，望大家多批評指正了😏

二、GPIO基本情況

1.概述

????????GPIO（General-purpose input/output），通用型輸入輸出的簡稱。既然一個引腳可以用于輸入、輸出或其他特殊功能，那么一定有寄存器用來選擇這些功能。對于輸入，一定可以通過讀取某個寄存器來確定引腳電位的高低；對于輸出，一定可以通過寫入某個寄存器來讓這個引腳輸出高電位或者低電位；而對于其他特殊功能，則有另外的寄存器來控制它們。

2.引腳說明

????????①一共有7組IO口：GPIOA—GPIOG

????????②每組IO口有16個IO：GPIOA_0—GPIOA_15

????????③一共7*16=112個IO

? ? ? ? ④所有IO口都可以作為中斷輸入

3.GPIO工作方式

?圖1、2? 5V容忍I/O端口位的基本結構

（1）4種輸入模式

????????①輸入浮空（input floating）

? ? ? ? ? ? ? ? 😃邏輯器件與引腳即不接高電平，也不接低電平，電壓不確定

????????②輸入上拉（input pull-up）

? ? ? ? ? ? ? ? 🙀將不確定的信號通過一個電阻嵌位在高電平，上拉電阻同時可起到限流作用，IO口的常態為高電平

????????③輸入下拉（input pull-down）

? ? ? ? ? ? ? ? 🍟把電壓拉低到GND，IO口的常態為低電平

????????④模擬功能（analog）

? ? ? ? ? ? ? ? 👼關閉施密特觸發器，將電壓信號傳送到片上外設模塊，不接上下拉電阻

（2）4種輸出模式

????????①帶上拉或下拉的開漏輸出（output open-drain）?

? ? ? ? ? ? ? ? 🙊相當于三極管的集電極

????????????????🙊開漏輸出只可以輸出強低電平，高電平靠外部電阻拉高

????????????????🙊利用外部電路的驅動能力，減少IC（integrated circuit）內部的驅動。驅動電流從外部的VCC流出，IC內部僅需很小的柵極驅動電流

????????②帶上拉或下拉的開漏復用功能（alternate function open-drain）

? ? ? ? ? ? ? ? 🤡可同時當作普通GPIO及內部外設（片上外設）控制器的引腳來使用

????????????????🤡I/O引腳通過一個復用器連接到板載外設，該復用器一次僅允許一個外設的復用功能（AF）連接到I/O引腳，確保共用同一個I/O引腳的外設之間不會發生沖突

????????③帶上拉或下拉的推挽輸出（output push-pull）

? ? ? ? ? ? ? ? 🐶推挽輸出可輸出強高低電平，連接數字器件。

? ? ? ? ? ? ? ? 🐶推挽結構一般指兩個三極管分別受兩互補信號的控制，總是一個導通一個截止

? ? ? ? ? ? ? ? 🐶推挽電路是兩個參數一樣的三極管以推挽形式置于電路中，每次只有一個導通，導通功耗小、效率高。輸出即可向負載灌電流，也可從負載抽取電流。因此可提高電路的負載能力以及開關速度。

????????④帶上拉或下拉的推挽復用功能（alternate function push-pull）

???????????????🤯同②

????????關于推挽輸出和開漏輸出可用圖3來概括：

??圖3? 左為推挽、右為開漏

（3）4種最大輸出速度

????????2MHz / 25MHz / 50MHz?/?100MHz

（4）主要特性

????????🦞受控 I/O 多達 16 個

????????🦞輸出狀態：推挽或開漏 + 上拉/下拉

????????🦞從輸出數據寄存器 (GPIOx_ODR) 或外設（復用功能輸出）輸出數據

????????🦞可為每個 I/O 選擇不同的速度

????????🦞輸入狀態：浮空、上拉/下拉、模擬

????????🦞將數據輸入到輸入數據寄存器 (GPIOx_IDR) 或外設（復用功能輸入）

????????🦞置位和復位寄存器 (GPIOx_BSRR)，對 GPIOx_ODR 具有按位寫權限

????????🦞鎖定機制 (GPIOx_LCKR)，可凍結 I/O 配置

????????🦞模擬功能

????????🦞復用功能輸入/輸出選擇寄存器（一個 I/O 最多可具有 16 個復用功能）

????????🦞快速翻轉（toggle），每次翻轉最快只需要兩個時鐘周期

????????🦞引腳復用非常靈活，允許將 I/O 引腳用作 GPIO 或多種外設功能中的一種

4.GPIO相關配置寄存器

????????🤑每組IO口含下面10個寄存器，即10個寄存器可以控制一組GPIO的16個IO口。

????????🤑均為32位

????????🤑每個通用 I/O 端口包括：

????????????????4 個 32 位配置寄存器（GPIOx_MODER、GPIOx_OTYPER、GPIOx_OSPEEDR 和GPIOx_PUPDR）

????????????????2 個 32 位數據寄存器（GPIOx_IDR 和GPIOx_ODR）

????????????????1 個 32 位置位/復位寄存器 (GPIOx_BSRR)

????????????????1 個 32 位鎖定寄存器 (GPIOx_LCKR)

????????????????2 個 32 位復用功能選擇寄存器（GPIOx_AFRH 和 GPIOx_AFRL）

三、GPIO的那一堆寄存器

1.端口模式寄存器（GPIOx_MODER）

GPIO port mode register

????????👵MODER寄存器每2位控制一個IO。32個位控制一組IO的16個IO

????????👵00：輸入（復位狀態）

????????👵01：通用輸出狀態

????????👵10：復用功能模式

????????👵11：模擬模式

2.端口輸出類型寄存器（GPIOx_OTYPER）

GPIO port output type register

????????🐎位31-16保留，必須保持復位值。

????????🐎位15-0 端口x配置位，每位控制一個IO? 0：輸出推挽（復位狀態）1：輸出開漏

3.端口輸出速度寄存器（GPIOx_OSPEEDR）

GPIO port output speed register

????????🐼每2位控制一個IO口。32位控制一組IO口的16個IO

????????🐼00：2MHz（低速）

????????🐼01：25MHz（中速）

????????🐼10：50MHz（快速）

????????🐼11：30pF時為100MHz（高速）【15pF時為80MHz（高速）】??????? 皮法 (pF)

4.端口上拉/下拉寄存器（GPIOx_PUPDR）

GPIO port pull-up/pull-down register

????????🤠00：無上拉或下拉

????????🤠01：上拉

????????🤠10：下拉

????????🤠11：保留

5.端口輸入數據寄存器（GPIOx_IDR）

GPIO port input data register

????????🤢31：16保留，必須保持復位值

????????🤢15：0這些位為只讀形式，只能在字模式下訪問。它們包含相應I/O端口的輸入值

6.端口輸出數據寄存器（GPIOx_ODR）

GPIO port output data register

????????🦁31：16保留，必須保持復位值

????????🦁15：0? 通過寫入該寄存器，可分別對ODR位進行置位（1）和復位（0）

7.端口置位/復位寄存器（GPIOx_BSRR）

GPIO port bit set/reset register

????????🦥31：16BRy：用于端口復位

????????????????這些位為只寫形式，只能在字、半字或字節模式下訪問。讀取這些位可返回值0x0000

? ? ? ? ? ? ? ? 0：不會對相應的ODRx位執行任何操作

? ? ? ? ? ? ? ? 1：對相應ODRx位進行復位

????????🦥15：0? BSy：用于端口置位

????????????????這些位為只寫形式，只能在字、半字或字節模式下訪問。讀取這些位可返回值0x0000

????????????????0：不會對相應的ODRx位執行任何操作

????????????????1：對相應ODRx位進行置位

????????🦥如果同時對BSx和BRx置位，則BSx的優先級更高

8.GPIO端口配置鎖定寄存器 (GPIOx_LCKR) (x = A..I)

GPIO port configuration lock register

9.GPIO 復用功能低位寄存器 (GPIOx_AFRL) (x = A..I)

GPIO alternate function low register

???圖4? 引腳0到7所用復用器

?????????💩31：0ADRLy：端口x位y的復用功能選擇(Alternate function selection for port x bit y) (y = 0..7) 這些位通過軟件寫入，用于配置復用功能 I/O。AFRLy 選擇：

????????0000：AF0 ????????0001：AF1 ????????0010：AF2 ????????0011：AF3 ????????0100：AF4 ????????0101：AF5 ????????0110：AF6 ????????0111：AF7 ????????1000：AF8 ????????1001：AF9 ????????1010：AF10 ????????1011：AF11 ????????1100：AF12 ????????1101：AF13 ????????1110：AF14 ????????1111：AF15

10.GPIO 復用功能高位寄存器 (GPIOx_AFRH) (x = A..I)

GPIO alternate function high register

? ? ? ??

????圖5? 引腳8到15所用復用器

?????????🙄功能同復用功能低位寄存器。

四、GPIO小實驗：跑馬燈

????????注：任何方式操作IO口，都必須先使能相應的IO口時鐘

???????? ? ? ? ?go to defination的快捷鍵為F12

1.硬件

????????GPIO：推挽輸出（上拉）

2.庫函數版(library function)：

（1）重要函數

????????1個初始化函數：

????????????????🤡void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);

????????????????🤡作用：初始化一個或者多個IO口（同一組）的工作模式，輸出類型，速度以及上下拉方式。也就是一組IO口的4個配置寄存器。

????????????????🤡（GPIOx->MODER, GPIOx->OSPEEDR,GPIOx->OTYPER,GPIOx->PUPDR）

????????2個讀取輸入電平函數：

????????????????😛uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

????????????????😛作用：讀取某個GPIO的輸入電平。實際操作的是GPIOx_IDR寄存器。

????????????????😛uint16_t GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);

????????????????😛作用：讀取某組GPIO的輸入電平。實際操作的是GPIOx_IDR寄存器。

????????2個讀取輸出電平函數：

????????????????🙉uint8_t GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

????????????????🙉作用：讀取某個GPIO的輸出電平。實際操作的是GPIO_ODR寄存器。

????????????????🙉uint16_t GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);

????????????????🙉作用：讀取某組GPIO的輸出電平。實際操作的是GPIO_ODR寄存器。

????????4個設置輸出電平函數：

????????????????👾void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

????????????????👾作用：設置某個IO口輸出為高電平（1）。實際操作BSRRL寄存器

????????????????👾void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

????????????????👾作用：設置某個IO口輸出為低電平（0）。實際操作的BSRRH寄存器。

????????????????👾void GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal);

????????????????👾void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal);

????????????????👾這兩個函數不常用，也是用來設置IO口輸出電平。

????????使能IO口時鐘

????????????????🐖RCC_AHB1PeriphClockCmd();

（2）led.c

#include "led.h" #include "stm32f4xx.h" void LED_Init(void) {GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //定義結構體RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF,ENABLE); //IO口時鐘使能GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10; //對結構體進行賦值GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOF,&GPIO_InitStructure);GPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10); //置位 }

3.寄存器版(register)：

（1）RCC AHB1 外設時鐘使能寄存器 (RCC_AHB1ENR)

????????🐲RCC(Reset Clock Controller)

????????🐲RCC AHB1 peripheral clock enable register

（2）led.c

#include "stm32f4xx.h"void LED_Init(void) {RCC->AHB1ENR|= 1<<5; //IO口時鐘使能//PF9GPIOF->MODER &= ~(3<<2*9); //通用輸出GPIOF->MODER |= 1<<(2*9);GPIOF->OSPEEDR &= ~(3<<2*9); //50MHzGPIOF->OSPEEDR |= 2<<(2*9);GPIOF->OTYPER &= ~(1<<9); //推挽GPIOF->OTYPER |= (0<<9);GPIOF->PUPDR &= ~(3<<2*9); //上拉GPIOF->PUPDR |= 1<<(2*9);GPIOF->ODR |= 1<<9; //高電平//PF10GPIOF->MODER &= ~(3<<2*10);GPIOF->MODER |= 1<<(2*10);GPIOF->OSPEEDR &= ~(3<<2*10);GPIOF->OSPEEDR |= 2<<(2*10);GPIOF->OTYPER &= ~(1<<10);GPIOF->OTYPER |= (0<<10);GPIOF->PUPDR &= ~(3<<2*10);GPIOF->PUPDR |= 1<<(2*10);GPIOF->ODR |= 1<<10; }

4.位操作版（Bit-band operations）：

（1）位帶操作

????????位帶別名區(Bit Band alias address)把每個比特膨脹成一個 32 位的字。當你通過位帶別名區訪問這些字時，就可以達到訪問原始比特的目的。

（2）步驟

????????😤使能IO口時鐘，調用RCC_AHB1PeriphClockCmd();

????????😤初始化IO口模式

????????😤位帶操作

（3）led.c

#include "stm32f4xx.h" #include "led.h" #include "delay.h"int main(void) {delay_init(168); //初始化延時函數LED_Init();while(1){PFout(9) = 1; //PFout()為IO口操作宏定義PFout(10) = 1;delay_ms(500);PFout(9) = 0;PFout(10) = 0;delay_ms(500);} }

本文結束🐮

STM32F4學習筆記（二）：時鐘樹及SysTick定時器

總結

以上是生活随笔為你收集整理的STM32F4（正点原子）学习笔记（一）：GPIO及其小实验的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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编程问答

STM32F4（正点原子）学习笔记（一）：GPIO及其小实验

一、寫在前面：

二、GPIO基本情況

1.概述

2.引腳說明

3.GPIO工作方式

（1）4種輸入模式

（2）4種輸出模式

（3）4種最大輸出速度

（4）主要特性

4.GPIO相關配置寄存器

三、GPIO的那一堆寄存器

1.端口模式寄存器 （GPIOx_MODER）

GPIO port mode register

2.端口輸出類型寄存器（GPIOx_OTYPER）

GPIO port output type register

3.端口輸出速度寄存器（GPIOx_OSPEEDR）

GPIO port output speed register

4.端口上拉/下拉寄存器（GPIOx_PUPDR）

GPIO port pull-up/pull-down register

5.端口輸入數據寄存器（GPIOx_IDR）

GPIO port input data register

6.端口輸出數據寄存器（GPIOx_ODR）

GPIO port output data register

7.端口置位/復位寄存器（GPIOx_BSRR）

GPIO port bit set/reset register

8.GPIO端口配置鎖定寄存器 (GPIOx_LCKR) (x = A..I)

GPIO port configuration lock register

9.GPIO 復用功能低位寄存器 (GPIOx_AFRL) (x = A..I)

GPIO alternate function low register

10.GPIO 復用功能高位寄存器 (GPIOx_AFRH) (x = A..I)

GPIO alternate function high register

四、GPIO小實驗：跑馬燈

1.硬件

2.庫函數版(library function)：

（1）重要函數

（2）led.c

3.寄存器版(register)：

（1）RCC AHB1 外設時鐘使能寄存器 (RCC_AHB1ENR)

（2）led.c

4.位操作版（Bit-band operations）：

（1）位帶操作

（2）步驟

（3）led.c

總結

1.端口模式寄存器（GPIOx_MODER）