STM32开发板(小苗板)资料系列之七——流水灯例程讲解

STM32开发板（小苗板）资料系列之七——流水灯例程讲解

来源：第九单片机论坛

通过前面对小苗板资源的介绍、开发环境的说明以及如何下载程序，相信大家对小苗板如何使用已有了基本了解。先前所介绍的开发环境等内容都是最最基础的，也是重要并有用处的，这些基础为后续学习如何利用STM32实现各种功能提供了必不可少的操作环境。

在有了以上基础后，我们可以使用开发板来实现一些功能，本章节就以最简单的流水灯为例，实际结果的现象是开发板上四个颜色的流水灯轮流点亮。通过流水灯这个例程，会让大家对STM32的库有一个大体的了解，知道STM32I/O口是如何工作的。

一STM32I/O口概述

STM32的I/O口有很多种功能，因此被称为GPIO（General-purpose I/O)。GPIO又分为GPIOA、GPIOB、GPIOC......GPIOG不同的组，每组端口分为0～15，共16个不同的引脚，对于不同型号的芯片，端口的组合引脚数量也不同，具体的需要参考相应芯片型号的datasheet。小苗板使用的STM32芯片型号是STM32F103RBT6。

STM32的I/O口可以由软件配置成8种模式:

输入浮空；模拟输入；

输入上拉；输入下拉；

开漏输出；推挽输出；

推挽式复用功能；开漏复用功能。

每个I/O可以自由编程，单I/O口寄存器必须按32位字被访问。STM32的很多I/O口都是5V兼容的，具体哪些I/O口是5V兼容的可以从芯片手册引脚描述章节查到，I/O Level标FT的就是5V电平兼容的。

STM32的每个I/O口都由七个寄存器来控制，分别是：

32位端口配置低寄存器GPIOx_CRL；

32位端口配置高寄存器GPIOx_CRH；

32位端口输入数据寄存器GPIOx_IDR；

32位端口输出数据寄存器GPIOx_ODR；

32位端口位设置/清除寄存器GPIOx_BSRR；

16位端口位清除寄存器GPIOx_BRR；

32位端口配置锁定寄存器GPIOx_LCKR。

以上7个寄存器可以分为以下4类，其功能概括如下：

1配置寄存器：选定GPIO的特定功能，例如：选择作为输入还是输出端口。

2数据寄存器：保存了GPIO的输入电平或将要输出的电平。

3位控制寄存器：设置某引脚的数据为1或0，控制输出的电平。

4锁定寄存器：设置某锁定引脚后，就不能修改其配置。

详细说明需要查看官方的datasheet。上述寄存器名称上的标号x代表的是A......E，表示这些寄存器也和GPIO一样，也是分组的。比如GPIOA对应的配置寄存器为GPIOA_CRL和GPIOA_CRH，GPIOB对应的配置寄存器为GPIOB_CRL和GPIOB_CRH，它们都有互不相干的一组寄存器。

下面说明下寄存器的配置，以流水灯例程用到的三个寄存器CRL、CRH和BSRR 为例，进行简要说明。

首先要知道，如果想要控制LED，则需要控制I/O。STM32的I/O口有多种功能，通过给寄存器CRL和CRH配置参数，来实现我们需要的功能。

一个I/O口有个16个引脚，CRL配置低8位引脚，CRH配置高8位引脚，一个CRL/CRH有32位，每四位控制一个引脚。小苗板的流水灯例程用到的端口是GPIOC的pin0、pin1、pin2、pin3，以GPIOC_CRL，pin1为例，如图1、图2所示：

这四位控制pin1

每4位寄存器配置一个引脚

图1

CNFy：向这两位写入不同

的值，设置引脚为不同的

功能。Y表示第几个引脚。

MODEy：向这两位写入不同

值，设置引脚不同的速率或

设置为输入模式

图2

举例说明：如要配置GPIOC的pin3管脚，则要给GPIOC_CRL寄存器的第12位到15位配置参数。假设要配置该管脚的最大输出速度为2MHz的通用开漏输出模式，则需要给GPIOC_CRL的12、13位写入10，14、15位写入01。如要设置高八位管脚，则使用CRH寄存器。再强调下，每个端口都有相应的寄存器，GPIOA对应GPIOA_CRL，GPIOB对应GPIOB_CRL......GPIOx对应GPIOx_CRL，x即为A、B、C......

配置好I/O端口的功能后，接下来需要分析如何控制I/O口的高低电平，需要对寄存器做什么操作才能实现我们想要的结果。小苗板的流水灯例程使用了寄存器BSRR来控制端口电平输出的高低。寄存器的配置如图3所示。

图3

从上图寄存器BSRR参数设置说明可知，一个引脚（y代表第几个引脚）的输出数据由GPIOx_BSRR寄存器的2个位来控制分别是BRy（Bit Reset y)和BSy （Bit Set y)，BRy位用于写1清零，使引脚输出低电平；BSy位用于写1置1，使引脚输出高电平。对这两个位都写1来控制，分别实现清零和置1，写零是无效的。（小苗板的流水灯例程是使用BSRR寄存器的，也可以通过设置寄存器ODR 来控制引脚。）

举例说明：如要控制x端口的pin0引脚，使其输出高电平，则对寄存器GPIOx_BSRR的第0位（BS0）写1；若使其输出低电平，则对寄存器GPIOx_BSRR 的第16位（BR0）写1。

二流水灯具体代码分析

上面详细介绍了本例程使用到的寄存器该如何操作，让大家对下面将要提到的代码涉及到的参数配置不会感到陌生。关于代码中涉及到的STM32的库的和STM32的时钟系统都会在这一部分说明。

先来简单说下STM32的库，在51单片机的程序开发中，如果我们需要使用中断、定时器等工作方式就得直接配置51单片机的寄存器。配置寄存器时，常常需要查看寄存器表，看看需要配置哪些位，是置1还是置0。这些工作对于51单片机来说还是比较简单容易的，但对于拥有丰富外设资源的STM32来说就会很复杂，所以ST公司针对STM32提供了STM32库，在我们需要使用哪些外设时直

接调用相应的库就可以，不需要我们自己去配置。第0位和第16位控制pin

下面开始分析流水灯的代码

图4是流水灯的电路图：

图4

四个LED连接的是GPIOC的pin0、pin1、pin2、pin3，所以选择的寄存器组标号为C。

选择GPIOC实现的功能，配置GPIOC_CRL的0到3引脚。

控制LED的亮灭，设置寄存器GPIOC_BSRR的值。

用到的库文件：startup_stm32f10x_md.s

stm32f10x_conf.h

core_cm3.c core_cm3.h

system_stm32f10x.c system_stm32f10x.h

stm32f10x.h

stm32f10x_gpio.c stm32f10x_gpio.h

stm32f10x_rcc.c stm32f10x_rcc.h 用户编写的文件：main.c

led.c led.h

stm32f10x_it.c

需要的配置库文件

下面说一下用到的这些库文件都是有什么作用的。

startup_stm32f10x_md.s是系统启动文件，不同的的芯片型号对应不同的文件。小苗开发板使用的芯片是STM32F103RBT6，所以使用startup_stm32f10x_md.s文件。如下图所示。

cl：互联型产品，stm32f105/107系列

vl：超值型产品，stm32f100系列

xl：超高密度产品，stm32f101/103系列

ld：低密度产品，FLASH小于64k

md：中等密度产品，FLASH=64or128

hd：高密度产品，FLASH大于128

stm32f10x.h这个文件主要是把STM32的所有寄存器进行地址映射，如同51单片机头文件一样。

源文件core.c和头文件core.h是为那些采用Cortex-M3核设计SOC的芯片商设计的芯片外设提供一个进入M3内核的接口。这两个文件在其他公司的M3系列芯片中也是相同的。

system_stm32f10x.c的功能是设置系统时钟和总线时钟。因为所有外设都需要时钟，所以这个文件很关键。并且这个文件在实现系统时钟时需要操作寄存器，寄存器都是以存储器映射的方式来访问的，所有该文件还包含stm32f10x.h 这个头文件。

因为流水灯实验使用到I/O口和时钟（每个外设都要配置时钟），所以我们需要在工程中添相应的库文件，它们分别为stm32f10x_gpio.c和stm32f10x_rcc.c文件（每个外设都会用的文件）。其中前者是用于操作I/O口，后者用于配置系统时钟和外设时钟。添加完这两个文件后，还需添加与他们相对应的头文件stm32f10x_gpio.h和stm32f10x_rcc.h。每个外设库都会有一个与stm32f10xxx.c文件相对的stm32f10xxx.h的头文件。该头文件包含了相应外设的C语言函数实现的声明，只有把头文件一起包含到工程中才能使用这些外设库。

在库中还有一个文件用来专门管理所有库的头文件，它是stm32f10x_conf.h。下面是该文件的源码，其中没有用到外设库可以给注释掉。

添加完这些文件后就可以用库自带的函数来操作I/O口了。

用户编写的文件

首先把stm32f10x_it.c这个文件包含到USER目录下，该文件提供了M3所有中断函数的入口，默认情况下这些中断服务程序为空，等到用的时候需要用户自己编写。

然后在工程中新建led.c和led.h两个文件保存到CODE文件夹下，并将led.c添加到工程中。

led.c文件中的代码如下：

在该文件中定义的函数LED_GPIO_Config()的功能是配置了点亮LED所需的条件。

16行代码，GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure，这是使用库定义了一个名为GPIO_InitStructure的结构体，结构体类型为GPIO_InitTypeDef。

花括号中的三个语句是：指定将要进行配置的GPIO引脚；

指定GPIO引脚的输出频率；

指定GPIO引脚的将要配置的工作状态。

由此可以知道，GPIO_InitTypeDef类型的结构体有三个成员，分别为u16类型的GPIO_Pin、GPIOSpeed_TypeDef类型的GPIO_Speed和GPIOMode_TypeDef 类型的GPIO_Mode。

22行代码，选择了要使用的引脚。

选择完要使用的引脚后，在后面会有一个函数把这些值进行处理，设置相应的寄存器，就实现了对GPIO端口的配置。

24行代码，配置GPIO的引脚模式为推挽输出，使用这个就不需要像先前那样给寄存器每一位赋值了。

直接向上面代码中那样写就可以，不需要再一位一位赋值。

举个例子，上面表格里的GPIO_Mode_Out_PP即为0x10，参照前面所讲的寄存器的配置就能够明白了。

四种输出模式的主要使用场合

推挽输出：一般应用在输出高低电平场合，高电平为3.3V，低电平为0V。

开漏输出：一般应用在电平不匹配的场合，如需要5V高电平则需要外接上拉电阻。

复用推挽输出：如GPIO引脚用作串口的输出，则使用复用推挽输出。

复用开漏输出：如果用在IC、SMBUS这些需要线与功能的复用场合，就使用复用开漏模式。

如何一种开漏模式，都需要接上拉电阻。

27行代码，是配置GPIO的速率。

31行代码，使用到了一个初始化函数GPIO_Init()。

先前涉及到的ST的库文件以及各种各样由ST库定义的新类型都是为库函数服务的。在我们应用库函数的时候，只需要知道它的功能及输入参数的类型，允许的参数值就可以了，这些都可以通过查找库的帮助文档获得。如下图所示。

这个函数有个输入参数，分别为GPIO_TypeDef和GPIO_InitTypeDef型指针。它的允许值为GPIOA...GPIOG，和GPIO_InitTypeDef型指针变量。

在使用时，如led.c的31行。

括号内的第一个参数，表示是要对GPIOC端口进行初始化。初始化的配置以第二个参数GPIO_InitStructure结构体的成员值为准。这个结构体的成员，在调用初始化函数前已经对其参数进行配置。即代码的22、24、27行。

在调用初始化函数后，GPIOC的pin0、pin1、pin2、pin3就被配置成最高频为50MHz的推挽输出模式。

该函数内部实现了把参数按照一定规则转化并写入寄存器，实现GPIO端口的功能。

19行代码，开启外设时钟。

在对GPIO初始化前还要记住，必须开启外设时钟！在开启外设时钟之前，首先要配置好系统时钟SYSCLK，配置系统时钟要设置一系列的时钟来源、倍频、分频等控制参数，这些工作由SystemInit（）库函数完成。

外设时钟默认是处在关闭状态，所以外设时钟一般会在初始化外设的时候设置为开启。开启和关闭外设时钟也有封装好的库函数RCC_APB2PeriphClockCmd （）。在代码的第19行调用了该函数。查看其帮组手册如下图。

调用该函数需要向它输入两个参数，一个参数为需要用到的挂载在APB2总线上的外设时钟，第二个是选择开启还是关闭外设时钟。

第19行代码括号中第一个参数表示要开启的外设是GPIOC，第二个参数ENABLE表示开启。

34行至37行代码，控制I/O输出高低电平。

选择好引脚，配置了其相应功能并开启了相应时钟，就可以开始控制I/O 的高低电平，来实现我们所需的功能。

前面提到过的寄存器BSRR，只要向其写入相应的控制参数就可以实现GPIO 引脚的控制。ST库也为我们提供了控制BSRR的库函数，分别是GPIO_SetBits （）控制输出高电平，和GPIO_ResetBits（）控制输出低电平。其功能手册如下图所示。

引脚置1函数

引脚清零函数

需要输入的参数有两个，第一个为将要控制的GPIO的端口，GPIOA......GPIOG，第二个为要控制的引脚号，pin0......pin15。

在led.c文件中最后四行调用了置1函数，让这几个引脚输出高电平，使LED初始化后处于熄灭状态。

led.h文件

该文件中的内容并不多，把它独立成一个头文件，方便以后扩展或移植使用。在写头文件时加上上图中所示代码，这样可以防止头文件重复包含，使得工程兼容性更好。在led.h头文件的步伐，包含了前面提到的很重要的ST库必备头文件stm32f10x.h，有了该文件我们才可以使用各种库定义，库函数。最后在第6行声明了我们在led.c源文件定义Config函数。所以，我们要使用led.c文件定函数时，只要把led.h包含到调用的函数的文件中就可以了。

main文件

写好了led.c和led.h两个文件，控制LED灯的驱动程序就全部完成了，接下来，可以利用写好的驱动文件，在main文件中编写应用程序了。main文件中的内容如下。

main文件的开头包含了所需的头文件，stm32f10x.h和led.h、

在最后声明了一个简单的延时函数，用于LED依次点亮时的时间间隔。在芯片上电复位后，经过启动文件中的函数配置好时钟，就进入主函数。

首先调用led.c文件中的LED_GPIO_Config（）函数，完成GPIOC的引脚初始化。然后即就在while死循环里不断执行，使各盏LED轮流点亮熄灭。

流水灯的例程到这里已经说明完了，对于ST库还有不清楚的可以看看芯片的使用手册和库的使用手册，或是在论坛里求助，都会有很大的收获的。