5.1 STM32單片機(jī)GPIO概述

STM32中每個(gè)IO口都有很多個(gè)作用，比如這次我們使用的STM32F103ZET6的PA0口，既可以作為IO口使用，還可以作為待機(jī)喚醒（WAKEUP），模擬輸入（ADC功能）等。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)中列出的每個(gè)I/O端口的特定硬件特征，GPIO端口的每個(gè)位可以由軟件分別配置成多種模式。

（1）輸入浮空

（2）輸入上拉

（3）輸入下拉

（4）模擬輸入

（5）開(kāi)漏輸出

（6）推挽式輸出

（7）推挽式復(fù)用功能

（8）開(kāi)漏復(fù)用功能

每個(gè)I/O端口位可以自由編程，然而I/O端口寄存器必須按32位字被訪問(wèn)（不允許半字或字節(jié)訪問(wèn)）。GPIOx_BSRR和GPIOx_BRR寄存器允許對(duì)任何GPIO寄存器的讀/更改的獨(dú)立訪問(wèn)；這樣，在讀和更改訪問(wèn)之間產(chǎn)生IRQ時(shí)不會(huì)產(chǎn)生異常錯(cuò)誤。

STM32F103系列的基本IO口結(jié)構(gòu)如下圖所示

從結(jié)構(gòu)圖可以看出來(lái)，STM32的GPIO口可以配置好幾個(gè)選項(xiàng)，內(nèi)部上拉下拉電阻的選擇，推挽輸出或者開(kāi)漏輸出，對(duì)于復(fù)用功能，有專(zhuān)門(mén)的復(fù)用輸入支路和輸出支路。STM32F103的端口由10個(gè)寄存器控制，但是常用的并不多，時(shí)鐘控制寄存器APB2ENR，模式控制寄存器CRH和CRL，輸入寄存器IDR，輸出寄存器ODR。

5.2 相關(guān)寄存器

5.2.1 APB2 外設(shè)時(shí)鐘使能寄存器：RCC_APB2ENR

Bit 14：串口1時(shí)鐘使能（寫(xiě)1開(kāi)啟，寫(xiě)0關(guān)閉）

Bit 12：SPI1時(shí)鐘使能（寫(xiě)1開(kāi)啟，寫(xiě)0關(guān)閉）

Bit 11：定時(shí)器1時(shí)鐘使能（寫(xiě)1開(kāi)啟，寫(xiě)0關(guān)閉）

Bit 10：ADC2時(shí)鐘使能（寫(xiě)1開(kāi)啟，寫(xiě)0關(guān)閉）

Bit 9：ADC1時(shí)鐘使能（寫(xiě)1開(kāi)啟，寫(xiě)0關(guān)閉）

Bit 6：GPIOE時(shí)鐘使能（寫(xiě)1開(kāi)啟，寫(xiě)0關(guān)閉）

Bit 5：GPIOD時(shí)鐘使能（寫(xiě)1開(kāi)啟，寫(xiě)0關(guān)閉）

Bit 4：GPIOC時(shí)鐘使能（寫(xiě)1開(kāi)啟，寫(xiě)0關(guān)閉）

Bit 3：GPIOB時(shí)鐘使能（寫(xiě)1開(kāi)啟，寫(xiě)0關(guān)閉）

Bit 2：GPIOA時(shí)鐘使能（寫(xiě)1開(kāi)啟，寫(xiě)0關(guān)閉）

Bit 0：輔助時(shí)鐘IO時(shí)鐘使能（寫(xiě)1開(kāi)啟，寫(xiě)0關(guān)閉）

5.2.2 端口配置低寄存器：GPIOx_CRL（x=A..E）

端口配置表：

5.2.3 端口配置高寄存器：GPIOx_CRH（x=A..E）

配置方式和端口配置低寄存器一致。

5.2.4 端口輸入數(shù)據(jù)寄存器：GPIOx_IDR（x=A..E）

Bit 15~Bit 0：端口輸入數(shù)據(jù)（這些位屬于只讀并只能以字的形式讀出）

5.2.5 端口輸出數(shù)據(jù)寄存器：GPIOx_ODR（x=A..E）

Bit 15~Bit 0：端口輸出數(shù)據(jù)（這些位屬于只讀并只能以字的形式操作）

注：在輸入模式下，ODR的數(shù)據(jù)可以控制端口內(nèi)部是上拉還是下拉，寫(xiě)入1意味著端口上拉輸入。

5.3 GPIO的輸入與輸出例程

我們現(xiàn)在在PA0端口接一個(gè)按鍵，PA端口接一個(gè)LED，當(dāng)按下按鍵的時(shí)候，LED以100ms亮，100ms滅，抬起按鍵后LED常亮。

（1）在stm32f103x.h文件中添加GPIO的結(jié)構(gòu)體和地址映射。

（2）在HEADERWARE目錄下創(chuàng)建GPIO文件夾，并創(chuàng)建gpio.c和gpio.h兩個(gè)文件。

（3）在gpio.h文件中輸入以下內(nèi)容：

（4）在gpio.c文件中輸入以下內(nèi)容

（5）將gpio.c文件和gpio.h文件添加進(jìn)項(xiàng)目

（6）在1.c文件中輸入以下內(nèi)容：

注：實(shí)驗(yàn)中，按鍵一端接GND，LED一端接VCC，所以按鍵是檢測(cè)到0代表按下，端口輸出低電平代表LED點(diǎn)亮。

5.4 CM3內(nèi)核的位帶操作

Cortex-M3內(nèi)核中有一個(gè)非常有用的功能，叫做位帶操作，支持了位帶操作以后，可以使用普通的加載/存儲(chǔ)指令來(lái)對(duì)單一的比特進(jìn)行讀寫(xiě)。在CM3中，有兩個(gè)區(qū)中實(shí)現(xiàn)了位帶。其中一個(gè)是SRAM區(qū)的最低1MB范圍，第二個(gè)則是片內(nèi)外設(shè)區(qū)的最低1MB范圍。這兩個(gè)區(qū)中的地址除了可以像普通的RAM一樣使用外，它們還都有自己的“位帶別名區(qū)”，位帶別名區(qū)把每個(gè)比特膨脹成一個(gè)32位的字。當(dāng)你通過(guò)位帶別名區(qū)訪問(wèn)這些字時(shí)，就可以達(dá)到訪問(wèn)原始比特的目的。下圖從另一個(gè)側(cè)面演示比特的膨脹對(duì)應(yīng)關(guān)系。

欲設(shè)置地址0x20000000中的比特2，則使用位帶操作的設(shè)置過(guò)程如下圖所示。

30年前其實(shí)就已經(jīng)有位帶操作的概念了，自8051單片機(jī)開(kāi)始，到現(xiàn)在的CM3內(nèi)核，位帶操作有什么優(yōu)越性呢？最容易想到的就是通過(guò)GPIO的管腳來(lái)單獨(dú)控制每盞LED的點(diǎn)亮與熄滅。另一方面，也對(duì)操作串行接口器件提供了很大的方便（典型如74HC165，CD4094）。位帶操作使代碼更簡(jiǎn)潔，這只是位帶操作優(yōu)越性的初等體現(xiàn)，位帶操作還有一個(gè)重要的好處是在務(wù)中，用于實(shí)現(xiàn)共享資源在任務(wù)間的“互鎖”訪問(wèn)。多任務(wù)的共享資源必須滿足一次只有一個(gè)任務(wù)訪問(wèn)它——亦即所謂的“原子操作”。

5.5 利用位帶操作實(shí)現(xiàn)GPIO的輸入與輸出

現(xiàn)在利用位帶操作來(lái)實(shí)現(xiàn)上一題目中的功能。

（1）在sys.h文件中添加實(shí)現(xiàn)位帶操作的代碼。

（2）修改gpio.h中的代碼如下圖所示。

（3）修改gpio.c中的代碼如下圖所示。

（4）修改1.c中的代碼如下圖所示。

5.6 外部中斷的實(shí)現(xiàn)

關(guān)于STM32F103的中斷機(jī)制在之前已經(jīng)詳細(xì)講述過(guò)，現(xiàn)在利用外部中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)上一題目的功能。

（1）修改gpio.c中的代碼如下圖所示。

（2）添加代碼到文件stm32f103.h中。

（3）修改1.c中的代碼如下圖所示。