電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與創(chuàng)新實(shí)踐教程-課件 【ch11】STM32單片機(jī)的使用

第十一章

STM32單片機(jī)的使用電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與創(chuàng)新實(shí)踐教程01STM32單片機(jī)概述PARTONESTM32系列MCU是意法半導(dǎo)體（ST）公司推出的基于ARM內(nèi)核的32位微控制器，包括主流MCU、高性能MCU、超低功耗MCU、無線MCU等。

以STM32F407xx為例，它包含高速存儲(chǔ)器（1MB的Flash，最高可達(dá)192KB的SRAM、最高可達(dá)4KB的備份SRAM）、3個(gè)12位ADC、2個(gè)DAC、2個(gè)通用32位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、1個(gè)真實(shí)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器（RNG），并且提供各類標(biāo)準(zhǔn)及高級(jí)通信接口（最多3個(gè)IIC、3個(gè)SPI/IIS接口、4個(gè)USART接口、2個(gè)CAN總線接口、1個(gè)SDIO/MMC接口、1個(gè)全速USBOTG接口和1個(gè)高速USBOTG接口、網(wǎng)口及相機(jī)接口等）；在-40~+105℃的溫度范圍內(nèi)工作，電源電壓為1.8～3.6V，當(dāng)設(shè)備使用外部電源監(jiān)控器在0～70℃的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，電源電壓可降至1.7V，并且擁有一套全面的節(jié)能模式，以滿足低功耗應(yīng)用設(shè)計(jì)要求。STM32系列單片機(jī)介紹及選型

STM32系列單片機(jī)引腳定義我們可以通過數(shù)據(jù)手冊(cè)（Datasheet）及參考手冊(cè)獲取引腳定義，其引腳定義的說明如圖所示。STM32系列單片機(jī)總線架構(gòu)及存儲(chǔ)器映射1．STM32F407xx總線架構(gòu)STM32F407xx存儲(chǔ)系統(tǒng)由32位多層AHB總線矩陣組成，連接了：（1）8個(gè)主控單元。? I-總線，D-總線和S-總線；? DMA1存儲(chǔ)器總線；? DMA2存儲(chǔ)器總線；? DMA3存儲(chǔ)器總線；? 以太網(wǎng)DMA總線；? USBOTGHSDMA總線。（2）7個(gè)從單元。? 內(nèi)部FlashICODE總線；? 內(nèi)部FlashDCODE總線；? 主要內(nèi)部SRAM1（112KB）；? 輔助內(nèi)部SRAM2（16KB）；? 輔助內(nèi)部SRAM3（64KB）；? AHB1外設(shè)；? AHB2外設(shè)；? FSMC。2．STM32F407xx存儲(chǔ)器映射存儲(chǔ)器本身不具有地址，給存儲(chǔ)器分配地址的過程就是存儲(chǔ)器映射，STM32F407xx的存儲(chǔ)器映射。STM32的地址線是32位的，對(duì)應(yīng)4GB的存儲(chǔ)空間，被分為8塊（Block），每塊為512MB。我們重點(diǎn)介紹Block2，它被分配給外設(shè)，根據(jù)總線分為APB1、APB2、AHB1、AHB2，具體劃分如表11-1-3所示。它以4字節(jié)（32位）為一個(gè)寄存器單元，C語言中通過指針來訪問這些寄存器。STM32系列單片機(jī)總線架構(gòu)及存儲(chǔ)器映射3．STM32F407外設(shè)地址映射①總線：STM32F407連接有4條總線，不同總線掛載不同的外設(shè)，APB掛載低速外設(shè)，AHB掛載高速外設(shè)。總線的最低地址稱為該總線的基地址，總線基地址如表所示。②外設(shè)：總線上掛著各種各樣的外設(shè)，這些外設(shè)也被分配不同的地址，具體外設(shè)的邊界地址參考STM32F407參考手冊(cè)中的存儲(chǔ)器映射部分，以GPIO為例，GPIO是掛在AHB1總線上的外設(shè)，其基地址如表所示。③外設(shè)寄存器：每個(gè)外設(shè)都有多個(gè)不同功能的寄存器，每個(gè)寄存器占4字節(jié)（32位），每個(gè)寄存器都會(huì)被分配不同的地址，以GPIOF端口為例，其寄存器地址如表所示，編寫C語言程序時(shí)通過“外設(shè)基地址+偏移”來描述寄存器的地址。STM32系列單片機(jī)總線架構(gòu)及存儲(chǔ)器映射STM32系列單片機(jī)總線架構(gòu)及存儲(chǔ)器映射通過“AHB1基地址+相對(duì)AHB1總線基地址的偏移+相對(duì)GPIOF地址的偏移”可以獲取GPIOF的相關(guān)寄存器地址，例如0x40020000+0x00001400+0x00=0x40021400，可獲取GPIOF_MODER的地址。4．C語言對(duì)寄存器的封裝①封裝總線和外設(shè)基地址。為方便理解和記憶，通過宏定義方式進(jìn)行封裝。程序清單11-1-1 stm32f4xx.h程序/*!<Defines'read/write'permissions*/#define__IOvolatile

/*!<Peripheralbaseaddressinthealiasregion*/#definePERIPH_BASE((uint32_t)0x40000000)/*!<Peripheralmemorymap*/#defineAPB1PERIPH_BASEPERIPH_BASE#defineAPB2PERIPH_BASE(PERIPH_BASE+0x00010000)#defineAHB1PERIPH_BASE(PERIPH_BASE+0x00020000)#defineAHB2PERIPH_BASE(PERIPH_BASE+0x10000000)/*!<AHB1peripherals*/#defineGPIOA_BASE(AHB1PERIPH_BASE+0x0000)#defineGPIOB_BASE(AHB1PERIPH_BASE+0x0400)#defineGPIOC_BASE(AHB1PERIPH_BASE+0x0800)#defineGPIOD_BASE(AHB1PERIPH_BASE+0x0C00)#defineGPIOE_BASE(AHB1PERIPH_BASE+0x1000)#defineGPIOF_BASE(AHB1PERIPH_BASE+0x1400)#defineGPIOG_BASE(AHB1PERIPH_BASE+0x1800)#defineGPIOH_BASE(AHB1PERIPH_BASE+0x1C00)#defineGPIOI_BASE(AHB1PERIPH_BASE+0x2000)#defineGPIOJ_BASE(AHB1PERIPH_BASE+0x2400)#defineGPIOK_BASE(AHB1PERIPH_BASE+0x2800)②封裝寄存器列表。GPIOA~GPIOK都有一組功能相同的寄存器，它們只是地址不同，為方便訪問，通過結(jié)構(gòu)體進(jìn)行封裝。程序清單11-1-2 stm32f4xx.h程序STM32系列單片機(jī)總線架構(gòu)及存儲(chǔ)器映射typedefstruct{__IOuint32_tMODER;/*!<GPIOportmoderegister,Addressoffset:0x00*/__IOuint32_tOTYPER;/*!<GPIOportoutputtyperegister,Addressoffset:0x04*/__IOuint32_tOSPEEDR;/*!<GPIOportoutputspeedregister,Addressoffset:0x08*/__IOuint32_tPUPDR;/*!<GPIOportpull-up/pull-downregister,Addressoffset:0x0C*/__IOuint32_tIDR;/*!<GPIOportinputdataregister,Addressoffset:0x10*/__IOuint32_tODR;/*!<GPIOportoutputdataregister,Addressoffset:0x14*/__IOuint16_tBSRRL;/*!<GPIOportbitset/resetlowregister,Addressoffset:0x18*/__IOuint16_tBSRRH;/*!<GPIOportbitset/resethighregister,Addressoffset:0x1A*/__IOuint32_tLCKR;/*!<GPIOportconfigurationlockregister,Addressoffset:0x1C*/__IOuint32_tAFR[2];/*!<GPIOalternatefunctionregisters,Addressoffset:0x20-0x24*/}GPIO_TypeDef;這段代碼用typedef關(guān)鍵字聲明了名為GPIO_TypeDef的結(jié)構(gòu)體類型，內(nèi)有10個(gè)變量。結(jié)構(gòu)體內(nèi)變量的存儲(chǔ)空間是連續(xù)的，32位變量占4字節(jié)，16位變量占2字節(jié)。結(jié)構(gòu)體各個(gè)變量相對(duì)結(jié)構(gòu)體首地址的偏移與GPIO各個(gè)寄存器地址的偏移一致，只要給結(jié)構(gòu)體設(shè)置好首地址，就可以確定各個(gè)寄存器的地址，然后通過結(jié)構(gòu)體指針訪問寄存器。程序清單11-1-3 stm32f4xx.h程序STM32系列單片機(jī)總線架構(gòu)及存儲(chǔ)器映射/*使用GPIO_TypeDef把地址強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成指針*/#defineGPIOA((GPIO_TypeDef*)GPIOA_BASE)#defineGPIOB((GPIO_TypeDef*)GPIOB_BASE)#defineGPIOC((GPIO_TypeDef*)GPIOC_BASE)#defineGPIOD((GPIO_TypeDef*)GPIOD_BASE)#defineGPIOE((GPIO_TypeDef*)GPIOE_BASE)#defineGPIOF((GPIO_TypeDef*)GPIOF_BASE)#defineGPIOG((GPIO_TypeDef*)GPIOG_BASE)#defineGPIOH((GPIO_TypeDef*)GPIOH_BASE)#defineGPIOI((GPIO_TypeDef*)GPIOI_BASE)#defineGPIOJ((GPIO_TypeDef*)GPIOJ_BASE)#defineGPIOK((GPIO_TypeDef*)GPIOK_BASE)#defineCRC((CRC_TypeDef*)CRC_BASE)#defineRCC((RCC_TypeDef*)RCC_BASE)這段代碼使用GPIO_TypeDef把地址強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成指針，這樣可以使用定義好的宏直接訪問GPIOF端口的寄存器。時(shí)鐘是單片機(jī)的“心臟”，是單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)源，由于STM32有很多外設(shè)，每個(gè)外設(shè)需要的時(shí)鐘頻率不同，所以需要多個(gè)時(shí)鐘源。使用任何一個(gè)外設(shè)都必須打開相應(yīng)的時(shí)鐘，當(dāng)不使用某個(gè)外設(shè)的時(shí)候，就把它的時(shí)鐘關(guān)掉，從而降低系統(tǒng)的功耗。STM32F407xx系列單片機(jī)時(shí)鐘樹如圖所示，它有5個(gè)重要的時(shí)鐘源：高速內(nèi)部時(shí)鐘（HSI）、高速外部時(shí)鐘（HSE）、低速內(nèi)部時(shí)鐘（LSI）、低速外部時(shí)鐘（LSE）、鎖相環(huán)時(shí)鐘（PLL）。（1）HSI是一個(gè)RC振蕩電路，頻率為16MHz，可以作為系統(tǒng)時(shí)鐘或者PLL的輸入。（2）HSE可以外接晶振或者外部時(shí)鐘，頻率范圍為4MHz～26MHz，可以作為系統(tǒng)時(shí)鐘或者PLL的輸入。（3）LSI是一個(gè)RC振蕩電路，頻率為32kHz，為看門狗和自動(dòng)喚醒單元提供時(shí)鐘。（4）LSE外接頻率為32.768kHz的晶振，主要作為RTC的時(shí)鐘源。（5）STM32F407xx系列單片機(jī)有兩個(gè)PLL：①主PLL由HSE或者HSI提供時(shí)鐘信號(hào)，并具有兩個(gè)不同的輸出時(shí)鐘。第一個(gè)輸出PLLCLK用于生成高速的系統(tǒng)時(shí)鐘（最高168MHz）；第二個(gè)輸出PLL48CK用于生成USBOTGFS的時(shí)鐘（48MHz）、隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的時(shí)鐘和SDIO時(shí)鐘。②專用PLL（PLLIISCLK）用于生成精確時(shí)鐘，從而在IIS接口實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)音頻性能。STM32系列單片機(jī)時(shí)鐘控制STM32系列單片機(jī)時(shí)鐘控制時(shí)鐘設(shè)置函數(shù)如下。程序清單11-1-4 sys.c程序//時(shí)鐘設(shè)置函數(shù)//Fvco=Fs*(plln/pllm);//Fsys=Fvco/pllp=Fs*(plln/(pllm*pllp));//Fusb=Fvco/pllq=Fs*(plln/(pllm*pllq));//Fvco:VCO頻率//Fsys:系統(tǒng)時(shí)鐘頻率//Fusb:USB,SDIO,RNG等的時(shí)鐘頻率//Fs:PLL輸入時(shí)鐘頻率,可以是HSI,HSE等//plln:主PLL倍頻系數(shù)(PLL倍頻),取值范圍:64～432//pllm:主PLL和音頻PLL分頻系數(shù)(PLL之前的分頻),取值范圍:2～63//pllp:系統(tǒng)時(shí)鐘的主PLL分頻系數(shù)(PLL之后的分頻),取值范圍:2,4,6,8.(僅限這4個(gè)值!)STM32系列單片機(jī)時(shí)鐘控制//pllq:USB/SDIO/隨機(jī)數(shù)發(fā)生器等的主PLL分頻系數(shù)(PLL之后的分頻),取值范圍:2~15//外部晶振頻率為8MHz的時(shí)候,推薦值:plln=336,pllm=8,pllp=2,pllq=7.//得到:Fvco=8*(336/8)=336MHz//Fsys=336/2=168MHz//Fusb=336/7=48MHz//返回值:0,成功;1,失敗。u8Sys_Clock_Set(u32plln,u32pllm,u32pllp,u32pllq){u16retry=0;u8status=0;RCC->CR|=1<<16; //HSE開啟while(((RCC->CR&(1<<17))==0)&&(retry<0X1FFF))retry++;//等待HSERDYif(retry==0X1FFF)status=1; //HSE無法就緒else{RCC->APB1ENR|=1<<28; //電源接口時(shí)鐘使能PWR->CR|=3<<14; //高性能模式,時(shí)鐘頻率可達(dá)168MHzRCC->CFGR|=(0<<4)|(5<<10)|(4<<13);//HCLK不分頻;APB14分頻;APB22分頻RCC->CR&=~(1<<24); //關(guān)閉主PLLRCC->PLLCFGR=pllm|(plln<<6)|(((pllp>>1)-1)<<16)|(pllq<<24)|(1<<22); //配置主PLL,PLL時(shí)鐘源來自HSESTM32系列單片機(jī)時(shí)鐘控制RCC->CR|=1<<24; //打開主PLLwhile((RCC->CR&(1<<25))==0); //等待PLL準(zhǔn)備好FLASH->ACR|=1<<8; //指令預(yù)取使能FLASH->ACR|=1<<9; //指令cache使能FLASH->ACR|=1<<10; //數(shù)據(jù)cache使能FLASH->ACR|=5<<0; //5個(gè)CPU等待周期RCC->CFGR&=~(3<<0); //清零RCC->CFGR|=2<<0; //選擇主PLL作為系統(tǒng)時(shí)鐘while((RCC->CFGR&(3<<2))!=(2<<2));//等待主PLL作為系統(tǒng)時(shí)鐘成功}returnstatus;}在Sys_Clock_Set函數(shù)中，設(shè)置了APB1為4分頻，APB2為2分頻，HCLK不分頻，同時(shí)選擇PLLCLK作為系統(tǒng)時(shí)鐘。該函數(shù)有4個(gè)參數(shù)，具體意義和計(jì)算方法見函數(shù)前面的說明。一般推薦設(shè)置為Sys_Clock_Set(336,8,2,7)，即可設(shè)置STM32F407運(yùn)行在168MHz的頻率下，APB1時(shí)鐘頻率為42MHz，APB2時(shí)鐘頻率為84MHz，USB/SDIO/隨機(jī)數(shù)發(fā)生器時(shí)鐘頻率為48MHz。02STM32單片機(jī)軟件開發(fā)PARTONEGPIO口結(jié)構(gòu)及寄存器配置圖示為STM32的GPIO口的基本結(jié)構(gòu)，其可通過軟件配置成8種模式：輸入浮空、輸入上拉、輸入下拉、模擬輸入/輸入、開漏輸出、推挽輸出、復(fù)用功能的推挽輸出、復(fù)用功能的開漏輸出。每個(gè)通用I/O口包括4個(gè)32位配置寄存器（GPIOx_MODER、GPIOx_OTYPER、GPIOx_OSPEEDR和GPIOx_PUPDR）、2個(gè)32位數(shù)據(jù)寄存器（GPIOx_IDR和GPIOx_ODR）、1個(gè)32位置位/復(fù)位寄存器（GPIOx_BSRR）、1個(gè)32位鎖定寄存器（GPIOx_LCKR）和2個(gè)32位復(fù)用功能選擇寄存器（GPIOx_AFRH和GPIOx_AFRL）。GPIO口的每個(gè)位均可自由編程，但I(xiàn)/O口寄存器必須按32位字、半字或字節(jié)進(jìn)行訪問。1．配置寄存器GPIOx_MODER0寄存器用于選擇I/O方向（輸入、輸出、AF、模擬）。GPIOx_OTYPER和GPIOx_OSPEEDR寄存器分別用于選擇輸出類型（推挽或開漏）和速度，GPIOx_PUPDR寄存器用于選擇上拉/下拉。其I/O口位配置表如表所示。GPIO口結(jié)構(gòu)及寄存器配置①GPIOportmoderegister（GPIO口模式寄存器）（GPIOx_MODER）（x=A,B,…,I,J,K）。Addressoffset（偏移地址）:0x00。GPIO口結(jié)構(gòu)及寄存器配置MODERy[1:0]（y=0,1,2,…,15）：端口x配置位，用于配置I/O口的方向。00：輸入。01：通用輸出。10：復(fù)用功能。11：模擬信號(hào)輸入/輸出。②GPIOportoutputtyperegister（GPIO口輸出類型寄存器）（GPIOx_OTYPER）（x=A,B,…,I,J,K）Addressoffset（偏移地址）:0x04。OTy（y=0,1,2,…,15）：端口x配置位，用于配置I/O口的輸出類型。0：輸出推挽。1：輸出開漏。③GPIOportoutputspeedregister（GPIO口輸出速度寄存器）（GPIOx_OSPEEDR）（x=A,B,…,I,J,K）。Addressoffset（偏移地址）:0x08。OSPEEDRy[1:0]（y=0,1,…,15）：端口x配置位，用于配置I/O口的速度。00：低速。01：中速。10：高速。11：超高速。GPIO口結(jié)構(gòu)及寄存器配置④GPIOportpull-up/pull-downregister（GPIO口上拉/下拉寄存器）（GPIOx_PUPDR）（x=A,B,…,I,J,K）。Addressoffset（偏移地址）:0x0C。PUPDRy[1:0]（y=0,1,…,15）：端口x配置位，用于配置I/O口的上拉和下拉。00：無上拉或下拉。01：上拉。10：下拉。11：保留。GPIO口結(jié)構(gòu)及寄存器配置①GPIOportinputdataregister（GPIO口輸入數(shù)據(jù)寄存器）（GPIOx_IDR）（x=A,B,…,I,J,K）。Addressoffset（偏移地址）:0x10。IDRy（y=0,1,…,15）：端口x輸入數(shù)據(jù)位，這些位是只讀位，并且只能在word模式下訪問，儲(chǔ)存的是相應(yīng)I/O口的輸入值。②GPIOportoutputdataregister（GPIO口輸出數(shù)據(jù)寄存器）（GPIOx_ODR）（x=A,B,…,I,J,K）。Addressoffset（偏移地址）:0x14。ODRy（y=0,1,…,15）：端口x輸出數(shù)據(jù)位，這些位可讀寫，并且可以進(jìn)行位操作。2．?dāng)?shù)據(jù)寄存器

每個(gè)GPIO口都具有2個(gè)16位數(shù)據(jù)寄存器：輸入數(shù)據(jù)寄存器（GPIOx_IDR）和輸出數(shù)據(jù)寄存器（GPIOx_ODR）。GPIOx_ODR用于存儲(chǔ)待輸出數(shù)據(jù)，可對(duì)其進(jìn)行讀/寫訪問。通過I/O口輸入的數(shù)據(jù)會(huì)存儲(chǔ)到輸入數(shù)據(jù)寄存器（GPIOx_IDR）中，它是一個(gè)只讀寄存器。GPIO口結(jié)構(gòu)及寄存器配置通過對(duì)以上6個(gè)寄存器的介紹，我們結(jié)合實(shí)例來講解下STM32F407的I/O口設(shè)置，熟悉這幾個(gè)寄存器的使用。例如，設(shè)置PORTC的第12個(gè)I/O口（PC11）為推挽輸出，速度為100MHz，不帶上下拉電阻，并輸出高電平。代碼如下：RCC->AHB1ENR|=1<<2; //使能PORTC時(shí)鐘GPIOC->MODER&=~(3<<(11*2)); //先清除PC11原來的設(shè)置GPIOC->MODER|=1<<(11*2); //設(shè)置PC11為輸出模式GPIOC->OTYPER&=~(1<<11); //清除PC11原來的設(shè)置GPIOC->OTYPER|=0<<11; //設(shè)置PC11為推挽輸出GPIOC->OSPEEDR&=~(3<<(11*2)); //先清除PC11原來的設(shè)置GPIOC->OSPEEDR|=3<<(11*2); //設(shè)置PC11輸出速度為100MHzGPIOC->PUPDR&=~(3<<(11*2)); //先清除PC11原來的設(shè)置GPIOC->PUPDR|=0<<(11*2); //設(shè)置PC11不帶上下拉電阻GPIOC->ODR|=1<<11; //設(shè)置PC11輸出1（高電平）GPIO口結(jié)構(gòu)及寄存器配置經(jīng)過以上介紹，我們便可以設(shè)計(jì)一個(gè)通用的GPIO設(shè)置函數(shù)來設(shè)置STM32F407的I/O口，即GPIO_Set函數(shù)，該函數(shù)代碼如下：GPIO口結(jié)構(gòu)及寄存器配置//GPIO通用設(shè)置//GPIOx:GPIOA~GPIOI.//BITx:0X0000~0XFFFF,位設(shè)置,每個(gè)位代表一個(gè)I/O口,第0位代表Px0,第1位代表Px1,依此類推.比如0X0101,代表同時(shí)設(shè)置Px0和Px8.//MODE:0~3;模式選擇,0,輸入(系統(tǒng)復(fù)位默認(rèn)狀態(tài));1,普通輸出;2,復(fù)用功能;3,模擬輸入.//OTYPE:0/1;輸出類型選擇,0,推挽輸出;1,開漏輸出.//OSPEED:0~3;輸出速度設(shè)置,0,2MHz;1,25MHz;2,50MHz;3,100MHz.//PUPD:0~3:上下拉設(shè)置,0,不帶上下拉電阻;1,上拉電阻;2,下拉電阻;3,保留.//注意:在輸入模式(普通輸入/模擬輸入)下,OTYPE和OSPEED參數(shù)無效!!voidGPIO_Set(GPIO_TypeDef*GPIOx,u32BITx,u32MODE,u32OTYPE,u32OSPEED,u32PUPD){u32pinpos=0,pos=0,curpin=0;for(pinpos=0;pinpos<16;pinpos++){pos=1<<pinpos; //一個(gè)個(gè)位檢查curpin=BITx&pos; //檢查引腳是否要設(shè)置if(curpin==pos) //需要設(shè)置{GPIOx->MODER&=~(3<<(pinpos*2)); //先清除原來的設(shè)置GPIOx->MODER|=MODE<<(pinpos*2); //設(shè)置新的模式GPIO口結(jié)構(gòu)及寄存器配置if((MODE==0X01)||(MODE==0X02)) //如果是輸出模式/復(fù)用功能模式{GPIOx->OSPEEDR&=~(3<<(pinpos*2)); //清除原來的設(shè)置GPIOx->OSPEEDR|=(OSPEED<<(pinpos*2)); //設(shè)置新的速度值

GPIOx->OTYPER&=~(1<<pinpos); //清除原來的設(shè)置GPIOx->OTYPER|=OTYPE<<pinpos; //設(shè)置新的輸出模式}GPIOx->PUPDR&=~(3<<(pinpos*2)); //先清除原來的設(shè)置GPIOx->PUPDR|=PUPD<<(pinpos*2); //設(shè)置新的上下拉模式}}}GPIO口結(jié)構(gòu)及寄存器配置該函數(shù)支持對(duì)STM32F407的任何I/O口進(jìn)行設(shè)置，并且支持同時(shí)設(shè)置多個(gè)I/O口（功能一致時(shí)），有了這個(gè)函數(shù)，我們就可以大大簡(jiǎn)化STM32F407的I/O口設(shè)置過程，比如同樣設(shè)置PC11為推挽輸出，還可利用GPIO_Set函數(shù)實(shí)現(xiàn)，代碼如下：RCC->AHB1ENR|=1<<2; //使能PORTC時(shí)鐘GPIO_Set(PORTC,1<<11,1,0,3,0); //設(shè)置PC11推挽輸出，100MHz，不帶上下拉電阻GPIOC->ODR|=1<<11; //設(shè)置PC11輸出1（高電平）并且，開發(fā)板廠商為GPIO_Set定義了一系列的宏，這些宏在sys.h里面，如果全換成宏，則有GPIO_Set(PORTC,1<<11,1,0,3,0);可以寫成：GPIO_Set(PORTC,PIN11,GPIO_MODE_OUT,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_SPEED_100M,GPIO_PUPD_NONE);這樣，雖然看起來長了一點(diǎn)，但是一眼便知參數(shù)設(shè)置的意義，具有很好的可讀性。3．置位/復(fù)位寄存器置位/復(fù)位寄存器（GPIOx_BSRR）是一個(gè)32位寄存器，它允許應(yīng)用程序在輸出數(shù)據(jù)寄存器（GPIOx_ODR）中對(duì)各個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)位執(zhí)行置位和復(fù)位操作。置位/復(fù)位寄存器的大小是GPIOx_ODR的兩倍。GPIOx_ODR中的每個(gè)數(shù)據(jù)位對(duì)應(yīng)于GPIOx_BSRR中的兩個(gè)控制位：BSRR(i)和BSRR(i+Size)。當(dāng)寫入1時(shí)，BSRR(i)位會(huì)置位對(duì)應(yīng)的ODR(i)位，BSRR(i+Size)位會(huì)清零ODR(i)對(duì)應(yīng)的位。在GPIOx_BSRR中向任何位寫入0都不會(huì)對(duì)GPIOx_ODR中的對(duì)應(yīng)位產(chǎn)生任何影響。如果在GPIOx_BSRR中同時(shí)嘗試對(duì)某個(gè)位執(zhí)行置位和清零操作，則置位操作優(yōu)先。GPIOportbitset/resetregister（GPIO口置位/復(fù)位寄存器）（GPIOx_BSRR）（x=A,B,…,I,J,K）。Addressoffset:0x18。Bits[31:16]BRy（y=0,1,…,15）：端口x復(fù)位位，用于配置I/O口的輸出類型。0：無影響。1：對(duì)相應(yīng)的ODRx位進(jìn)行復(fù)位。Bits[15:0]BSy（y=0,1,…,15）：端口x置位位，用于配置I/O口的輸出類型。0：無影響。1：對(duì)相應(yīng)的ODRx位進(jìn)行置位。GPIO口結(jié)構(gòu)及寄存器配置4．復(fù)用功能寄存器復(fù)用功能寄存器GPIOx_AFRL和GPIOx_AFRH用來在每個(gè)GPIO口上復(fù)用多個(gè)可用的外設(shè)功能，可為每個(gè)I/O口選擇一個(gè)可用功能，其中AFRL控制0~7這8個(gè)I/O口，AFRH控制8~15這8個(gè)I/O口。①GPIOalternatefunctionlowregister（GPIO復(fù)用功能低位寄存器）（GPIOx_AFRL）（x=A,B,…,I,J,K）。Addressoffset（偏移地址）:0x20。

Bits[31:0]AFRLy（y=0,1,…,7）：端口x位y的復(fù)用功能選擇，用于配置I/O口的復(fù)用功能。0000：AF0。0001：AF1。……1111：AF15。GPIO口結(jié)構(gòu)及寄存器配置4．復(fù)用功能寄存器②GPIOalternatefunctionhighregister（GPIO復(fù)用功能高位寄存器）（GPIOx_AFRH）（x=A,B,…,I,J,K）。Addressoffset（偏移地址）:0x24。Bits[31:0]AFRLy（y=8,9,…,15）：端口x位y的復(fù)用功能選擇，用于配置I/O口的復(fù)用功能。0000：AF0。0001：AF1?！?111：AF15。STM32F407xx系列單片機(jī)I/O口復(fù)用功能選擇如圖所示。GPIO口結(jié)構(gòu)及寄存器配置例如，要用PC11復(fù)用的功能為SDIO_D3。因?yàn)橐_11是由AFRH[15:12]控制的，且屬于SDIO功能復(fù)用，所以要選擇AF12，即設(shè)置AFRH[15:12]=AF12，代碼如下：RCC->AHB1ENR|=1<<2; //使能PORTC時(shí)鐘GPIO_Set(PORTC,PIN11,GPIO_MODE_AF,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_SPEED_100M,GPIO_PUPD_PU); //設(shè)置PC11復(fù)用輸出，100MHz，上拉GPIOC->AFR[1]&=~(0X0F<<12); //清除PC11原來的設(shè)置GPIOC->AFR[1]|=12<<12; //設(shè)置PC11為AF12注意，在MDK里面，AFRL和AFRH被定義成AFR[0]和AFR[1]。經(jīng)過以上設(shè)置，我們就將PC11設(shè)置為復(fù)用功能輸出，且復(fù)用功能選擇SDIO_D3。同樣，我們將AFRL和AFRH的設(shè)置封裝成函數(shù)，即GPIO_AF_Set函數(shù)，該函數(shù)代碼如下：//GPIO復(fù)用設(shè)置//GPIOx:GPIOA~GPIOI.//BITx:0~15,代表I/O引腳編號(hào).//AFx:0~15,代表AF0~AF15.voidGPIO_AF_Set(GPIO_TypeDef*GPIOx,u8BITx,u8AFx){GPIOx->AFR[BITx>>3]&=~(0X0F<<((BITx&0X07)*4));GPIOx->AFR[BITx>>3]|=(u32)AFx<<((BITx&0X07)*4);}GPIO口結(jié)構(gòu)及寄存器配置同樣，我們將AFRL和AFRH的設(shè)置封裝成函數(shù)，即GPIO_AF_Set函數(shù)，該函數(shù)代碼如下：//GPIO復(fù)用設(shè)置//GPIOx:GPIOA~GPIOI.//BITx:0~15,代表I/O引腳編號(hào).//AFx:0~15,代表AF0~AF15.voidGPIO_AF_Set(GPIO_TypeDef*GPIOx,u8BITx,u8AFx){GPIOx->AFR[BITx>>3]&=~(0X0F<<((BITx&0X07)*4));GPIOx->AFR[BITx>>3]|=(u32)AFx<<((BITx&0X07)*4);}GPIO口結(jié)構(gòu)及寄存器配置通過該函數(shù)，我們就可以很方便地設(shè)置任何一個(gè)I/O口的復(fù)用功能了。下面通過該函數(shù)設(shè)置PC11為SDIO_D3，代碼如下：RCC->AHB1ENR|=1<<2; //使能PORTC時(shí)鐘GPIO_Set(PORTC,PIN11,GPIO_MODE_AF,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_SPEED_100M,GPIO_PUPD_PU); //設(shè)置PC11復(fù)用輸出，100MHz，上拉GPIO_AF_Set(GPIOC,11,AF12); //設(shè)置PC11為AF12其中，PIN11和AF12是在sys.h里面定義好的宏。另外，需要注意GPIO_AF_Set函數(shù)每次只能設(shè)置1個(gè)I/O口的復(fù)用功能，如果有多個(gè)I/O口要設(shè)置，那么需要多次調(diào)用該函數(shù)。新建工程（寄存器版）以跑馬燈為例，通過Keil5新建工程。STM32F407ZGT6最小系統(tǒng)板與LED的連接原理圖如圖所示，在PF9、PF10端口上分別接了兩個(gè)LED小燈。步驟1：在TEST文件夾下新建一個(gè)HARDWARE文件夾，用來存放與硬件有關(guān)的文件；然后在HARDWARE文件夾下新建一個(gè)LED文件夾，用來存放與LED相關(guān)的代碼。在USER文件夾下找到工程文件test.uvprojx并打開，新建一個(gè)led.c文件，保存在HARDWARE-LED文件夾下面，在文件中輸入如下代碼。程序清單11-2-1 led.c（寄存器版）程序#include"led.h"http://初始化PF9和PF10為輸出口，并使能這兩個(gè)口的時(shí)鐘 //LEDI/O口初始化voidLED_Init(void){ RCC->AHB1ENR|=1<<5;//使能PORTF時(shí)鐘GPIO_Set(GPIOF,PIN9|PIN10,GPIO_MODE_OUT,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_SPEED_100M,GPIO_PUPD_PU);//PF9,PF10設(shè)置

LED0=1;//LED0關(guān)閉

LED1=1;//LED1關(guān)閉}通常購買系統(tǒng)板時(shí)，廠家都會(huì)提供基本的工程文件，可以將其復(fù)制到我們的工程文件夾TEST中直接使用，通常包括表11-2-2所示文件。新建工程（寄存器版）該代碼里面就包含了一個(gè)函數(shù)voidLED_Init(void)，該函數(shù)的功能就是配置PF9和PF10為推挽輸出。I/O口配置采用GPIO_Set函數(shù)實(shí)現(xiàn)。這里需要注意的是：在配置STM32F407外設(shè)的時(shí)候，要先使能該外設(shè)的時(shí)鐘。RCC_AHB1ENR是AHB總線上的外設(shè)時(shí)鐘使能寄存器，其各位的描述如下。Addressoffset（偏移地址）:0x30。Access（訪問）：nowaitstate,word,half-wordandbyteaccess.（無等待周期，按字、半字和字節(jié)訪問）。我們要使能PORTF的時(shí)鐘，則只要將該寄存器的bit5置1就可以。配置完時(shí)鐘之后，LED_Init調(diào)用GPIO_Set函數(shù)完成對(duì)PF9和PF10模式的配置，然后熄滅LED0、LED1。步驟2：按同樣的方法，新建一個(gè)led.h文件，也保存在LED文件夾下面。在led.h中輸入如下代碼并保存。程序清單11-2-2led.h（寄存器版）程序#ifndef__LED_H#define__LED_H #include"sys.h"http://LED端口定義#defineLED0PFout(9) //DS0#defineLED1PFout(10) //DS1 voidLED_Init(void); //初始化 #endif這里使用位帶操作來操作某個(gè)I/O口。在M3/M4中，有兩個(gè)區(qū)可以實(shí)現(xiàn)位帶操作，其中一個(gè)是SRAM區(qū)的最低1MB范圍（0x20000000～0x200FFFFF），第二個(gè)則是片內(nèi)外設(shè)區(qū)的最低1MB范圍（0x40000000～0x400FFFFF），稱為位帶區(qū)。這兩個(gè)區(qū)中的存儲(chǔ)器除了可以像普通的RAM一樣訪問使用，M3/M4還將這部分存儲(chǔ)器的每一位重映射為另外一個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)空間——位帶別名區(qū)的一個(gè)字（32位），通過訪問這些獨(dú)立的存儲(chǔ)空間，就可以達(dá)到訪問原始存儲(chǔ)器每一位的目的，映射關(guān)系如圖所示。新建工程（寄存器版）SRAM位帶區(qū)字節(jié)地址為A的第n（0≤n≤7）位，對(duì)應(yīng)的位帶別名區(qū)地址為：AliasAddr=0x22000000+((A-0x20000000)*8+n)*4=0x22000000+(A-0x20000000)*32+n*4片上外設(shè)位帶區(qū)字節(jié)地址為A的第n（0≤n≤7）位，對(duì)應(yīng)的位帶別名區(qū)地址為：AliasAddr=0x42000000+((A-0x40000000)*8+n)*4=0x42000000+(A-0x40000000)*32+n*4上式中，“*4”表示一個(gè)字有4字節(jié)，“*8”表示一字節(jié)有8位。位帶操作程序代碼如下：//位帶操作,實(shí)現(xiàn)51單片機(jī)類似的GPIO控制功能//具體實(shí)現(xiàn)思想,參考<<Cortex-M3權(quán)威指南>>（中文）第五章(87頁~92頁).M4同M3類似,只是寄存器地址變了//I/O口操作宏定義#defineBITBAND(addr,bitnum)((addr&0xF0000000)+0x2000000+((addr&0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))#defineMEM_ADDR(addr)*((volatileunsignedlong*)(addr))#defineBIT_ADDR(addr,bitnum)MEM_ADDR(BITBAND(addr,bitnum))#definePFout(n)BIT_ADDR(GPIOF_ODR_Addr,n)//輸出#definePFin(n)BIT_ADDR(GPIOF_IDR_Addr,n)//輸入新建工程（寄存器版）步驟3：在Target目錄樹上右擊，選擇“ManageProjectItems”，出現(xiàn)圖示的對(duì)話框，在Groups下面單擊“New（Insert）”按鈕，新建一個(gè)HARDWARE組，并把led.c添加到這個(gè)組里。新建工程（寄存器版）新建工程（寄存器版）步驟4：回到主界面，在main函數(shù)中編寫如下代碼。程序清單11-2-3test.c（寄存器版）程序#include"sys.h"#include"delay.h"#include"led.h"intmain(void){{LED0=0; //DS0亮

LED1=1; //DS1滅

delay_ms(500);LED0=1; //DS0滅

LED1=0; //DS1亮

delay_ms(500);}}單擊按鈕，出現(xiàn)圖11-2-7所示的“OptionsforTarget”對(duì)話框，選擇“C/C++”選項(xiàng)卡，把led.h的路徑添加進(jìn)編譯文件，如圖11-2-8所示。然后單擊按鈕，編譯工程，生成.hex文件，安裝J-LINK驅(qū)動(dòng)程序，單擊按鈕下載到目標(biāo)板中，即可驗(yàn)證程序。Stm32_Clock_Init(336,8,2,7); //設(shè)置時(shí)鐘,168MHzdelay_init(168); //初始化延時(shí)函數(shù)

LED_Init(); //初始化LED時(shí)鐘

while(1)在51單片機(jī)的開發(fā)中我們通過直接操作寄存器來實(shí)現(xiàn)控制，例如要控制I/O口的狀態(tài)，我們直接操作寄存器：P0=0x11；而在STM32的開發(fā)中，同樣可以操作寄存器：GPIOF->BSRRL=0x0001；這種通過寄存器的控制需要開發(fā)者根據(jù)參考手冊(cè)查找每個(gè)寄存器對(duì)各個(gè)位的定義，再進(jìn)行配置，由于STM32有數(shù)量龐大的寄存器，因此配置過程中容易出錯(cuò)且不利于維護(hù)。ST公司推出了官方固件庫，固件庫將這些寄存器底層操作都封裝起來，提供一整套接口（API）供開發(fā)者調(diào)用。大多數(shù)場(chǎng)合下，開發(fā)者不需要知道操作的是哪個(gè)寄存器，只需要知道調(diào)用哪些函數(shù)即可。例如，上面通過控制BSRRL寄存器實(shí)現(xiàn)I/O口狀態(tài)的控制，官方固件庫就封裝了一個(gè)函數(shù)：

GPIO相關(guān)庫函數(shù)介紹voidGPIO_SetBits(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin){GPIOx->BSRRL=GPIO_Pin;只需要了解函數(shù)的入口參數(shù)及調(diào)用方法就可以實(shí)現(xiàn)控制了。一句話可以概括：固件庫就是函數(shù)的集合，固件庫函數(shù)的作用是向下控制寄存器，向上提供用戶函數(shù)調(diào)用的接口。通常系統(tǒng)板廠商會(huì)提供庫函數(shù)工程模板，工程模板文件夾內(nèi)容清單如表所示。固件庫中，GPIO口的相關(guān)函數(shù)及定義放在文件stm32f4xx_gpio.h和stm32f4xx_gpio.c中。對(duì)于GPIO口的4個(gè)32位寄存器（GPIOx_MODER、GPIOx_OTYPER、GPIOx_OSPEEDR和GPIOx_PUPDR）的配置是通過GPIO口初始化函數(shù)完成的：voidGPIO_Init(GPIO_TypeDef*GPIOx,GPIO_InitTypeDef*GPIO_InitStruct);這個(gè)函數(shù)有兩個(gè)參數(shù)，第一個(gè)參數(shù)用來指定需要初始化的GPIO組，取值范圍為GPIOA～GPIOK。第二個(gè)參數(shù)為初始化參數(shù)結(jié)構(gòu)體指針，結(jié)構(gòu)體類型為GPIO_InitTypeDef。找到FWLIB組下面的stm32f4xx_gpio.c文件，定位到GPIO_Init函數(shù)體處，雙擊入口參數(shù)類型GPIO_InitTypeDef后右擊，選擇“Gotodefinitionof...”，可以查看結(jié)構(gòu)體的定義。typedefstruct{uint32_tGPIO_Pin;GPIOMode_TypeDefGPIO_Mode;GPIOSpeed_TypeDefGPIO_Speed;GPIOOType_TypeDefGPIO_OType;GPIOPuPd_TypeDefGPIO_PuPd;}GPIO_InitTypeDef;下面通過一個(gè)GPIO初始化實(shí)例來講解這個(gè)結(jié)構(gòu)體的成員變量的含義，例如：GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9 //GPIOF9GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_OUT; //普通輸出模式GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_100MHz; //100MHzGPIO_InitStructure.GPIO_OType=GPIO_OType_PP; //推挽輸出GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_UP; //上拉GPIO_Init(GPIOF,&GPIO_InitStructure); //初始化GPIO

GPIO相關(guān)庫函數(shù)介紹結(jié)構(gòu)體GPIO_InitStructure的第一個(gè)成員變量GPIO_Pin用來設(shè)置要初始化哪個(gè)或者哪些I/O口；第二個(gè)成員變量GPIO_Mode用來設(shè)置對(duì)應(yīng)I/O口的輸入輸出模式，這個(gè)值實(shí)際上就是配置的GPIO的MODER寄存器的值，在MDK中是通過一個(gè)枚舉類型定義的，我們只需要選擇對(duì)應(yīng)的值即可。typedefenum{GPIO_Mode_IN=0x00, /*!<GPIOInputMode*/GPIO_Mode_OUT=0x01, /*!<GPIOOutputMode*/GPIO_Mode_AF=0x02, /*!<GPIOAlternatefunctionMode*/GPIO_Mode_AN=0x03 /*!<GPIOAnalogMode*/}GPIOMode_TypeDef;

GPIO相關(guān)庫函數(shù)介紹GPIO_Mode_IN用來設(shè)置輸入模式，GPIO_Mode_OUT表示通用輸出模式，GPIO_Mode_AF表示復(fù)用功能模式，GPIO_Mode_AN表示模擬輸入模式。GPIO_Speed用于設(shè)置I/O口的輸出速度，有四個(gè)可選值。實(shí)際上這就是配置的GPIO的OSPEEDR寄存器的值。在MDK中同樣是通過枚舉類型定義的：/*Addlegacydefinition*/#defineGPIO_Speed_2MHzGPIO_Low_Speed#defineGPIO_Speed_25MHzGPIO_Medium_Speed#defineGPIO_Speed_50MHzGPIO_Fast_Speed#defineGPIO_Speed_100MHzGPIO_High_Speedtypedefenum{GPIO_Low_Speed=0x00, /*!<Lowspeed*/GPIO_Medium_Speed=0x01, /*!<Mediumspeed*/GPIO_Fast_Speed=0x02, /*!<Fastspeed*/GPIO_High_Speed=0x03 /*!<Highspeed*/}GPIOSpeed_TypeDef;我們的輸入可以是GPIOSpeed_TypeDef枚舉類型中GPIO_High_Speed枚舉類型值，也可以是GPIO_Speed_100MHz這樣的值，實(shí)際上GPIO_Speed_100MHz就是通過define宏定義標(biāo)識(shí)符“define”定義出來的，它跟GPIO_High_Speed是等同的。GPIO_OType用來設(shè)置GPIO的輸出類型，實(shí)際上就是設(shè)置GPIO的OTYPER寄存器的值。在MDK中同樣是通過枚舉類型定義的：typedefenum{GPIO_OType_PP=0x00,GPIO_OType_OD=0x01}GPIOOType_TypeDef;如果需要設(shè)置為推挽輸出模式，那么設(shè)置其值為GPIO_OType_PP，如果需要設(shè)置為輸出開漏模式，那么設(shè)置其值為GPIO_OType_OD。GPIO_PuPd用來設(shè)置I/O口的上下拉電阻，實(shí)際上就是設(shè)置GPIO的PUPDR寄存器的值。同樣通過一個(gè)枚舉類型列出：

GPIO相關(guān)庫函數(shù)介紹typedefenum{GPIO_PuPd_NOPULL=0x00,GPIO_PuPd_UP=0x01,GPIO_PuPd_DOWN=0x02}GPIOPuPd_TypeDef;這三個(gè)值的意思很好理解，GPIO_PuPd_NOPULL為不使用上下拉電阻，GPIO_PuPd_UP為上拉，GPIO_PuPd_DOWN為下拉。我們根據(jù)需要設(shè)置相應(yīng)的值即可。在固件庫中通過函數(shù)GPIO_Write來設(shè)置ODR寄存器的值，從而控制I/O口的輸出狀態(tài)：voidGPIO_Write(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tPortVal);該函數(shù)一般用來一次性給GPIO的所有端口賦值。

GPIO相關(guān)庫函數(shù)介紹讀ODR寄存器還可以讀出I/O口的輸出狀態(tài)，庫函數(shù)為：uint16_tGPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef*GPIOx);uint8_tGPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin);這兩個(gè)函數(shù)的功能類似，只不過前面的函數(shù)用來一次讀取一組I/O口的輸出狀態(tài)，后面的函數(shù)用來一次讀取一組I/O口中一個(gè)或者幾個(gè)I/O口的輸出狀態(tài)。讀取某個(gè)I/O口的電平的相關(guān)庫函數(shù)為：uint8_tGPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin);uint16_tGPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef*GPIOx);前面的函數(shù)用來讀取一組I/O口中一個(gè)或者幾個(gè)I/O口的輸入電平，后面的函數(shù)用來一次讀取一組I/O口的輸入電平。也可通過庫函數(shù)操作BSRR寄存器來設(shè)置I/O口的電平，相關(guān)庫函數(shù)為：voidGPIO_SetBits(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin);voidGPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin);函數(shù)GPIO_SetBits用來設(shè)置一組I/O口中的一個(gè)或者多個(gè)I/O口為高電平。GPIO_ResetBits用來設(shè)置一組I/O口中一個(gè)或者多個(gè)I/O口為低電平。比如，我們要設(shè)置GPIOB.5輸出高電平，方法為：GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); //GPIOB.5輸出高電平設(shè)置GPIOB.5輸出低電平，方法為：GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); //GPIOB.5輸出低電平以跑馬燈為例，通過系統(tǒng)板廠商提供的庫函數(shù)工程模板來建立自己項(xiàng)目的工程。步驟1：?jiǎn)螕艄こ棠０錟SER目錄下的工程文件Template.uvproj（也可重命名為LED.uvproj）。在工程根目錄文件夾下新建一個(gè)HARDWARE文件夾，用來存放與硬件相關(guān)的代碼。然后在HARDWARE文件夾下新建一個(gè)LED文件夾，用來存放與LED相關(guān)的代碼。新建一個(gè)文本文件led.c，保存在LED文件夾下，在led.c中輸入如下代碼。程序清單11-2-4led.c（庫函數(shù)版）程序#include"led.h"