本章参考资料:《STM32F4xx 参考手册》、库帮助文档《stm32f4xx_dsp_stdperiph_lib_um.chm》。
利用库建立好的工程模板,就可以方便地使用 STM32 标准库编写应用程序了,可以说从这一章我们才开始迈入 STM32 开发的大门。
LED 灯的控制使用到 GPIO 外设的基本输出功能,本章中不再赘述 GPIO 外设的概念,如您忘记了,可重读前面“GPIO 框图剖析”小节, STM32 标准库中 GPIO 初始化结构体GPIO_TypeDef 的定义与“定义引脚模式的枚举类型”小节中讲解的相同。
9.1 硬件设计:
本实验板连接了一个 RGB 彩灯, RGB 彩灯实际上由三盏分别为红色、绿色、蓝色的LED 灯组成,通过控制 RGB 颜色强度的组合,可以混合出各种色彩。
这些 LED 灯的阴极都是连接到 STM32 的 GPIO 引脚,只要我们控制 GPIO 引脚的电平输出状态,即可控制 LED 灯的亮灭。图中左上方,其中彩灯的阳极连接到的一个电路图符号“ ”,它表示引出排针,即此处本身断开,须通过跳线帽连接排针,把电源跟彩灯的阳极连起来,实验时需注意。
若您使用的实验板 LED 灯的连接方式或引脚不一样,只需根据我们的工程修改引脚即可,程序的控制原理相同。
9.2 软件设计:
这里只讲解核心部分的代码,有些变量的设置,头文件的包含等可能不会涉及到,完整的代码请参考本章配套的工程。
为了使工程更加有条理,我们把 LED 灯控制相关的代码独立分开存储,方便以后移植。在“工程模板”之上新建“bsp_led.c”及“bsp_led.h”文件,其中的“bsp”即 BoardSupport Packet 的缩写(板级支持包),这些文件也可根据您的喜好命名,这些文件不属于STM32 标准库的内容,是由我们自己根据应用需要编写的。
9.2.1 编程要点:
1. 使能 GPIO 端口时钟;
2. 初始化 GPIO 目标引脚为推挽输出模式;
3. 编写简单测试程序,控制 GPIO 引脚输出高、低电平。
9.2.2 代码分析:
1. LED 灯引脚宏定义:
在编写应用程序的过程中,要考虑更改硬件环境的情况,例如 LED 灯的控制引脚与当前的不一样,我们希望程序只需要做最小的修改即可在新的环境正常运行。这个时候一般把硬件相关的部分使用宏来封装,若更改了硬件环境,只修改这些硬件相关的宏即可,这些定义一般存储在头文件,即本例子中的“bsp_led.h”文件中,见代码清单 9-1。
代码清单 9-1 LED 控制引脚相关的宏
//引脚定义
/*******************************************************/
//R 红色灯
#define LED1_PIN GPIO_Pin_10
#define LED1_GPIO_PORT GPIOH
#define LED1_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOH
//G 绿色灯
#define LED2_PIN GPIO_Pin_11
#define LED2_GPIO_PORT GPIOH
#define LED2_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOH
//B 蓝色灯
#define LED3_PIN GPIO_Pin_12
#define LED3_GPIO_PORT GPIOH
#define LED3_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOH
/************************************************************/
以上代码分别把控制四盏 LED 灯的 GPIO 端口、 GPIO 引脚号以及 GPIO 端口时钟封装起来了。 在实际控制的时候我们就直接用这些宏,以达到应用代码硬件无关的效果。
其中的 GPIO 时钟宏“RCC_AHB1Periph_GPIOH”和“RCC_AHB1Periph_GPIOD”是STM32 标准库定义的 GPIO 端口时钟相关的宏,它的作用与“GPIO_Pin_x”这类宏类似,是用于指示寄存器位的,方便库函数使用。它们分别指示 GPIOH、 GPIOD 的时钟,下面初始化 GPIO 时钟的时候可以看到它的用法。
2. 控制 LED 灯亮灭状态的宏定义:
为了方便控制 LED 灯,我们把 LED 灯常用的亮、灭及状态反转的控制也直接定义成宏,见代码清单 9-2。
代码清单 9-2 控制 LED 亮灭的宏
/* 直接操作寄存器的方法控制 IO */
#define digitalHi(p,i) {p->BSRRL=i;} //设置为高电平
#define digitalLo(p,i) {p->BSRRH=i;} //输出低电平
#define digitalToggle(p,i) {p->ODR ^=i;} //输出反转状态
/* 定义控制 IO 的宏 */
#define LED1_TOGGLE digitalToggle(LED1_GPIO_PORT,LED1_PIN)
#define LED1_OFF digitalHi(LED1_GPIO_PORT,LED1_PIN)
#define LED1_ON digitalLo(LED1_GPIO_PORT,LED1_PIN)
#define LED2_TOGGLE digitalToggle(LED2_GPIO_PORT,LED2_PIN)
#define LED2_OFF digitalHi(LED2_GPIO_PORT,LED2_PIN)
#define LED2_ON digitalLo(LED2_GPIO_PORT,LED2_PIN)
#define LED3_TOGGLE digitalToggle(LED3_GPIO_PORT,LED3_PIN)
#define LED3_OFF digitalHi(LED3_GPIO_PORT,LED3_PIN)
#define LED3_ON digitalLo(LED3_GPIO_PORT,LED3_PIN)
/* 基本混色,后面高级用法使用 PWM 可混出全彩颜色,且效果更好 */
//红
#define LED_RED
LED1_ON;
LED2_OFF;
LED3_OFF
//绿
#define LED_GREEN
LED1_OFF;
LED2_ON;
LED3_OFF
//蓝
#define LED_BLUE
LED1_OFF;
LED2_OFF;
LED3_ON
//黄(红+绿)
#define LED_YELLOW
LED1_ON;
LED2_ON;
LED3_OFF
这部分宏控制 LED 亮灭的操作是直接向 BSRR 寄存器写入控制指令来实现的,对BSRRL 写 1 输出高电平,对 BSRRH 写 1 输出低电平,对 ODR 寄存器某位进行异或操作可反转位的状态。
RGB 彩灯可以实现混色,如最后一段代码我们控制红灯和绿灯亮而蓝灯灭,可混出黄色效果。
代码中的“”是 C 语言中的续行符语法,表示续行符的下一行与续行符所在的代码是同一行。代码中因为宏定义关键字“#define”只是对当前行有效,所以我们使用续行符来连接起来,以下的代码是等效的:
#define LED_YELLOW LED1_ON; LED2_ON; LED3_OFF
应用续行符的时候要注意,在“”后面不能有任何字符(包括注释、空格),只能直接回车。
3. LED GPIO 初始化函数:
利用上面的宏,编写 LED 灯的初始化函数,见代码清单 9-3。
代码清单 9-3 LED GPIO 初始化函数
/**
* @brief 初始化控制 LED 的 IO
* @param 无
* @retval 无
*/
void LED_GPIO_Config(void)
{
/*定义一个 GPIO_InitTypeDef 类型的结构体*/
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
/*开启 LED 相关的 GPIO 外设时钟*/
RCC_AHB1PeriphClockCmd ( LED1_GPIO_CLK|
LED2_GPIO_CLK|
LED3_GPIO_CLK|
LED4_GPIO_CLK,
ENABLE);
/*选择要控制的 GPIO 引脚*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED1_PIN;
/*设置引脚模式为输出模式*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
/*设置引脚的输出类型为推挽输出*/
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
/*设置引脚为上拉模式*/
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
/*设置引脚速率为 2MHz */
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
/*调用库函数,使用上面配置的 GPIO_InitStructure 初始化 GPIO*/
GPIO_Init(LED1_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
/*选择要控制的 GPIO 引脚*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED2_PIN;
GPIO_Init(LED2_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
/*选择要控制的 GPIO 引脚*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED3_PIN;
GPIO_Init(LED3_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
/*选择要控制的 GPIO 引脚*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED4_PIN;
GPIO_Init(LED4_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
/*关闭 RGB 灯*/
LED_RGBOFF;
}
整个函数与“构建库函数雏形”章节中的类似, 主要区别是硬件相关的部分使用宏来代替,初始化 GPIO 端口时钟时也采用了 STM32 库函数,函数执行流程如下:
(1) 使用 GPIO_InitTypeDef 定义 GPIO 初始化结构体变量,以便下面用于存储 GPIO 配置。
(2) 调用库函数 RCC_AHB1PeriphClockCmd 来使能 LED 灯的 GPIO 端口时钟,在前面的章节中我们是直接向 RCC 寄存器赋值来使能时钟的,不如这样直观。该函数有两个输入参数,第一个参数用于指示要配置的时钟,如本例中的“RCC_AHB1Periph_GPIOH”和“RCC_AHB1Periph_GPIOD”,应用时我们使用“|”操作同时配置四个 LED 灯的时钟;函数的第二个参数用于设置状态,可输入“Disable”关闭或“Enable”使能时钟。
(3) 向 GPIO 初始化结构体赋值,把引脚初始化成推挽输出模式,其中的 GPIO_Pin 使用宏“LEDx_PIN”来赋值,使函数的实现方便移植。
(4) 使用以上初始化结构体的配置,调用 GPIO_Init 函数向寄存器写入参数,完成 GPIO 的初始化,这里的 GPIO 端口使用“LEDx_GPIO_PORT”宏来赋值,也是为了程序移植方便。
(5) 使用同样的初始化结构体,只修改控制的引脚和端口,初始化其它 LED 灯使用的GPIO 引脚。
(6) 使用宏控制 RGB 灯默认关闭, LED4 指示灯默认开启。
4. 主函数:
编写完 LED 灯的控制函数后,就可以在 main 函数中测试了,见代码清单 9-4。
代码清单 9-4 控制 LED 灯 , main 文件
#include "stm32f4xx.h"
#include "./led/bsp_led.h"
void Delay(__IO u32 nCount);
/**
* @brief 主函数
* @param 无
* @retval 无
*/
int main(void)
{
/* LED 端口初始化 */
LED_GPIO_Config();
/* 控制 LED 灯 */
while (1) {
LED1( ON ); // 亮
Delay(0xFFFFFF);
LED1( OFF ); // 灭
LED2( ON ); // 亮
Delay(0xFFFFFF);
LED2( OFF ); // 灭
LED3( ON ); // 亮
Delay(0xFFFFFF);
LED3( OFF ); // 灭
/*轮流显示 红绿蓝黄紫青白 颜色*/
LED_RED;
Delay(0xFFFFFF);
LED_GREEN;
Delay(0xFFFFFF);
LED_BLUE;
Delay(0xFFFFFF);
LED_YELLOW;
Delay(0xFFFFFF);
LED_PURPLE;
Delay(0xFFFFFF);
LED_CYAN;
Delay(0xFFFFFF);
LED_WHITE;
Delay(0xFFFFFF);
LED_RGBOFF;
Delay(0xFFFFFF);
}
}
void
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