STM32F4的LED点灯

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前言

单片机开发第一站，LED点灯。

目标：点亮引脚PF9上的LED灯

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一、使用到的运算符

我们在应用单片机进行各种控制时，都是利用计算机语言设置单片机的内部寄存器来完成操作的。在涉及寄存器的大部分操作中，C语言的位运算符是不可或缺的一环。

& 位逻辑与
| 位逻辑或
^ 位逻辑异或
~ 位逻辑非
以及 >> 右移和 << 左移

熟练掌握C语言中的位运算符以及进制之间的转换，对我们使用寄存器非常重要。

二、寄存器相关

1.寄存器地址

相关操作将以下列代码为例;

#define GPIOF_ODR(*(volatile unsigned int*)0x40021414)

基地址：STM32的每个模块都包含多个寄存器，它们的地址通常是连续的，而第一个寄存器的地址（即地址值最低的地址），就是基地址。

偏移地址：寄存器在本模块中的地址偏移量。

绝对地址：即寄存器的实际地址，相当于基地址+偏移地址。

2.寄存器定义过程

表1-1中的GPIOF_MODER等不过是开发人员为了便于操作人为定义的符号，使这些符号能够真正的代表其对应的寄存器单元，还需要进一步处理。

• 找到GPIOF输出数据寄存器的绝对地址：0x40021414
• 将十六进制数 0x40021414 转为地址：强制类型转换（*） 0x40021414
• 说明地址（*） 0x40021414指向的存储单元的数据类型：由于寄存器中存放的都是无符号整型数据，故有（unsigned int*） 0x40021414
• 使用volatile修饰地址，确保处理器每次都是对相应寄存器单元进行操作，避免没必要的数据读写错误:（volatile unsigned int*） 0x40021414
• 将地址转为地址指向的储存单元：*（volatile unsigned int*） 0x40021414
• 定义寄存器单元以方便输入：
  #define GPIOF_ODR （ *（volatile unsigned int*） 0x40021414）

三、GPIO端口位相关

GPIO端口可配置成输入、输出、复用、模数/数模转换时模拟信号输入输出等四种工作模式，其中，作输出和复用模式时又可以配置成推挽模式和开漏模式，作输入时又可以配置为浮空输入、上拉输入和下拉输入。

• IO引脚用于读取外部状态，比如用于判断按键的状态，则应该配置该引脚工作于输入模式
• IO引脚用于控制外部电路工作，比如控制LED的闪烁，则应该配置该引脚工作于输出模式
• IO引脚用于作其他模块-比如定时器的PWM信号的输出引脚，则应该配置该引脚工作于复用模式
• IO引脚用于输入模拟信号以便进行模数转换，则应该配置该引脚工作于AD/DA的模拟信号通道模式

IO引脚的工作模式的设置通过模式选择寄存器GPIOx_MODER来完成。

GPIOx_MODER的位定义如上表所示。

每组位段的值与IO引脚的功能设置的关系如下：
设置为00时，该引脚为输入功能；
设置为01时，该引脚为输出功能；
设置为10时，该引脚为复用功能，引脚复用意思是指该引脚可以使用为其他的功能，比如做某个串口的通信引脚；
设置为11时，对于模拟/数字信号转换，该引脚为模拟信号的输入引脚，对于数字/模拟信号转换，该引脚为模拟信号的输出引脚。

要设置PF9为输出，则需要将GPIOF的MODER9[1:0]设置为01：

GPIOF_MODER  &=  ~(3<<18);  //清除bit[19:18]
GPIOF_MODER  |=  (1<<18);   //设置bit[19:18]的值

使用单片机为STM32F407ZGT6

四、GPIO端口的输出功能的配置步骤及其涉及到的寄存器

1.使能端口时钟

要想使用STM32的某个引脚功能，首先要使能该引脚所在的端口的时钟。实际上，对于STM32的各个模块，在使用前都要先使能对应模块的时钟。对于GPIOF组端口，其时钟使能控制位位于寄存器 RCC_AHB1ENR中。

GPIOF组端口时钟使能由RCC_AHB1ENR第5位进行控制，可以用如下语句使能 GPIOF的时钟： RCC_AHB1ENR |= 1<<5

2.配置端口位的工作模式(通过GPIOx_MODER来完成)

3.配置电路驱动类型寄存器GPIOx_OTYPER
PF9只需要输出高低电平驱动LED，所以设置PF9的输出电路类型为推挽类型GPIOF_OTYPER &= ~( 1<<9)

由于OTYPE寄存器的默认值为0，所以如果是配置为推挽工作方式，则可以不用配置该寄存器，此时采用默认即可

4.配置引脚响应速度寄存器GPIOx_OSPEEDER
与GPIOx_MODER类似，GPIOx_OSPEEDR也是两个位控制一只引脚的响应速度。位段和配置的速度的关系为：

• 配置为00，响应速度为2MHz
• 配置为01，响应速度为25MHz
• 配置为10，响应速度为50MHz
• 配置为11；响应速度为100MHz

GPIOx_OSPEEDR为响应速度设置寄存器，和GPIOx_OTYPER都是将某引脚设置为输出时才需要配置的寄存器。

5.配置上下拉电阻设置寄存器GPIOx_PUPDR

GPIOx_PUPDR用于IO引脚内部的上拉和下拉电阻。

当某个引脚的电路的驱动方式设置为推挽方式时，由于推挽方式既可输出0又可以输出1，所以不需要配置上下拉电阻，当某个引脚的电路驱动方式设置为开漏方式时，由于该方式只能直接输出0，要想输出1必须使能上拉电阻或者在该引脚外部增加一个上拉电阻。

6.配置输出数据寄存器GPIOx_ODR

前面四个寄存器都用于设置PF9的工作属性，作输出时输出的数据位在寄存器GPIOx_ODR中设置。

由于STM32F4的每一组引脚只有16个引脚，而ODR寄存器的一位控制一只引脚，所以ODR寄存器中只有16位有效。当ODR寄存器的某位置1时对应引脚输出高电平，置0时输出低电平，所以要想点亮LED0，则只需将PF组端口的输出数据寄存器ODR的第9位置0，让PF9输出低电平即可：

GPIOF_ODR &= ~(1<<9); //PF9引脚输出低电平
GPIOF_ODR |= (1<<9); //PF9引脚输出高电平

五、点灯

上述所用到的寄存器，具体可查看STM32F4xx中文参考手册。
点灯具体代码如下所示：

/* GPIOF 口相关寄存器的定义 */
#define GPIOF_MODER (*(volatile unsigned *)0x40021400) //端口 x 输入输出模式配置寄存器
#define GPIOF_ODR (*(volatile unsigned *)0x40021414) //端口输出数据寄存器
/* 时钟系统相关寄存器的定义 */
#define RCC_AHB1ENR (*(volatile unsigned *)0x40023830) //外设时钟使能寄存器
/* 主函数定义 */
int main(void)
{
	RCC_AHB1ENR |= (1<<5); //使能 PORTF 时钟
	GPIOF_MODER &= ~(3<<(9*2)); //将配置 PF9 引脚相关位 bit18,bit19 清 0
	GPIOF_MODER |= (1<<(9*2)); //将模式寄存器的 bit19、bit18 设置为 01
	GPIOF_ODR |= (1<<9); //LED0 灭
	while(1)
	{
		GPIOF_ODR &= ~(1<<9); //LED0 亮
	}
}