单片机--实战练习

目录

【1】GPIO

1.定义

2.应用 

     I  -   Input   -  输入采集

    O -   Output - 输出控制

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3.GPIO结构框图

4.功能描述

    输入功能

输出功能

5.相关寄存器

【2】点亮一盏LED灯

1.实验步骤

2.编程实现

3.编译下载

4.复位上电

练习：实现LED灯闪烁

练习：实现流水灯效果

练习：实现流水灯效果 （HAL库版）

【3】输入采集实验

实验：按键点灯实验

1.查看开发板

2.查看原理图

3.配置STM32CubeMX

 4.代码编写

练习：火焰感应器

1.查看开发板，找到火焰感应器 FLAME1

2.查看原理图

3.配置STM32CubeMX

4.代码编写

【4】HAL库函数分析

---

 问：  单片机上电后第一个执行的程序是？

   1、初始化堆栈指针SP=_initial_sp

           2、初始化PC 指针=Reset_Handler

           3、初始化中断向量表

           4、配置系统时钟SystemInit

           5、调用C 库函数_main 初始化用户堆栈，从而最终调用main 函数去到C 的世界

【1】GPIO

1.定义

  在嵌入式系统中，经常需要控制许多结构简单的外部设备或者电路，这些设备有的需要通过CPU控制，有的需要CPU读取其输入信号，因此在嵌入式微处理器上提供了一种“通用可编程I/O端口”，也就是GPIO（General-purpose input/output）  。

2.应用 

     I  -   Input   -  输入采集

     DO -  数字量输出口  0 or 1   有火/没火

    O -   Output - 输出控制

3.GPIO结构框图

补充：

      问：VDD、VSS、VCC分别表示什么意思？

           VCC ：接入电路的电压

           VDD :  元器件内部的工作电压

           VSS :  公共接地端电压

      问：施密特触发器的作用？

       由于外部输入的信号，可能会出现脉冲等噪声的影响，为了让信号更加清晰，所以就设置了TTL施密特触发器来进行整形。

 “施密特触发器可作为波形整形电路，能将模拟信号波形整形为数字电路能够处理的方波波形，而且由于施密特触发器具有滞回特性，所以可用于抗干扰，其应用包括在开回路配置中用于抗扰，以及在闭回路正回授/负回授配置中用于实现多谐振荡器。”

4.功能描述

    输入功能

           浮空输入

       通俗讲就是让管脚什么都不接，悬空着。

此时VDD和VSS所在路径的两个开关同时断开。因为没有上拉和下拉，所以当IO口没有接输入的时候，此时的电平状态会是一个不确定的值，完全由外部输入决定。

一般实际运用时，引脚不建议悬空，易受干扰。 

      优势：这一种输入模式的电平会完全取决于外部电路而与内部电路无关。

      缺点：在没有外部电路接入的时候，IO脚浮空会使得电平不确定

     应用：该模式是STM32复位之后的默认模式，一般用作对开关按键的读取或用于标准的通讯协议，比如IIC、USART的等。

         上拉输入

            IO端口  -   上拉电阻  -  施密特触发器 - 输入数据寄存器 - 读

 输入的电平不会因上下浮动而导致输入信号不稳定，当外部没有信号输入时，上拉电阻会将输入信号钳在高电平，此时引脚始终读到高电平信号。

          下拉输入

  IO端口  -   下拉电阻  -  施密特触发器 - 输入数据寄存器 - 读

输入的电平不会因上下浮动而导致输入信号不稳定，当外部没有信号输入时，下拉电阻会将输入信号钳在低电平，此时引脚始终读到低电平信号。

       模拟输入

      信号进入后不经过上拉电阻或者下拉电阻，关闭施密特触发器，经由另一线路把电压信号传送到片上外设模块。 所以可以理解为模拟输入的信号是未经处理的信号，是原汁原味的信号。

应用：当 GPIO 引脚用于 ADC 采集电压的输入通道时，则需要选择“模拟输入”功能，因为经过施密特触发器后信号只有 0、1 两种状态，所以 ADC 外设要采集到原始的模拟信号，信号源输入必须在施密特触发器之前。

输出功能

    开漏输出 

     输出寄存器上的’0’激活 N-MOS，而输出寄存器上的’1’将端口置于高阻状态 (P-MOS 从不被激活 )。 

无法真正输出高电平，即高电平时没有驱动能力，需要借助外部上拉电阻完成对外驱动。

可以利用改变上拉电源的电压来适应所需，进而提高外部电路的驱动能力。

  推挽输出 

     输出寄存器上的’0’激活 N-MOS，而输出寄存器上的’1’将激活 P-MOS，具备输出高低电平的能力。

    当上面的MOS管导通时，GPIO输出高电平1，称为“推

    当下面MOS管导通时，GPIO输出低电平0，称为“挽”

5.相关寄存器

4 个 32 位 配 置 寄 存 器 

     GPIOx_MODER 模式寄存器

 GPIOx_OTYPER  输出类型寄存器

 GPIOx_OSPEEDR  输出速度寄存器

   GPIOx_PUPDR 上拉下拉寄存器

   2 个 32 位数据寄存器 

    GPIOx_IDR  输入数据寄存器

    GPIOx_ODR 输出数据寄存器

1 个32 位置位 / 复位寄存器

     GPIOx_BSRR

 1 个 32 位锁定寄存器 

GPIOx_LCKR

 2 个 32 位替代功能寄存器 

 GPIOx_AFRH 

 GPIOx_AFRL

【2】点亮一盏LED灯

1.实验步骤

     1.查看开发板，找到LED灯

 2.查看原理图

分析得到结论：只需要讲PB1引脚配置成输出功能且输出低电平信号即可点亮蓝灯。

2.编程实现

    1）寄存器配置

 2）代码编写

RCC->IOPENR |= 1<<1; //使能GPIOB组时钟

      GPIOB->MODER  &=  ~(0X3 << 2);   //配置输出模式

      GPIOB->MODER  |=  1<<2;

      GPIOB->OTYPER &= ~(1<<1);     //推挽输出模式

       GPIOB->ODR &= ~(1<<1);    //输出低电平

3.编译下载

4.复位上电

练习：实现LED灯闪烁

先实现初始化函数、开关控制函数、延时函数：

 声明函数：

再while(1)死循环中，调用开关函数，并通过延时保持一段时间，即可看到闪烁效果。

练习：实现流水灯效果

实现初始化函数，将PB0/PB1/PB2分别初始化为推挽输出模式。

/* USER CODE BEGIN 4 */
void GPIO_Init()
{
	 RCC->IOPENR |= 1<<1; //使能GPIOB组时钟  1左移1位==将第二位置1
     //PB0
	 GPIOB->MODER |=1<<0;  //配置输出模式  将第0位置1
	 GPIOB->MODER &=~(1<<1);   //将第1位置0
	 GPIOB->OTYPER &= ~(1<<0); //推挽输出模型
	 //PB1
	 GPIOB->MODER |=1<<2;  //配置输出模式
	 GPIOB->MODER &=~(1<<3);
	 GPIOB->OTYPER &= ~(1<<1); //推挽输出模型
	 //PB2
	 GPIOB->MODER |=1<<4;  //配置输出模式
	 GPIOB->MODER &=~(1<<5);
	 GPIOB->OTYPER &= ~(1<<2); //推挽输出模型
}

实现三盏LED灯的亮灭函数：

//LED2 - PB1
void LED2_ON()
{
   GPIOB->ODR &= ~(1<<1);  //输出低电平 将第二位置0
}
void LED2_OFF()
{
   GPIOB->ODR |= 1<<1;  //输出高电平   将第二位置1
}
//LED3 - PB2
void LED3_ON()
{ 
	 GPIOB->ODR &= ~(1<<2); //输出低电平 将第三位置0
}
void LED3_OFF()
{
   GPIOB->ODR |= 1<<2;  //输出高电平  将第三位置1
}
//LED4 - PB0
void LED4_ON()
{
	 GPIOB->ODR &= ~(1<<0); //输出低电平 将第一位置0
}
void LED4_OFF()
{
   GPIOB->ODR |= 1<<0; //输出高电平 将第一位置1
}

实现延时函数：

main函数调用：

  /* USER CODE BEGIN 2 */
	GPIO_Init(); //初始化GPIO
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
		
		LED2_ON(); //点亮LED2
		LED3_OFF(); //熄灭LED3、LED4
		LED4_OFF(); 
		Delay();    //延时
		LED3_ON(); //点亮LED3
		LED2_OFF();//熄灭LED2、LED4
		LED4_OFF();
		Delay();   //延时
		LED4_ON();//点亮LED4
		LED2_OFF();//熄灭LED2、LED3
		LED3_OFF();
		Delay();
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */

实现效果：

练习：实现流水灯效果 （HAL库版）

打开STM32CubeMX新建工程配置引脚功能

引脚功能详细配置

生成代码

代码编写：

【3】输入采集实验

实验：按键点灯实验

1.查看开发板

      找到五向按键 丝印 - S1

2.查看原理图

  SN74HC32D: 四路或门电路

 //只要有一个方向键被按下，D3&KEY则输出高电平信号。

   //只要有方向键被按下，PA8引脚则会输入一个高电平信号。

  3.配置STM32CubeMX

 

 4.代码编写

 while (1)
  {
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_8))
		{
			HAL_Delay(100);//延时消抖
		  //读取数据
		  if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_8))
		  {
			  HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2);
				while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_8));//抬手监测
		  }
	   }	
  }
  

练习：火焰感应器

1.查看开发板，找到火焰感应器 FLAME1

2.查看原理图

 3.配置STM32CubeMX

  4.代码编写

 while (1)
  {
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_4))
		{
			HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_RESET);//监测到火焰黄灯亮起
		  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_SET);//绿灯熄灭
		}
    else
		{		
      HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_RESET);//监测不到火焰绿灯亮起
      HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_SET);	//黄灯熄灭		
		}			
  }

【4】HAL库函数分析

      HAL库是ST公司为STM32的MCU最新推出的抽象层嵌入式软件   

 

void HAL_GPIO_WritePin (GPIO_TypeDef * GPIOx, uint16_t  GPIO_Pin, 

                                                  GPIO_PinState PinState) 

    功能：设置或清除指定的端口位   （让指定引脚输出高低电平）  

    参数：GPIO_TypeDef * GPIOx   端口号

                uint16_t  GPIO_Pin         引脚号

                GPIO_PinState PinState 电平状态

                         GPIO_PIN_RESET    0    低电平

                         GPIO_PIN_SET         1    高电平

    返回值：无

    void HAL_Delay(uint32_t Delay)

     功能：实现毫秒级延时

     参数：延时时间（ms）

     返回值：无

   GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin (GPIO_TypeDef * GPIOx,  uint16_t GPIO_Pin) 

     功能：读取指定引脚的电平状态

     参数： GPIO_TypeDef * GPIOx  端口号

                   uint16_t GPIO_Pin          引脚号

     返回值：GPIO_PinState  电平状态

                   GPIO_PIN_RESET    0  

                   GPIO_PIN_SET         1 

   void HAL_GPIO_TogglePin (GPIO_TypeDef * GPIOx, uint16_t  GPIO_Pin) 

     功能：翻转指定引脚的电平状态

     参数： GPIO_TypeDef * GPIOx  端口号

                   uint16_t GPIO_Pin          引脚号

     返回值：无