STM32F103标准库入门——新建工程、初识GPIO

自古逢秋悲寂寥，我言秋日胜春朝。
晴空一鹤排云上，便引诗情到碧霄。——刘禹锡《秋词二首·其一》

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一、新建工程

• 芯片型号： STM32F103C8T6 （SMT32最小系统开发版）
• 新建工程后需要添加一些必要文件：（将里面的文件全部复制，并粘贴到新建工程的Start文件中）
  
• stm32f10x.h ：就是 STM32 的外设寄存器描述文件，它的作用与51单片机的头文件 REGX52.H 一样，是用来描述 STM32 有哪些寄存器和它对应的地址的；
• 下面两个 system 文件主要是用来配置时钟的，STM32主频72MHz，就是system文件里的函数配置的：
  • system_stm32f10x.c：
  • system_stm32f10x.h：
• 将这三个文件也复制下来，并粘贴到Start文件中；
  
• STM32是内核和内核外围的设备组成的，而且内核的寄存器和外围设备的描述文件不是在一起的，因此我们还需要添加一个内核寄存器的描述文件;
• 两个 cm3（Cortex-M3） 文件就是内核的寄存器描，还带了一些内核的配置函数，将其全部复制下来到Start文件下；
  
• 必要文件就此准备完成了，回到keil软件，将刚才复制的文件添加到工程中去，
• 添加下面文件到工程中，最基本的文件，不需要我们进行修改的，是只读文件；
• 最后我们还需要在工程选项里添加上这个文件夹的头文件路径，不然软件是无法找到.h文件的；
  
• 打开工程文件夹：新建一个 User 文件夹，存放我们的 main 函数；

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二、点灯

1. 通过配置寄存器来点亮灯：

• 首先是RCC这个寄存器，来使能GPIOC的时钟，GPIO都是APB2的外设，所以在这个APB2 外设时钟使能寄存器 RCC_APB2ENR 里面配置；
  • IOPCEN：这一位就是使能GPIO的时钟，该位写1，就是打开GPIOC的时钟；
• 第二个寄存器，需要配置一下PC13口的模式，找到端口配置高寄存器GPIOx_CRH（这个x可以是A到E的任意一个字母），
  • CNF13和MODE13就是用来配置13号口的，
  • CNFy[1:0]：端口x配置位 （y=8……15）
    • 在输入模式（MODE[1:0] = 00）：
      • 00：模拟输入模式；
      • 01：浮空输入模式（复位后的状态）；
      • 10：上拉/下拉输入模式；
      • 11：保留；
    • 在输出模式（MODE[1:0] > 00）：
      • 00：通用推挽输出模式；
      • 01：通用开漏输出模式；
      • 10：复用功能推挽输出模式；
      • 11：复用功能开漏输出模式；
  • 端口输出数据寄存器（GPIOx_ODR） （x = A…E）
    • ODR13：这一位写1,13号口就是高电平，写0就是低电平；
      • 如果写 1 ： ODR 的值就是 0000 2000 ；

注：使用寄存器的操作方式，虽然代码简洁，但操作起来还是不够方便；

2. 为工程添加库函数

比较库函数和寄存器的操作方式有哪些区别：

• 库函数是把应用的寄存器编辑封装好，应用相应的函数名就可以实现相应的功能，不用再一个个的设置单片机的寄存器，初学者还是先用寄存器开始好，弄懂寄存器再使用函数编程；
• 二者没有本质区别，仅仅是封装层级不同。因为所有的库函数本质都是为了编程方便对寄存器读写调用的封装。而且二者在一定程度上可以混用(只要不造成冲突)。一般来说库函数开发要快很多，寄存器开发需要较高资源管理，开发难度很大，也容易出错，不过正确开发后因为少了一层调用，程序效率更高(但这点在大多数时候意义不大)。

• 在工程中新建一个文件夹 Library 用来存放库函数；
• misc 是内核的库函数，其他的就是内核外的外设库函数；
  
• 要想能够直接使用库函数，我们需要再添加一个文件;
  • conf（configuration） 文件是用来配置库函数头文件的包含关系的，其中里面还有一个用来检查的函数定义，这是所有库函数都需要的；
  • 两个 it（interrupt） 文件是用来存放中断函数的；
• 将这三个文件复制下来，粘贴到工程中的 User 文件中；
  
• 完成之后，我们将进行使用库函数做点灯的操作，库函数其实就是间接地配置寄存器;
  
• 库函数是间接地配置寄存器，因此与寄存器的步骤一样的:
  • 首先是使能时钟，库函数就有这样一个函数来开启时钟，叫做 RCC_APB2PeriphClockCmd（） （RCC_APB2外设时钟控制）;
    • 其中有两个参数，第一个是选择外设；第二个是选择新的状态；
    • 这个函数是用来使能或者失能APB2的外设时钟；
    • 第一个参数 可以是这些值：（可以复制以下参数直接使用） RCC_APB2Periph_AFIO, RCC_APB2Periph_GPIOA, RCC_APB2Periph_GPIOB, RCC_APB2Periph_GPIOC, RCC_APB2Periph_GPIOD, RCC_APB2Periph_GPIOE,RCC_APB2Periph_GPIOF, RCC_APB2Periph_GPIOG, RCC_APB2Periph_ADC1,RCC_APB2Periph_ADC2, RCC_APB2Periph_TIM1, RCC_APB2Periph_SPI1,RCC_APB2Periph_TIM8, RCC_APB2Periph_USART1, RCC_APB2Periph_ADC3,RCC_APB2Periph_TIM15, RCC_APB2Periph_TIM16, RCC_APB2Periph_TIM17,RCC_APB2Periph_TIM9, RCC_APB2Periph_TIM10, RCC_APB2Periph_TIM11
    • 第二个参数 ： NewState 的值可以是 ENABLE 或者 DISABLE ；（同样可以复制使用）
  • 第二步：配置端口模式，需要使用 GPIO_Init() 这个函数；
    • 其中有两个参数：第一个是选择那个GPIO，第二个参数是一个指向结构体的指针；
      • 第一个参数： GPIOx，其中 x 可以是 A到G ，来选择需要配置哪个GPIO，选择的是PC13口的LED，所以第一个参数就写GPIOC；
      • 第二个参数： 是一个 GPIO_InitTypeDef 的结构体，需要先定义一个结构体，需要先写上结构体的类型，然后给结构体取个名字，名字最好叫 GPIO_InitStruct ，然后填上结构体的每个参数；
      • 复制结构体的名字，然后用点来引出结构体的参数：
        - 这个结构体有三个参数，分别是：
        • GPIO 模式（GPIO_Mode） ：可以看到这个结构体是个枚举的类型，GPIO_Mode就是其中的一个值，选择Out_PP这一项，意思就是通用推挽输出；
        • GPIO端口（GPIO_Pin）：这个参数是在GPIO_pins_define中定义的，采用注中的方式，可以看到一个宏定义的列表，选择GPIO_Pin_13，然后复制到第二个位置；
        • GPIO速度（GPIO_Speed）：也是如上操作，跳到定义，然后注操作，选中50MHz的速度，然后赋值过去；

        - 注：在注释里的东西，无法使用右键进行跳转，可以进行选中这个字符，然后按下Ctrl+F，搜索这个字符的位置 ，点击Find Next，可以看到这个结构体是个枚举的类型，GPIO_Mode就是其中的一个值，选择Out_PP这一项，意思就是通用推挽输出 ; **
      

      • GPIO_Init（）这个函数的第二个参数是一个指向结构体的指针，因此我们需要传递结构体的地址，复制结构体的名字，粘贴到函数的第二个参数的位置，然后在前面加上一个取地址符（&）；
    • 这样就完成了GPIO模式的配置；
  • 配置的操作方式虽然看上去比较难，但是STM32的这种方式都是固定的；
    • 最后一步：来设置端口的高低电平进行点灯，
      • 函数GPIO_SetBits（）：该函数可以把指定端口设置为高电平；
        • 第一个参数：GPIOC；
        • 第二个参数：GPIO_Pin_13；（即可将PC13号口置为高电平）
        • 高电平熄灭；
      • 函数GPIO_ResetBits（）：该函数可以将指定端口设置为低电平；
        • 第一个参数：GPIOC；
        • 第二个参数：GPIO_Pin_13；（即可将PC13号口置为低电平）
        • 低电平点亮；

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三、强调点

1、首先是新建工程里的启动文件选择，启动文件有很多类型，至于选择哪一个，我们需要根据芯片的型号来选择；

• STM32F1 系列中的型号分类：
• 根据 Flash 的大小：
  • 小容量产品，Flash为16~32K，简写为LD（Low Density）；
  • 中容量产品，Flash为64~128K，简写为MD（Medium Density）；
  • 大容量产品，Flash为256~512K，简写为HD（High Denisty）；

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四、GPIO

GPIO（General Purpose Input Output） ：通用输入输出口，可配置为8种输入模式；

• 引脚电平： 0V~3.3V，部分引脚可容忍5V；
• 输出模式 下可控制端口输出高低电平，用以驱动LED、控制蜂鸣器、模拟通信协议输出时序等；
• 输入模式 下可读取端口的高低电平或电压，用于读取按键输入。外接模块电平信号输入、ADC电压采集、模拟通信协议接收数据等；
  • 输入模式最常用的就是读取按键，用来捕获按键按下的事件；另外也可以读取带有数字输出的一些模块；比如光敏电阻模块、热敏电阻模块等；
  • 如果这个模块输出的是模拟量，那 GPIO 还可以配置成模拟输入的模式，再配合内部的ADC外设，就能直接读取端口的模拟电压了；

4.1 GPIO基本结构

4.1 GPIO 位结构

• 第三种操作方式：就是读写STM32中的“位带”区域，这个位带的作用：和51单片机的位寻址作用差不多，在STM32中，专门分配的有一段地址区域，这段地址区域映射了RAM（随机存取存储器）和外设寄存器所有的位，读写这段地址中的数据，就相当于读写映射位置的某一位；
• 但我们主要是使用库函数来操作的，库函数使用的就是读写位设置和位清除寄存器的方法；

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GPIO 模式

• 通过配置 GPIO 的端口配置寄存器，端口可以配置成以下 8种模式 ；
  
• 这三个模式的电路结构基本是一样的，区别就是：上拉电阻和下拉电阻的连接；
• 它们都属于 数字的输入口，特征就是：都可以读取端口的高低电平；
  • 因为在浮空输入在引脚悬空时，电平是不确定的，所以在使用浮空输入时，端口一定要接上一个连续的驱动源，不能出现悬空的状态；

模拟输入

模拟输入是ADC模数转换器的专属配置了，模拟输入的结构：

注：在GPIO的这8种模式中，除了模拟输入这个模式会关闭数字的输入功能，在其他的7个模式中，所有的输入都是有效的。

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六、操作STM32的GPIO的三个步骤

• 使用RCC开启GPIO时钟；
• 使用GPIO_Init（）函数初始化GPIO；
• 使用输出或者输入的函数控制GPIO口；

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七、RCC的库函数

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八、GPIO的库函数

• GPIO_MODE

• GPIO_PIN

• GPIO_Speed

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1、推挽模式输出下，高低电平都是有驱动能力的；

2、开漏输出模式下，高电平相当于高阻态，是没有驱动能力的，低电平有驱动能力；

3、一般输出使用推挽输出，在特殊情况下选择开漏输出；

4、除了这个 GPIO_Pin 可以用按位或的操作方式外，这个时钟控制得这一项，也是可以用 按位或(|) 的操作方式来选择多个外设的；

谢谢阅读！！！