【正点原子STM32连载】第十章 跑马灯实验 摘自【正点原子】APM32E103最小系统板使用指南

1）实验平台：正点原子APM32E103最小系统板
2）平台购买地址：https://detail.tmall.com/item.htm?id=609294757420
3）全套实验源码+手册+视频下载地址： http://www.openedv.com/docs/boards/xiaoxitongban

第十章 跑马灯实验

跑马灯程序是嵌入式开发的一个经典程序，类似于学习C语言时，编写的“Hello World”程序。跑马灯本质上是控制单片机的GPIO输出高低电平，以此达到控制LED等亮灭状态的切换。通过本章的学习，读者将学习到GPIO输出模式的使用。
本章分为如下几个小节：
10.1 硬件设计
10.2 程序设计
10.3 下载验证

10.1 硬件设计
10.1.1 例程功能

1. LED0和LED1以500毫秒的频率交替闪烁，实现类似跑马灯的效果。
   10.1.2 硬件资源
2. LED
   LED0 - PB5
   LED1 - PE5
   10.1.3 原理图
   本章实验用的两个APM32E103最小系统板板载LED，分别为LED0（红色）和LED1（绿色），其与板载MCU的连接原理图，如下图所示：

10.1.3.1 LED与MCU的连接原理图
从上面原理图中可以看出，LED0和LED1的正极分别通过一个限流电阻连接到了电源正极，而负极分别与MCU的PB5引脚和PE5引脚相连接，因此只需通过控制PB5引脚或PE5引脚输出低电平，则能分别控制LED0和LED1点亮，反之，则熄灭。
10.2 程序设计
10.2.1 Geehy标准库的GPIO驱动
本章实验中要通过控制GPIO引脚输出高低电平来控制LED的亮灭状态，因此需要以下两个步骤：
①：配置GPIO引脚为推挽输出模式
②：设置GPIO引脚输出电平
在Geehy标准库中对应的驱动函数如下：
①：配置GPIO引脚
该函数用于配置GPIO引脚的功能和各项参数，其函数原型如下所示：
void GPIO_Config(GPIO_T* port, GPIO_Config_T* gpioConfig);
该函数的形参描述，如下表所示：
形参 描述
port 指向GPIO端口结构体的指针
例如：GPIOA、GPIOB等（在apm32e10x.h文件中有定义）
gpioConfig 指向GPIO初始化结构体的指针
需自行定义，并根据GPIO的配置参数填充结构体中的成员变量
表10.2.1.1 函数GPIO_Config()形参描述
该函数的返回值描述，如下表所示：
返回值 描述
无 无
表10.2.1.2 函数GPIO_Config()返回值描述
该函数使用GPIO_Config_T类型的结构体变量传入GPIO引脚的配置参数，该结构体的定义如下所示：

typedef enum
{
   GPIO_SPEED_10MHz = 1,
   GPIO_SPEED_2MHz,
   GPIO_SPEED_50MHz
}GPIO_SPEED_T;

typedef enum
{
    GPIO_MODE_ANALOG      = 0x0,  /* 模拟模式 */
    GPIO_MODE_IN_FLOATING = 0x04, /* 浮空输入模式 */
    GPIO_MODE_IN_PD       = 0x28, /* 下拉输入模式 */
    GPIO_MODE_IN_PU       = 0x48, /* 上拉输入模式 */
    GPIO_MODE_OUT_PP      = 0x80, /* 通用推挽输出 */
    GPIO_MODE_OUT_OD      = 0x84, /* 通用推挽输出 */
    GPIO_MODE_AF_PP       = 0x88, /* 复用推挽输出 */
    GPIO_MODE_AF_OD       = 0x8C, /* 复用开漏输出 */
}GPIO_MODE_T;

typedef enum
{
    GPIO_PIN_0   = ((uint16_t)BIT0),
    GPIO_PIN_1   = ((uint16_t)BIT1),
    GPIO_PIN_2   = ((uint16_t)BIT2),
    GPIO_PIN_3   = ((uint16_t)BIT3),
    GPIO_PIN_4   = ((uint16_t)BIT4),
    GPIO_PIN_5   = ((uint16_t)BIT5),
    GPIO_PIN_6   = ((uint16_t)BIT6),
    GPIO_PIN_7   = ((uint16_t)BIT7),
    GPIO_PIN_8   = ((uint16_t)BIT8),
    GPIO_PIN_9   = ((uint16_t)BIT9),
    GPIO_PIN_10  = ((uint16_t)BIT10),
    GPIO_PIN_11  = ((uint16_t)BIT11),
    GPIO_PIN_12  = ((uint16_t)BIT12),
    GPIO_PIN_13  = ((uint16_t)BIT13),
    GPIO_PIN_14  = ((uint16_t)BIT14),
    GPIO_PIN_15  = ((uint16_t)BIT15),
    GPIO_PIN_ALL = ((uint32_t)0XFFFF),
} GPIO_PIN_T;

typedef struct
{
   uint16_t         pin;   /* 指定要配置的GPIO引脚 */
   GPIO_SPEED_T     speed; /* 输出速度 */
   GPIO_MODE_T      mode;  /* 模式 */
}GPIO_Config_T;
该函数的使用示例，如下所示：
#include "apm32e10x.h"
#include "apm32e10x_gpio.h"

void example_fun(void)
{
    GPIO_Config_T gpio_init_struct;
    
    /* 配置PA0引脚为输出模式 */
    gpio_init_struct.pin	= GPIO_PIN_0;
    gpio_init_struct.mode	= GPIO_MODE_OUT;
    gpio_init_struct.speed	= GPIO_SPEED_50MHz;
    GPIO_Config(GPIOA, &gpio_init_struct);
}

②：设置GPIO引脚输出电平
该函数用于设置GPIO引脚输出指定电平（高电平或低电平），其函数原型如下所示：
void GPIO_WriteBitValue(GPIO_T* port, uint16_t pin, uint8_t bitVal);
该函数的形参描述，如下表所示：

表10.2.1.3 函数GPIO_WriteBitValue()形参描述
该函数的返回值描述，如下表所示：
返回值 描述
无 无
表10.2.1.4 函数GPIO_WriteBitValue()返回值描述
该函数的使用示例，如下所示：

#include "apm32e10x.h"
#include "apm32e10x_gpio.h"

void example_fun(void)
{
    /* 设置PA0引脚输出低电平 */
    GPIO_WriteBitValue(GPIOA, GPIO_PIN_0, BIT_RESET);
    /* 设置PA0引脚输出高电平 */
    GPIO_WriteBitValue(GPIOA, GPIO_PIN_0, BIT_SET);
}

③：翻转GPIO引脚输出电平（补充）
该函数用于翻转GPIO引脚的输出电平，其函数原型如下所示：

void GPIO_SetBit(GPIO_T* port, uint16_t pin);
void GPIO_ResetBit (GPIO_T* port, uint16_t pin);

该函数的形参描述，如下表所示：
形参 描述
port 指向GPIO端口结构体的指针
例如：GPIOA、GPIOB等（在apm32e10x.h文件中有定义）
pin 待设置的GPIO引脚号
例如：GPIO_PIN_0、GPIO_PIN_1等（在apm32e10x_gpio.h文件中有定义）
表10.2.1.5 GPIO_ToggleBit()形参描述
该函数的返回值描述，如下表所示：
返回值 描述
无 无
表10.2.1.6 GPIO_TogglePin()返回值描述
该函数的使用示例，如下所示：

#include "apm32e10x.h"
#include "apm32e10x_gpio.h"

void example_fun(void)
{
    /* 翻转PA0引脚输出电平 */
GPIO_SetBit (GPIOA, GPIO_PIN_0);
delay_ms(10);
GPIO_ResetBit (GPIOA, GPIO_PIN_0);
delay_ms(10);
}

10.2.2 LED驱动
LED驱动主要就是控制GPIO引脚输出高低电平，来控制LED亮起或熄灭。本章实验中，LED的驱动代码包括led.c和led.h两个文件（本书配套实验例程中，器件或外设的驱动代码基本都由一个C源文件和一个对应的头文件组成）。
根据原理图可知，应当将PB5引脚和PE5引脚配置为推挽输出模式，并在需要控制LED0（LED1）亮起的时候，设置PB5引脚（PE5引脚）输出低电平，在需要控制LED0（LED1）熄灭的时候，设置PB5引脚（PE5引脚）输出高电平。
LED驱动中，对引脚的定义，如下所示：

#define LED0_GPIO_PORT			GPIOB
#define LED0_GPIO_PIN			GPIO_PIN_5
#define LED0_GPIO_CLK_ENABLE()								\
    do {													\
    	RCM_EnableAPB2PeriphClock(RCM_APB2_PERIPH_GPIOB);	\
    } while (0)

#define LED1_GPIO_PORT			GPIOE
#define LED1_GPIO_PIN			GPIO_PIN_5
#define LED1_GPIO_CLK_ENABLE()								\
    do {													\
    	RCM_EnableAPB2PeriphClock(RCM_APB2_PERIPH_GPIOE);	\
    } while (0)

在后续的实验代码中，基本都会使用上述的宏定义的方式定义GPIO引脚的各种信息（GPIO端口、GPIO引脚号、GPIO端口时钟使能和GPIO复用功能等信息）。
LED驱动中，操作引脚的定义，如下所示：

#define LED0(x)											\
    do { x ?											\
    	GPIO_SetBit(LED0_GPIO_PORT, LED0_GPIO_PIN) :	\
    	GPIO_ResetBit(LED0_GPIO_PORT, LED0_GPIO_PIN);	\
    } while (0)

#define LED1(x)											\
    do { x ?											\
    	GPIO_SetBit(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN) :	\
    	GPIO_ResetBit(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN);	\
    } while (0)

#define LED0_TOGGLE()
    do{ GPIO_ReadOutputBit(LED0_GPIO_PORT,LED0_GPIO_PIN) ? \
       (GPIO_ResetBit(LED0_GPIO_PORT, LED0_GPIO_PIN)):     \
       (GPIO_SetBit(LED0_GPIO_PORT, LED0_GPIO_PIN));       \
    }while(0)

#define LED1_TOGGLE()
    do{ GPIO_ReadOutputBit(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN) ? \
       (GPIO_ResetBit(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN)):      \
       (GPIO_SetBit(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN));        \
    }while(0)

在后续实验代码中，基本都会使用上述的宏定义的方式定义GPIO引脚的操作（设置GPIO引脚输出高电平或低电平、翻转GPIO引脚输出电平和读取GPIO引脚输入电平等操作）。
LED驱动中，LED的初始化函数，如下所示：

/**
 * @brief	初始化LED
 * @param	无
 * @retval	无
 */
void led_init(void)
{
    GPIO_Config_T gpio_init_struct;
    
    LED0_GPIO_CLK_ENABLE();								/* LED0时钟使能 */
    LED1_GPIO_CLK_ENABLE();								/* LED1时钟使能 */
    
    gpio_init_struct.pin	= LED0_GPIO_PIN;			/* LED0引脚 */
    gpio_init_struct.mode	= GPIO_MODE_OUT_PP;			/* 推挽输出 */
    gpio_init_struct.speed	= GPIO_SPEED_50MHz;			/* 高速 */
    GPIO_Config(LED0_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);	/* 初始化LED0引脚 */
    
    gpio_init_struct.pin	= LED1_GPIO_PIN;			/* LED1引脚 */
    gpio_init_struct.mode	= GPIO_MODE_OUT_PP;			/* 推挽输出 */
    gpio_init_struct.speed	= GPIO_SPEED_50MHz;			/* 高速 */
    GPIO_Config(LED1_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);	/* 初始化LED1引脚 */
    
    LED0(1);											/* 关闭LED0 */
    LED1(1);											/* 关闭LED1 */
}

LED的初始化函数中，使能了LED0和LED1控制引脚的GPIO端口时钟，并将其配置为推挽输出模式，最后默认将LED的状态设置为熄灭状态。
10.2.3 实验应用代码
本实验的应用代码，如下所示：

int main(void)
{
    NVIC_ConfigPriorityGroup(NVIC_PRIORITY_GROUP_4); /* 设置中断优先级分组为组4 */
    sys_apm32_clock_init(15);                        /* 配置系统时钟 */
    delay_init(120);                                 /* 初始化延时功能 */
    usart_init(115200);                              /* 初始化串口 */
    led_init();                                      /* 初始化LED */
    
    while (1)
    {
    		LED0(0);		                          /* LED0亮 */
    		LED1(1);		                          /* LED1灭 */
    		delay_ms(500);	                          /* 延时500毫秒 */
    		LED0(1);		                          /* LED0灭 */
    		LED1(0);		                          /* LED1亮 */
    		delay_ms(500);	                          /* 延时500毫秒 */
    }
}

可以看到，在调用LED初始化之前，会先调用以下函数：
NVIC_ConfigPriorityGroup(NVIC_PRIORITY_GROUP_4); /* 设置中断优先级分组为组4 */

sys_apm32_clock_init(15);							   /* 配置系统时钟 */
delay_init(120);									   /* 初始化延时功能 */
usart_init(115200);									   /* 初始化串口 */

①：第一行代码用于设置中断优先级分组为组4，主要用于后续配置中断时使用，并且在后续应用代码运行时，强烈不建议再修改中断优先级分组设置，因此在一开始初始化时先设置好中断优先级分组。
②：第二行代码用于配置系统时钟，因为大部分实验例程都无需考虑低功耗应用，因此大部分实验例程配置系统时钟的参数都与本实验一致，将系统主频配置为120MHz。
③：第三行代码用于初始化延时功能，为后续的应用代码提供微秒级和毫秒级的延时的功能。
④：第四行代码用于初始化用于调试功能的USART1，为后续的应用代码提供printf等功能，方面通过串口调试助手查看程序运行情况。
⑤：以上四行代码都是执行一些必要的初始化，基本在后续的每一个实验例程中都会看见，后续不再赘述。
执行完必要的初始化后，紧接着初始化LED，然后在一个while循环中重复地控制板载LED0和LED1轮流亮起和熄灭，轮流时间为500毫秒，以此实现跑马灯的效果。
10.3 下载验证
在完成编译和烧录操作后，可以看到板子上的LED0和LED1轮流亮起和熄灭，轮流的时间大约为500毫秒，与预期的实验效果相符。