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本章教程为大家介绍STM32F407的GPIO应用之跑马灯,跑马灯作为经典的测试例程,可以让大家对STM32F407应用有个简单的整体认识。
18.1 初学者重要提示
18.2 跑马灯硬件设计
18.3 跑马灯软件驱动设计
18.4 跑马灯板级支持包(bsp_led.c)
18.5 实验例程设计框架
18.6 跑马灯驱动移植和使用
18.7 实验例程说明(MDK)
18.8 实验例程说明(IAR)
18.9 总结
跑马灯的硬件设计如下:
通过这个硬件设计,有如下四点需要学习:
关于拉电流、灌电流和相关的电气特性,在第15章的15.4小节做了专门的讲解。对于STM32F407来说,使用拉电流和灌电流驱动LED都是可以的,因为拉电流和灌电流时,STM32F407单个引脚最大可可达25mA。
开发板这里是采用的灌电流方式。
这种采用的是灌电流方式,而流经LED的电流大小是多少呢? 这里需要先补充一个基础的知识点。
直插超亮发光二极管压降,主要有三种颜色,然而三种发光二极管的压降都不相同,具体压降参考值如下:
贴片LED压降:
实际测试开发板红色贴片LED的压降的确是1.8V左右,那么流过LED的电流就是
(3.3 – 1.8)/ 1K = 1.4mA
在不考虑二极管本身电阻的情况下,流过LED的电流就是1.4mA。
仔细查看开发板版上面所使用的贴片LED,会发现一端有绿点,有绿点的这端是负极,而另一端就是正级了。
跑马灯的软件驱动实现比较简单,主要是IO初始化,LED亮,LED灭,LED翻转。对应的驱动文件也是实现了这几个功能,没有特别的技巧,所以大家看源代码也比较省事。
LED驱动文件bsp_led.c主要实现了如下几个API:
下面将这几个API逐一进行说明。
函数原型:
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: bsp_InitLed
* 功能说明: 配置LED指示灯相关的GPIO, 该函数被 bsp_Init() 调用。
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_InitLed(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
/* 打开GPIO时钟 */
LED_GPIO_CLK_ALLENABLE();
/*
配置所有的LED指示灯GPIO为推挽输出模式
由于将GPIO设置为输出时,GPIO输出寄存器的值缺省是0,因此会驱动LED点亮.
这是我不希望的,因此在改变GPIO为输出前,先关闭LED指示灯
*/
bsp_LedOff(1);
bsp_LedOff(2);
bsp_LedOff(3);
bsp_LedOff(4);
/* 配置LED */
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; /* 设置推挽输出 */
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; /* 上下拉电阻不使能 */
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; /* GPIO速度等级 */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_LED1;
HAL_GPIO_Init(GPIO_PORT_LED1, &GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_LED2;
HAL_GPIO_Init(GPIO_PORT_LED2, &GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_LED3;
HAL_GPIO_Init(GPIO_PORT_LED3, &GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_LED4;
HAL_GPIO_Init(GPIO_PORT_LED4, &GPIO_InitStruct);
}
函数描述:
此函数主要用于LED初始化。由于将GPIO设置为输出时,GPIO输出寄存器的值缺省是0,因此会驱动LED点亮,因此在改变GPIO为输出前,先关闭LED指示灯。
使用举例:
这里底层驱动初始化一般都是在bsp.c文件的函数bsp_Init里面调用。
函数原型:
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: bsp_LedOn
* 功能说明: 点亮指定的LED指示灯。
* 形 参: _no : 指示灯序号,范围 1 - 4
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_LedOn(uint8_t _no)
{
_no--;
if (_no == 0)
{
GPIO_PORT_LED1->BSRR = (uint32_t)GPIO_PIN_LED1 << 16U;
}
else if (_no == 1)
{
GPIO_PORT_LED2->BSRR = (uint32_t)GPIO_PIN_LED2 << 16U;
}
else if (_no == 2)
{
GPIO_PORT_LED3->BSRR = (uint32_t)GPIO_PIN_LED3 << 16U;
}
else if (_no == 3)
{
GPIO_PORT_LED3->BSRR = (uint32_t)GPIO_PIN_LED4 << 16U;
}
}
函数描述:
此函数主要用于点亮LED,使用BSRR寄存器实现,使用这个寄存器的好处是可以实现原子操作。
函数参数:
使用举例:
此函数的使用比较简单,需要调用的时候直接调用即可。另外使用前记得先调用函数bsp_InitLed。
函数原型:
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: bsp_LedOff
* 功能说明: 熄灭指定的LED指示灯。
* 形 参: _no : 指示灯序号,范围 1 - 4
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_LedOff(uint8_t _no)
{
_no--;
if (_no == 0)
{
GPIO_PORT_LED1->BSRR = GPIO_PIN_LED1;
}
else if (_no == 1)
{
GPIO_PORT_LED2->BSRR = GPIO_PIN_LED2;
}
else if (_no == 2)
{
GPIO_PORT_LED3->BSRR = GPIO_PIN_LED3;
}
else if (_no == 3)
{
GPIO_PORT_LED4->BSRR = GPIO_PIN_LED4;
}
}
函数描述:
此函数主要用于熄灭LED,使用BSRR寄存器实现,使用这个寄存器的好处是可以实现原子操作。
函数参数:
使用举例:
此函数的使用比较简单,需要调用的时候直接调用即可。另外使用前记得先调用函数bsp_InitLed。
函数原型:
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: bsp_LedToggle
* 功能说明: 翻转指定的LED指示灯。
* 形 参: _no : 指示灯序号,范围 1 - 4
* 返 回 值: 按键代码
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_LedToggle(uint8_t _no)
{
if (_no == 1)
{
GPIO_PORT_LED1->ODR ^= GPIO_PIN_LED1;
}
else if (_no == 2)
{
GPIO_PORT_LED2->ODR ^= GPIO_PIN_LED2;
}
else if (_no == 3)
{
GPIO_PORT_LED3->ODR ^= GPIO_PIN_LED3;
}
else if (_no == 4)
{
GPIO_PORT_LED4->ODR ^= GPIO_PIN_LED4;
}
}
函数描述:
此函数主要用于翻转LED,通过GPIO的ODR寄存器进行设置。
函数参数:
使用举例:
此函数的使用比较简单,需要调用的时候直接调用即可。另外使用前记得先调用函数bsp_InitLed。
函数原型:
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: bsp_IsLedOn
* 功能说明: 判断LED指示灯是否已经点亮。
* 形 参: _no : 指示灯序号,范围 1 - 4
* 返 回 值: 1表示已经点亮,0表示未点亮
*********************************************************************************************************
*/
uint8_t bsp_IsLedOn(uint8_t _no)
{
if (_no == 1)
{
if ((GPIO_PORT_LED1->ODR & GPIO_PIN_LED1) == 1)
{
return 1;
}
return 0;
}
else if (_no == 2)
{
if ((GPIO_PORT_LED2->ODR & GPIO_PIN_LED2) == 1)
{
return 1;
}
return 0;
}
else if (_no == 3)
{
if ((GPIO_PORT_LED3->ODR & GPIO_PIN_LED3) == 1)
{
return 1;
}
return 0;
}
else if (_no == 4)
{
if ((GPIO_PORT_LED4->ODR & GPIO_PIN_LED4) == 1)
{
return 1;
}
return 0;
}
return 0;
}
函数描述:
此函数主要用于获取LED亮灭状态。
函数参数:
使用举例:
此函数的使用比较简单,需要调用的时候直接调用即可。另外使用前记得先调用函数bsp_InitLed。
跑马灯控制比较简单:
通过程序设计框架,让大家先对配套例程有一个全面的认识,然后再理解细节,本次实验例程的设计框架如下:
第1阶段,上电启动阶段:
第2阶段,进入main函数:
配套例子:
V5-002_跑马灯
实验目的:
实验内容:
上电后串口打印的信息:
波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1
程序设计:
系统栈大小分配:
硬件外设初始化
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: bsp_Init
* 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
* 形 参:无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
/*
STM32H429 HAL 库初始化,此时系统用的还是F407自带的16MHz,HSI时钟:
- 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
- 设置NVIV优先级分组为4。
*/
HAL_Init();
/*
配置系统时钟到168MHz
- 切换使用HSE。
- 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
*/
SystemClock_Config();
/*
Event Recorder:
- 可用于代码执行时间测量,MDK5.25及其以上版本才支持,IAR不支持。
- 默认不开启,如果要使能此选项,务必看V5开发板用户手册第8章
*/
#if Enable_EventRecorder == 1
/* 初始化EventRecorder并开启 */
EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
EventRecorderStart();
#endif
bsp_InitKey(); /* 按键初始化,要放在滴答定时器之前,因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定时器 */
bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */
bsp_InitLed(); /* 初始化LED */
}
主功能:
主功能的实现主要分为两部分:
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: main
* 功能说明: c程序入口
* 形 参: 无
* 返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
bsp_Init(); /* 硬件初始化 */
PrintfLogo(); /* 打印例程名称和版本等信息 */
PrintfHelp(); /* 打印操作提示 */
/* 先做个LED1的亮灭显示 */
bsp_LedOn(1);
bsp_DelayMS(100);
bsp_LedOff(1);
bsp_DelayMS(100);
bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
bsp_StartAutoTimer(1, 500); /* 启动1个500ms的自动重装的定时器 */
/* 进入主程序循环体 */
while (1)
{
bsp_Idle(); /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */
/* 判断定时器超时时间 */
if (bsp_CheckTimer(0))
{
/* 每隔100ms 进来一次 */
bsp_LedToggle(1);
}
/* 判断定时器超时时间 */
if (bsp_CheckTimer(1))
{
/* 每隔500ms 进来一次 */
bsp_LedToggle(2);
bsp_LedToggle(3);
bsp_LedToggle(4);
}
}
}
配套例子:
V5-002_跑马灯
实验目的:
实验内容:
上电后串口打印的信息:
波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1
程序设计:
系统栈大小分配:
硬件外设初始化
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: bsp_Init
* 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
* 形 参:无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
/*
STM32H429 HAL 库初始化,此时系统用的还是F407自带的16MHz,HSI时钟:
- 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
- 设置NVIV优先级分组为4。
*/
HAL_Init();
/*
配置系统时钟到168MHz
- 切换使用HSE。
- 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
*/
SystemClock_Config();
/*
Event Recorder:
- 可用于代码执行时间测量,MDK5.25及其以上版本才支持,IAR不支持。
- 默认不开启,如果要使能此选项,务必看V5开发板用户手册第8章
*/
#if Enable_EventRecorder == 1
/* 初始化EventRecorder并开启 */
EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
EventRecorderStart();
#endif
bsp_InitKey(); /* 按键初始化,要放在滴答定时器之前,因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定时器 */
bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */
bsp_InitLed(); /* 初始化LED */
}
主功能:
主功能的实现主要分为两部分:
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: main
* 功能说明: c程序入口
* 形 参: 无
* 返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
bsp_Init(); /* 硬件初始化 */
PrintfLogo(); /* 打印例程名称和版本等信息 */
PrintfHelp(); /* 打印操作提示 */
/* 先做个LED1的亮灭显示 */
bsp_LedOn(1);
bsp_DelayMS(100);
bsp_LedOff(1);
bsp_DelayMS(100);
bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
bsp_StartAutoTimer(1, 500); /* 启动1个500ms的自动重装的定时器 */
/* 进入主程序循环体 */
while (1)
{
bsp_Idle(); /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */
/* 判断定时器超时时间 */
if (bsp_CheckTimer(0))
{
/* 每隔100ms 进来一次 */
bsp_LedToggle(1);
}
/* 判断定时器超时时间 */
if (bsp_CheckTimer(1))
{
/* 每隔500ms 进来一次 */
bsp_LedToggle(2);
bsp_LedToggle(3);
bsp_LedToggle(4);
}
}
}
虽然是跑马灯的初级例程,但有必要掌握程序的基本设计框架,后面的例子都是建立在这个框架的基础上。建议初学者掌握好。