[STM32入门篇] 第七课 使用寄存器点亮LED 课后作业

GCT

《使用寄存机点亮LED》 课后作业

    在入门篇 第七节课最后，火老师留了两道题，如图

   

题目

    1.点亮其他两个LED灯。（绿灯已经在课上演示过了，要实现红、蓝灯点亮）

    2.写一个简单的延时函数，让灯闪烁。

    遇到的问题用红色字体和下划线标出了。

第一题

    依葫芦画瓢，先看LED原理图。

   

LED原理图

    LED使用的GPIOB（General Purpose Input/Output）端口，其中红灯在PB5端口、绿灯在PB0端口、蓝灯在PB1端口。

    要想让一个外设运行，先要让它的心脏——时钟使能，然后再使能端口。

    先打开ST官方的参考手册，找到存储器映像(Memory Map)（英文版p51 中文版p28）

   

存储器映像

   

    可以看到RCC的基地址为0x40021018，GPIO端口B的基地址为0x40010C00，GPIOB使用APB2总线。

    找到APB2外设时钟使能寄存器RCC_APB2ENR（英文版p70 中文版p112）

   

    偏移地址为 0x18，和基地址相加可以算出 RCC_APB2ENR 的物理地址为 0x40021018。

    还可以得到一个信息，初始值所有位为0（Reset value）。

    接着往下看

   

    可知GPIOB的时钟用第三位控制，置1使能。

    置1使用 |= 按位或运算而不是直接赋值，为了不改变原有的位。

    下面演示一下计算过程：（涉及到低四位，高位全部是零，为了方便看就省略了）

    (1<<3) = 1000

    0000 | 1000 = 1000

    第3位成功置1

    代码实现：

1. *(unsigned int*)0x40021018 |=(1<<3);

复制代码

     

      然后要配置GPIO的输出模式和速度。
      找到端口配置低寄存器GPIOx_CRL（端口配置低寄存器负责控制GPIOx的0-7端口，高位寄存器负责控制GPIOx的8-15端口）
      （英文版p171 中文版p113）

      这里中文版和英文版写的不一样，中文版是x=A..E，英文版x=A..G,英文版多了GPIOF、GPIOG。103VE似乎只有GPIOA-GPIOE
      

      偏移量0x00，GPIOx_CRL基地址就是物理地址0x40010C00。



      值得提一下这里的初始值0x4444 4444，先要说明这里的32位是怎么组成的。
      寄存器可控制0-7共八个端口，每个端口用四位控制。高两位是CNFy，确定输入/输出模式（推挽/开漏）；低两位是MODE，用于确定输入还是输出，还有输出速度。
      初始值把每一个端口初始化为4，也就是0100，这个在下图中也有体现（reset state）。

      
      选择推挽输出模式（？课上说的是推挽输出，可是实际结果似乎是开漏输出？（补充：后来上课讲到需要先清零，这样就没有问题了）），输出速度10MHz即可
      红色LED在PB5，蓝色LED在PB1
      按需要将第20位或第4位 置1即可

      下面是计算过程，同样省略高位只写了低八位：
      蓝LED置1过程：（低八位）
      (1<<(4*1)) = 0001 0000 //4代表一个端口的四位，右边的1代表PB1

      0100 0100 | 0001 0000 = 0101 0100
      置位结果是开漏输出，速度10MHz？
      红LED置1过程同上

      代码实现：（color变量代表对应颜色的端口号，红=5，蓝=1，绿=0）

1. *(unsigned int*)0x40010C00 |=(1<<(4*Color));

复制代码

      
      最后是配置端口输出数据寄存器GPIOx_ODR（英文版p173 中文版p115）
      
      偏移量0x0C，加上基地址可得GPIOx_ODR物理地址0x40010C0C。


      初始值为0x0000 0000
      LED是置0点亮，置零&=~ 按位或 取反 运算。
      将LED蓝所在的1位置0，应该执行如下操作：（依然为了方便看，只写了低八位）
      1<<1 = 00000010 //右边的1代表PB1
      0000 0000 & ~(0000 0010) = 0000 0000 & 1111 1101 = 0000 0000

      实现代码：

1. *(unsigned int*)(0x40010C0C) &=~(1<<Color);

复制代码

      

      总结一下，寄存器点灯程序的三部分：时钟使能、配置输出模式、配置输出。
      将不同颜色的端口定义到了宏定义，整合得到如下完整代码：
     （一开始我写的时候只改了ODR寄存器，没改CRL....然后一直不亮....后来仔细又参考手册才发现CRL也需要修改...）

1. #include "stm32f10x.h"
   
2. 
   
3. #define Red 5
   
4. #define Green 0
   
5. #define Blue 1
   
6. 
   
7. int main(void)
   
8. {
   
9.         int Color=0;
   
10.         Color=Red;                                                    //根据需要改变Color的值Red/Blue/Green
    
11. 
    
12.         *(unsigned int*)0x40021018 |=(1<<3);            //控制RCC寄存器 打开GPIOB端口的时钟
    
13.         *(unsigned int*)0x40010C00 |=(1<<(4*Color));//控制CRL寄存器 配置IO口为输出
    
14.         *(unsigned int*)(0x40010C0C) &=~(1<<Color);//控制ODR寄存器
    
15. }
    
16. 
    
17. //函数体为空，目的是为了骗过编译器不报错
    
18. void SystemInit(void)
    
19. {}
    

复制代码

第二题
      

      说到延时先想到了用循环实现延时。但是转念一想程序运行代码都是很快的，以微秒计数的，可能达不到毫秒甚至秒级别的延时，精度也会极差，就没往下想。
      然后就想到了中断和延时，但是翻阅了好久的参考手册以及附带的其他资料，发现和GPIO寄存器操作不太一样，还需要多学习才能搞出来...
      于是求助了网络，找到一篇比较清晰的文章：https://blog.csdn.net/Firefly_cjd/article/details/106709259，最简单的方法居然真的是让程序循环来实现延时。

1. //微秒级的延时
   
2. void delay_us(int delay_us)
   
3. {   
   
4.      volatile unsigned int num;
   
5.      volatile unsigned int t;
   
6.   
   
7.      for (num = 0; num < delay_us; num++)
   
8.      {
   
9.          t = 11;
   
10.          while (t != 0)
    
11.          {
    
12.              t--;
    
13.          }
    
14.      }
    
15. }
    
16. 
    
17. //毫秒级的延时
    
18. void delay_ms(int delay_ms)
    
19. {   
    
20.      volatile unsigned int num;
    
21.      for (num = 0; num < delay_ms; num++)
    
22.      {
    
23.           delay_us(1000);
    
24.      }
    
25. }

复制代码

      实现原理是很简单的for循环体和while循环体，但是有一个细节需要注意：关键字volatile。这个关键字以前c语言编程的时候从来没有出现过。
      网上查了一下得到这样的解释：volatile属于C语言的关键字，《C Primer Plus》 是这样解释关键字的：关键字是C语言的词汇，由于编译器不具备真正的智能，所以你必须用编译器能理解的术语表示你的意图。开发者告诉编译器该变量是易变的，无非就是希望编译器去注意该变量的状态，时刻注意该变量是易变的，每次读取该变量的值都重新从内存中读取。
（来自：https://blog.csdn.net/weixin_38815998/article/details/102840096；这一篇也有很详细的解释：https://blog.csdn.net/hgsdfghdfsd/article/details/52129364）


      看完概念还是有点一知半解。经过测试，如果去掉关键字volatile，延时的时间会缩短很多，可能加了关键字volatile访问变量值的过程所耗费的时间会变长吧。
      使用这个延时函数，结合上面的点灯代码，我实现了一个颜色的灯闪烁操作 以及 两个颜色的灯延时切换的操作，代码如下：


      红灯闪烁：

1. #include "stm32f10x.h"
   
2. 
   
3. #define Red 5
   
4. #define Green 0
   
5. #define Blue 1
   
6. 
   
7. void delay_us(int delay_us);
   
8. void delay_ms(int delay_ms);
   
9. void init();
   
10. 
    
11. int main(void)
    
12. {
    
13.     int Color=0;
    
14. 
    
15.     *(unsigned int*)0x40021018 |=(1<<3);
    
16. 
    
17.     while(1)
    
18.     {
    
19.         Color=Red;
    
20.         *(unsigned int*)0x40010C00 |=(1<<(4*Color));
    
21.         *(unsigned int*)(0x40010C0C) &=~(1<<Color);
    
22.         delay_ms(50);
    
23.         init();
    
24.         delay_ms(50);
    
25.     }
    
26. }
    
27. 
    
28. //函数体为空，目的是为了骗过编译器不报错
    
29. void SystemInit(void)
    
30. {}
    
31. 
    
32. //微秒级的延时
    
33. void delay_us(int delay_us)
    
34. {
    
35.     volatile unsigned int num;
    
36.     volatile unsigned int t;
    
37. 
    
38.     for (num = 0; num < delay_us; num++)
    
39.     {
    
40.         t = 11;
    
41.         while (t != 0)
    
42.         {
    
43.             t--;
    
44.         }
    
45.     }
    
46. }
    
47. 
    
48. //毫秒级的延时
    
49. void delay_ms(int delay_ms)
    
50. {
    
51.     volatile unsigned int num;
    
52.     for (num = 0; num < delay_ms; num++)
    
53.     {
    
54.         delay_us(1000);
    
55.     }
    
56. }
    
57. 
    
58. void init()
    
59. {
    
60.     *(unsigned int*)0x40010C00 =0x44444444;
    
61.     *(unsigned int*)(0x40010C0C) =0x00000000;
    
62. }
    

复制代码

      红蓝交替：

1. #include "stm32f10x.h"
   
2. 
   
3. #define Red 5
   
4. #define Green 0
   
5. #define Blue 1
   
6. 
   
7. void delay_us(int delay_us);
   
8. void delay_ms(int delay_ms);
   
9. void init();
   
10. 
    
11. int main(void)
    
12. {
    
13.     int Color=0;
    
14. 
    
15.     *(unsigned int*)0x40021018 |=(1<<3);
    
16. 
    
17.     while(1)
    
18.     {
    
19.         Color=Red;
    
20.         *(unsigned int*)0x40010C00 |=(1<<(4*Color));
    
21.         *(unsigned int*)(0x40010C0C) &=~(1<<Color);
    
22.         delay_ms(50);
    
23.         init();
    
24. 
    
25.         Color=Blue;
    
26.         *(unsigned int*)0x40010C00 |=(1<<(4*Color));
    
27.         *(unsigned int*)(0x40010C0C) &=~(1<<Color);
    
28.         delay_ms(50);
    
29.         init();
    
30.     }
    
31. }
    
32. 
    
33. //函数体为空，目的是为了骗过编译器不报错
    
34. void SystemInit(void)
    
35. {}
    
36. 
    
37. //微秒级的延时
    
38. void delay_us(int delay_us)
    
39. {
    
40.     volatile unsigned int num;
    
41.     volatile unsigned int t;
    
42. 
    
43.     for (num = 0; num < delay_us; num++)
    
44.     {
    
45.         t = 11;
    
46.         while (t != 0)
    
47.         {
    
48.             t--;
    
49.         }
    
50.     }
    
51. }
    
52. 
    
53. //毫秒级的延时
    
54. void delay_ms(int delay_ms)
    
55. {
    
56.     volatile unsigned int num;
    
57.     for (num = 0; num < delay_ms; num++)
    
58.     {
    
59.         delay_us(1000);
    
60.     }
    
61. }
    
62. 
    
63. void init()
    
64. {
    
65.     *(unsigned int*)0x40010C00 =0x44444444;
    
66.     *(unsigned int*)(0x40010C0C) =0x00000000;
    
67. }
    

复制代码

      本人是初学者，可能在编写过程中会有一些错误，也有可能在学习中有一些理解错误。有什么不足还请大佬们指点~感谢~
      （顺便吐槽一下发帖的Markdown编辑器有bug啊...这个帖子写了三次...）

陆小小

你好，请问把红灯换成紫灯要怎么做啊

GCT

陆小小 发表于 2022-7-17 14:23
你好，请问把红灯换成紫灯要怎么做啊

目前我还没学到使用PWM方法
但是还是有办法变成紫灯的，红+蓝=紫 只要同时开启红蓝两个灯就可以实现。
也就是同时配置PB5 PB1

狂飙的蜗牛

用voliatile关键字修饰的这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值，而不是使用保存在寄存器里的备份，也就是说要从它的源地址处取址，是这个意思吗？

狂飙的蜗牛

我用了上述的延时函数，我测试了之后所需的延时时间确实有减少，运行时间长之后就会出现闪烁时间不均的现象。所以我查找资料用以下这个就好用很多。

1. // 延时函数
   
2. // 延时函数
   
3. void Delay(unsigned int count)
   
4. {
   
5.         unsigned int i;
   
6.         for(; count!=0; count--)
   
7.         {
   
8.                 i = 5000;
   
9.                 while(i--);
   
10.         }
    
11. }
    

复制代码

GCT

狂飙的蜗牛 发表于 2022-7-18 00:06
用voliatile关键字修饰的这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值，而不是使用保存在寄存器里的备 ...

是这个意思。
零死角那本书的110页也写到了

陆小小

GCT 发表于 2022-7-17 15:37
目前我还没学到使用PWM方法
但是还是有办法变成紫灯的，红+蓝=紫 只要同时开启红蓝两个灯就可以实现。
...

好的好的谢谢啦！

lrz

lrz

棒

hc2213123

真的强

嵌入随想

感谢

13245342637

  *(unsigned int*) 0x40021018 |= (1<<3);     //打开GPIOB端口的时钟
  *(unsigned int*) 0x40010C00 &= ~((0x0f)<<(4*0)); //将端口配置低寄存器IO口为低电平
  *(unsigned int*) 0x40010C00 |= (1<<(4*0));  //配置IO口为输出        （端口配置低寄存器默认输出高电平）
  *(unsigned int*) 0x40010c0c &=~(1<<0);      //控制ODR寄存器，将P0口设置为低电平  （点亮PB0小灯（绿））

        *(unsigned int*) 0x40021018 |=(1<<3);       //打开GPIOB端口的时钟
        *(unsigned int*) 0x40010C00 &= ~((0x0f)<<(4*1)); //将端口配置低寄存器IO口为低电平
        *(unsigned int*) 0x40010c00 |=(1<<(4*1));   //配置I口为输出（端口配置低寄存器默认输出高电平）
        *(unsigned int*) 0x40010c0c &=~(1<<1);     //控制ODR寄存器，将PB1设置为低电平  （点亮PB1小灯（蓝））
       
        *(unsigned int*) 0x40021018 |=(1<<3);      //打开GPIOB端口的时钟
        *(unsigned int*) 0x40010C00 &= ~((0x0f)<<(4*5)); //将端口配置低寄存器IO口为低电平
        *(unsigned int*) 0x40010c00 |=(1<<(4*5));   //配置IO口为输出（端口配置低寄存器默认输出高电平）
        *(unsigned int*) 0x40010c0c &=~(1<<5);     //控制ODR寄存器，将PB1设置为低电平  （点亮PB5小灯（红））

dyygxmy

其实根源几乎都是操作寄存器，不管用标准库还是HAL库，里面的函数实现还是用句柄结构体去操作对应的寄存器位。