[STM32入门篇]第十四课 对于位带操作的理解 以及7色灯的实现

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入门第十四课《位带操作—GPIO输出和输入》 对于“位带操作”的理解 以及七色灯

    入门篇 第十四课题目：

   

    经过从寄存器操作到库函数开发的一系列转变，可以很清楚的认识到使用库函数变成的方便直观之处。

    在头文件中进行复杂宏定义以后，main函数中的操作可以简化到极致，可读性max

   

    例如LED_Green(OFF)，一个不懂程序的人也能明白这个函数作用是关绿色LED灯。

    stm32中可以使用BSR、BSRR寄存器，使用例如SetBits()、ResetBits()一类的函数，改变IDR、ODR相应的位的值。但是不能进行“位操作”，即单独对一个位读或写。

    据说51单片机中可以实现Px=1、Px=0这样的位操作，但是在stm32里是不合法的，这就需要进行位带操作了。

    对于“位带操作”，如果刚接触去看这么大段概念，是很抽象的。我也懵了好久，什么外设位带区、SRAM位带区，位带别名区，比特位膨胀......%￥*@...还是云里雾里的。

    直到看到某个网页的博主这样的解读以后，我才基本理解。

    一个很形象的比喻：可以把寄存器的每一位看成一户一户人家。“GPIOx”的“x”其实可以看成楼层。比如绿LED的PB0可以看做第B层的0室，按照现实中的门牌号就是2层1室201。

    201住着你的好朋友，你要给ta寄东西。但是在他们的社区规定，不能给具体的哪一家送东西，但是可以寄给居委会。那如果要邮寄，写的地址就不能是xxx的201，这样收不到。

    要新起一个名字，叫居委xxx，这样你的好朋友就能收到东西了。感觉上好像给了更高一级的单位，但是最终的目标还是每一户。

   

    在STM32中不允许对单一端口进行位操作，不允许PB0=1。给它另外起一个别名，把地址扩展成32位的字地址，再去位操作就可以了。这种对于单一端口进行的操作就是位带操作。

   

    位带地址转换别名地址的公式：

   

   

    根据参考手册可以算出IDR、ODR的起始地址。根据需要，GPIOA、GPIOC用于按键输入；GPIOB用于LED输出，所以定义三个函数PAin、PCin、PBout。

    公式中的 位带地址 替换为 寄存器的起始地址，位带序号 替换为 端口号。

    定义如下：

   

    在定义完这个三句后，就可以像51里的那样对一个一个位进行操作了。

    题外话：LED灯理论上可以显示255种颜色。如果不用PWM控制，似乎只能通过三原色的合成来实现7种颜色的显示。

   

    为了方便控制，可以把每一种颜色的情况都定义在宏定义

    方案一：在LED_TOGGLE后面加了个参数，参数是颜色名。

   

    如果要运用一种颜色的灯，则像这样调用：

   

    方案二：把每一种颜色都定义为单独的宏定义

   

    如要运用，可以直接使用宏定义的标识符。

    为方便后续移植，将位带序号也定义为宏。

   

    将三个LED端口进行宏定义并依次初始化

   

   

    初始化（输出引脚、推挽输出、速度50MHz）

   

    初始化以后要将那一位置1，不然灯会先亮。

    键盘的两个端口也同样宏定义并初始化

   

   

    初始化（输入端口、浮空输入模式）

   

    按键检测部分可以写到主函数里，在头文件里就不写了。

    在主函数写入一个while循环，让它一直检测按键。

   

    if的作用是判断按键是否按下，if条件中的while判断按键是否松开，如果松开就跳出循环。

    while下面就可以添加按键的功能了。

    如果想让左按键实现红灯的亮灭、右按键实现蓝灯的亮灭，就使用LED_XXX_TOGGLE。PA条件下写LED_RED_TOGGLE，PC条件下写LED_BLUE_TOGGLE。

    如果想让左按键实现紫灯的点亮、右按键实现青色（靛）灯的亮灭，就使用LED_XXX。PA条件下写LED_PURPLE，PC条件下写LED_CYAN。

    在这里已经可以实现七种颜色灯的点亮了。

    （在使用LED_XXX的情况下是不能关闭灯的，可以进行灯的切换而颜色不会叠加，关闭灯用LED_OFF）

    最终代码：

bsp_key.h

1. #ifndef __BSP_KEY_H
   
2. #define __BSP_KEY_H
   
3. 
   
4. #include "stm32f10x.h"
   
5. 
   
6. #define KEY_ON  1
   
7. #define KEY_OFF 0
   
8. 
   
9. #define KEY1_GPIO_PIN     GPIO_Pin_0
   
10. #define KEY1_GPIO_PORT    GPIOA
    
11. #define KEY1_GPIO_CLK     RCC_APB2Periph_GPIOA
    
12. 
    
13. #define KEY2_GPIO_PIN     GPIO_Pin_13
    
14. #define KEY2_GPIO_PORT    GPIOC
    
15. #define KEY2_GPIO_CLK     RCC_APB2Periph_GPIOC
    
16. 
    
17. void KEY_GPIO_Config(void);
    
18. 
    
19. #endif /*__BSP_KEY_H*/
    

复制代码

bsp_key.c

1. #include "bsp_key.h"
   
2. 
   
3. void KEY_GPIO_Config(void)
   
4. {
   
5.     GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStruct;
   
6.    
   
7.     RCC_APB2PeriphClockCmd(KEY1_GPIO_CLK, ENABLE);
   
8.    
   
9.     GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = KEY1_GPIO_PIN;
   
10.     GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    
11.    
    
12.     GPIO_Init(KEY1_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
    
13.    
    
14.     RCC_APB2PeriphClockCmd(KEY2_GPIO_CLK, ENABLE);
    
15.    
    
16.     GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = KEY2_GPIO_PIN;
    
17.     GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    
18.    
    
19.     GPIO_Init(KEY2_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
    
20. }
    

复制代码

bsp_led.h

1. #ifndef __BSP_LED_H
   
2. #define __BSP_LED_H
   
3. 
   
4. #include "stm32f10x.h"
   
5. 
   
6. #define LED_Red_GPIO_PIN       GPIO_Pin_5
   
7. #define LED_Red_GPIO_PORT      GPIOB
   
8. #define LED_Red_CLK            RCC_APB2Periph_GPIOB
   
9. 
   
10. #define LED_Green_GPIO_PIN     GPIO_Pin_0
    
11. #define LED_Green_GPIO_PORT    GPIOB
    
12. #define LED_Green_CLK          RCC_APB2Periph_GPIOB
    
13. 
    
14. #define LED_Blue_GPIO_PIN      GPIO_Pin_1
    
15. #define LED_Blue_GPIO_PORT     GPIOB
    
16. #define LED_Blue_CLK           RCC_APB2Periph_GPIOB
    
17. 
    
18. #define Red      5
    
19. #define Green    0
    
20. #define Blue     1
    
21. 
    
22. #define GPIOB_ODR_Addr    (GPIOB_BASE+0x0C)
    
23. #define PBout(n)          *(unsigned int*)((GPIOB_ODR_Addr & 0xF0000000)\
    
24.                             +0x2000000+((GPIOB_ODR_Addr & 0x00FFFFFF)<<5)+(n<<2))
    
25. 
    
26. #define GPIOA_IDR_Addr    (GPIOA_BASE+0x08)
    
27. #define PAin(n)           *(unsigned int*)((GPIOA_IDR_Addr & 0xF0000000)\
    
28.                             +0x2000000+((GPIOA_IDR_Addr & 0x00FFFFFF)<<5)+(n<<2))
    
29. 
    
30. #define GPIOC_IDR_Addr    (GPIOC_BASE+0x08)
    
31. #define PCin(n)           *(unsigned int*)((GPIOC_IDR_Addr & 0xF0000000)\
    
32.                             +0x2000000+((GPIOC_IDR_Addr & 0x00FFFFFF)<<5)+(n<<2))
    
33. 
    
34. 
    
35. #define LED_RED_TOGGLE       {LED_Red_GPIO_PORT->ODR ^=LED_Red_GPIO_PIN;}
    
36. #define LED_GREEN_TOGGLE     {LED_Green_GPIO_PORT->ODR ^=LED_Green_GPIO_PIN;}
    
37. #define LED_BLUE_TOGGLE      {LED_Blue_GPIO_PORT->ODR ^=LED_Blue_GPIO_PIN;}
    
38. #define LED_WHITE_TOGGLE     {LED_Red_GPIO_PORT->ODR ^=LED_Red_GPIO_PIN;\
    
39.                                                         LED_Green_GPIO_PORT->ODR ^=LED_Green_GPIO_PIN;\
    
40.                                                         LED_Blue_GPIO_PORT->ODR ^=LED_Blue_GPIO_PIN;}
    
41. #define LED_YELLOW_TOGGLE    {LED_Red_GPIO_PORT->ODR ^=LED_Red_GPIO_PIN;\
    
42.                                                         LED_Green_GPIO_PORT->ODR ^=LED_Green_GPIO_PIN;}
    
43. #define LED_PURPLE_TOGGLE    {LED_Red_GPIO_PORT->ODR ^=LED_Red_GPIO_PIN;\
    
44.                                                             LED_Blue_GPIO_PORT->ODR ^=LED_Blue_GPIO_PIN;}
    
45. #define LED_CYAN_TOGGLE      {LED_Green_GPIO_PORT->ODR ^=LED_Green_GPIO_PIN;\
    
46.                                                             LED_Blue_GPIO_PORT->ODR ^=LED_Blue_GPIO_PIN;}
    
47. 
    
48.                                                             
    
49. #define LED_RED       {PBout(Red)=0;PBout(Green)=1;PBout(Blue)=1;}
    
50. #define LED_GREEN     {PBout(Red)=1;PBout(Green)=0;PBout(Blue)=1;}
    
51. #define LED_BLUE      {PBout(Red)=1;PBout(Green)=1;PBout(Blue)=0;}
    
52. #define LED_WHITE     {PBout(Red)=0;PBout(Green)=0;PBout(Blue)=0;}
    
53. #define LED_YELLOW    {PBout(Red)=0;PBout(Green)=0;PBout(Blue)=1;}
    
54. #define LED_PURPLE    {PBout(Red)=0;PBout(Green)=1;PBout(Blue)=0;}
    
55. #define LED_CYAN      {PBout(Red)=1;PBout(Green)=0;PBout(Blue)=0;}
    
56. #define LED_OFF       {PBout(Red)=1;PBout(Green)=1;PBout(Blue)=1;}
    
57. 
    
58. void LED_GPIO_Config(void);
    
59. 
    
60. #endif /*__BSP_LED_H*/
    

复制代码

bsp_led.c

1. #include "bsp_led.h"
   
2. 
   
3. void LED_GPIO_Config(void)
   
4. {
   
5.     GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStruct;
   
6.    
   
7.     RCC_APB2PeriphClockCmd(LED_Red_CLK, ENABLE);
   
8.     GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = LED_Red_GPIO_PIN;
   
9.     GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
   
10.     GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
11.     GPIO_Init(LED_Red_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
    
12.     GPIO_SetBits(LED_Red_GPIO_PORT, LED_Red_GPIO_PIN);
    
13.    
    
14.     RCC_APB2PeriphClockCmd(LED_Green_CLK, ENABLE);
    
15.     GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = LED_Green_GPIO_PIN;
    
16.     GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    
17.     GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
18.     GPIO_Init(LED_Green_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
    
19.     GPIO_SetBits(LED_Green_GPIO_PORT, LED_Green_GPIO_PIN);
    
20.    
    
21.     RCC_APB2PeriphClockCmd(LED_Blue_CLK, ENABLE);
    
22.     GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = LED_Blue_GPIO_PIN;
    
23.     GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    
24.     GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
25.     GPIO_Init(LED_Blue_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
    
26.     GPIO_SetBits(LED_Blue_GPIO_PORT, LED_Blue_GPIO_PIN);
    
27. }
    

复制代码

main.c

1. #include "stm32f10x.h"   // 相当于51单片机中的  #include <reg51.h>
   
2. #include "bsp_led.h"
   
3. #include "bsp_key.h"
   
4. 
   
5. int main(void)
   
6. {
   
7.     // 来到这里的时候，系统的时钟已经被配置成72M。
   
8.     LED_GPIO_Config();
   
9.     KEY_GPIO_Config();
   
10.    
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         if(PAin(0) ==KEY_ON)
    
14.         {
    
15.             while(PAin(0) ==KEY_ON);
    
16.             //LED_PURPLE;
    
17.             //LED_RED_TOGGLE;
    
18.         }
    
19.         if(PCin(13) ==KEY_ON)
    
20.         {
    
21.             while(PCin(13) ==KEY_ON);
    
22.             //LED_CYAN;
    
23.             //LED_BLUE_TOGGLE;
    
24.         }
    
25.     }
    
26. }
    

复制代码

killalljp

STM32不像51有真正的位操作。

lrz

可以，理解透彻

GCT

lrz 发表于 2022-7-29 09:18
可以，理解透彻

感谢支持！

GCT

killalljp 发表于 2022-7-29 09:15
STM32不像51有真正的位操作。

确实，感觉STM32像是模拟的位操作