標題: 飛控開發(fā)基礎(chǔ)-[1] STM32 GPIO（LED航情燈、信號燈控制） [打印本頁]
作者: 設(shè)計開發(fā)工程    時間: 2020-3-26 15:12
標題: 飛控開發(fā)基礎(chǔ)-[1] STM32 GPIO（LED航情燈、信號燈控制）


GPIO（LED航情燈、信號燈控制）一、LED1.1 LED簡介
LED（Light Emitting Diode）即為發(fā)光二極管的縮寫。LED是一種在生活中非常常見的照明發(fā)光器件。LED的在我們生活中形態(tài)種類非常的多，如下圖所示。
  

盡管LED在我們生活中形態(tài)非常地多，但這所有的LED在電路里均使用如下圖所示的符號來表示。


1.2 LED發(fā)光原理
LED最重要的一個發(fā)光結(jié)構(gòu)就是燈內(nèi)如綠豆大小般的燈珠。雖然它的體積很小，但它卻內(nèi)有乾坤，如下圖所示為LED內(nèi)部構(gòu)造。
這個結(jié)構(gòu)極其復雜，一共分為好幾層：最上層叫做P型半導體層、中間層為發(fā)光層、最下層叫做N型半導體層。
從物理學角度來理解：當電流通過晶片時，N型半導體內(nèi)的電子與P型半導體內(nèi)的空穴在發(fā)光層劇烈地碰撞復合產(chǎn)生光子，以光子的形式發(fā)出能量（即大家看見的光）。
二、GPIO2.1 GPIO簡介
GPIO(General-purpose input/output)，通用的輸入輸出的簡稱，單片機的引腳可以供使用者自由使用，可以配置為輸出，也可以配置為輸入。其中輸出又可以是輸出“高電平”或者“低電平”。在電子電路中“高電平”是電壓高的狀態(tài)，用邏輯來表示即為1，“低電平”是電壓低的狀態(tài)，用邏輯來表示即為0。
STM32F103系列是意法半導體基于ARM Cortex M3內(nèi)核的32位單片機，飛控上用的主核心是48腳的STM32F103CBT6，其引腳如下圖所示。

STM32F103CBT6的GPIO的功能較多，有A、B、C、D等四組GPIO，每組每個GPIO口都可以作為輸出輸出口使用之外， 還能作為復用引腳使用， 比如串口、I2C、SPI 等特殊接口的引腳。 但是需要注意的是每個引腳的復用功能是有限制的， 所以硬件連接時需要注意每個引腳有哪些復用功能， 這個可以在 STM32F103的數(shù)據(jù)手冊中查看。GPIO 口一共有 8 種模式，分別為：浮空輸入，上拉輸入，下拉輸入，模擬輸入，開漏輸出，推挽輸出，推挽式復用功能，開漏式復用功能，如下表所示。
STM32F103GPIO工作模式
GPIO的工作模式
輸入模式
輸出模式
最大輸出速度
（1）GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空輸入
（2）GPIO_Mode_IPU 上拉輸入
（3）GPIO_Mode_IPD 下拉輸入
（4）GPIO_Mode_AIN 模擬輸入
（1）GPIO_Mode_Out_OD 開漏輸出（帶上拉或者下拉）
（2）GPIO_Mode_AF_OD 復用開漏輸出（帶上拉或者下拉）
（3）GPIO_Mode_Out_PP 推挽輸出（帶上拉或者下拉）
（4）GPIO_Mode_AF_PP 復用推挽輸出（帶上拉或者下拉）
（1）10MHZ
（2）2MHZ
（3）50MHZ
這8種功能我們就不一一介紹了， 有興趣可以上網(wǎng)搜索了解一下，這里主要講解一下開漏輸出和推挽輸出的區(qū)別。
（1）開漏輸出：
        輸出端相當于三極管的集電極. 需要上拉電阻才能得到高電平， 利用外部上拉電阻的驅(qū)動能力，減少IC內(nèi)部的驅(qū)動，驅(qū)動能力強，適合于做電流型的驅(qū)動，可達到20mA。
（2）推挽輸出：
        可以輸出高，低電平,連接數(shù)字器件，是由兩個參數(shù)相同的三極管或 MOSFET以推挽方式連接，各負責正負半周的波形放大任務(wù)。電路工作時，兩只對稱的功率開關(guān)管每次只有一個導通，所以導通損耗小、效率高，既提高電路的負載能力，又提高開關(guān)速度。
總結(jié)一下：推挽輸出可以輸出強高低電平，連接數(shù)字器件；而開漏輸出只可以輸出低電平，高電平得靠外部電阻拉高。輸出端相當于三極管的集電極，要得到高電平狀態(tài)需要上拉電阻才行，適合于做電流型的驅(qū)動，其吸收電流的能力相對強（一般20ma以內(nèi)）。
2.2 GPIO相關(guān)寄存器
STM32F103的每個GPIO端口有：兩個32位配置寄存器(GPIOx_CRL和GPIOx_CRH)、兩個32位數(shù)據(jù)寄存器(GPIOx_IDR和GPIOx_ODR)、一個32位置位/復位寄存器(GPIOx_BSRR)、一個16位復位寄存器(GPIOx_BRR)、一個32位鎖定寄存器(GPIOx_LCKR)。
（1）GPIOx_CRL寄存器（x=A~G）


該寄存器用于配置IO0~7的輸入輸出模式以及速率設(shè)置。
（2）GPIOx_CRH寄存器（x=A~G）


該寄存器用于配置IO8~15的輸入輸出模式以及速率設(shè)置。
（3）GPIOx_IDR寄存器(x=A~G)


IDR是GPIO的輸入數(shù)據(jù)寄存器。通過IDR寄存器可以讀出IO的狀態(tài)。需要注意的是IDR寄存器只能以字（16位）的形式讀出。
（4）GPIOx_ODR寄存器(x=A~G)


ODR是GPIO的輸出數(shù)據(jù)寄存器。通過ODR寄存器可以輸出高低電平。
（5）GPIOx_BSRR寄存器(x=A~G)


BSRR是GPIO的端口位設(shè)置/清除寄存器。BSRR寄存器的高16位是清除IO位，低16位是置位IO位。需要注意的是BSRR只有在寫入1的時候，相應的功能才有作用，寫入0是無效的。
（6）GPIOx_BRR寄存器(x=A~G)


BRR是GPIO的端口位清除寄存器。BRR基礎(chǔ)只有在寫入1的時候，相應的功能才有作用，寫入0無效。
（7）GPIOx_LCKR寄存器(x=A~G)


LCKR是GPIO的端口配置鎖定寄存器。LCKR寄存器用來鎖定IO口的配置，設(shè)置后，除了復位后不能再配置IO的狀態(tài)。
2.3 GPIO實驗
本節(jié)實驗的內(nèi)容是周期性點亮無人機的航情燈以及信號燈，其中航情燈在四個螺旋槳底下，而信號燈則在開關(guān)兩側(cè)。
查看原理圖可以得知無人機的航情燈同一接在NPN三極管Q1上，而三極管的基極又接在了單片機的PA8上；兩個信號燈分別接在了PC13和PC14上。




編寫代碼的思路如下表所示
1
管腳配置
1、定義結(jié)構(gòu)體；
2、使能時鐘；
3、填充結(jié)構(gòu)體；
4、裝載結(jié)構(gòu)體。
2
邏輯處理
周期點亮LED
按照代碼思路，編寫代碼（通過調(diào)用官方庫） 如下圖所示：





完成配置后只需要周期點亮以及關(guān)閉LED即可。


其中延時如下圖所示。


保存、編譯、下載，如下圖所示，1為保存，2為編譯，3為下載。


下載代碼到飛控上，就可以看到飛控的LED指示燈以及四個螺旋槳下面的航情燈周期閃爍的現(xiàn)象了，如下圖所示。



2.飛控開發(fā)基礎(chǔ)-【1】GPIO.pdf (1.09 MB, 下載次數(shù): 18)




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