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標(biāo)題: 使用HAL庫編寫的流水燈 STM32cubeMX配合KEIL編程 [打印本頁]

作者: 如雙 時間: 2020-8-4 16:42
標(biāo)題: 使用HAL庫編寫的流水燈 STM32cubeMX配合KEIL編程

實驗?zāi)康?/font> .2
實驗板原理圖.2
GPIO寄存器…2
GPIO控制函數(shù)…3
時鐘使能函數(shù)…9
流水燈實現(xiàn)程序…10
本人做實驗的嘗試、問題與思考….11
使用HAL庫編寫的流水燈（STM32cubeMX配合KEIL編程）……12

實驗?zāi)康?/font>

通過對GPIO口的設(shè)置使LED燈亮滅，初步認(rèn)識GPIO（通用輸入輸出寄存器）的性質(zhì)和相關(guān)控制函數(shù)。對時鐘使能有一定概念。

實驗板原理圖

1. 可以看到，板上放置在一起的共有五個LED燈，可以看到，燈五右接電阻、電源左接地，并不受引腳控制，即開啟開發(fā)板電源即自動點亮。

2. 燈1、2、3、4分與STM32引出的PD9、10、11、12相連。待會兒我們即控制該四個引腳輸出高低電平達(dá)到控制燈亮滅的目的。

GPIO寄存器

STM32F407系列有GPIOA-GPIOK共11個GPIO接口，每個接口又引出0-15共十六個引腳，引腳即可以單一外接某一器件，也可以多接（這時選擇讀入輸出信號的對象要使用復(fù)用功能選擇，本點燈過程不接觸）。
以下是我們要設(shè)置到的GPIO寄存器，關(guān)于GPIO所有寄存器的信息可以在官方提供的《STM32F4XX參考手冊》中找到。

GPIO端口模式寄存器（Mode Register）可控制各引腳使輸入、輸出、復(fù)用功能還是模擬模式，我們控制LED燈要使引腳處于輸出模式。
端口輸出類型寄存器（Output Type Register）可選擇開漏或推挽模式。在推挽模式下，輸出的高低電平與STM32對引腳的設(shè)置一致（與輸出數(shù)據(jù)寄存器中設(shè)置的狀態(tài)一致）；而在開漏模式下，高電平輸出為高阻態(tài)（可理解為非高或低電平或高低電平不確定不予響應(yīng)）。們控制LED燈要使引腳處于推挽模式。
上下拉寄存器（PullUpPullDown Register）,上拉時引腳高電平，下拉時引腳低電平，既不上拉也不下拉時為介于高低電平中的不定電壓值。
輸出速度寄存器（Output Speed Register），設(shè)置其輸出頻率。
輸入數(shù)據(jù)寄存器和輸出數(shù)據(jù)寄存器即設(shè)置為輸入模式時數(shù)據(jù)的存入處和設(shè)置為輸出模式時外部對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀入處。這兩個寄存器如圖都是低十六位有效的（高十六位保留），一一對應(yīng)每個GPIO的十六個引腳。
置位復(fù)位寄存器：我們修改輸出數(shù)據(jù)寄存器時不直接對其操作，而是通過置位復(fù)位寄存器對它進(jìn)行設(shè)置。

該寄存器低十六位相應(yīng)位置1使輸出數(shù)據(jù)寄存器對應(yīng)位為1，高十六位相應(yīng)位置1使對應(yīng)位為0。這高低十六位置0對輸出數(shù)據(jù)寄存器則無作用。

GPIO控制函數(shù)

在哪兒查看這些函數(shù)的相關(guān)信息？控制函數(shù)定義在哪兒？

STM官方提供了詳細(xì)介紹所有標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)的文檔（稱為固件庫），這個文檔是相關(guān)程序自動生成的（生成原理不必了解），里面詳細(xì)的提及了函數(shù)的定義、功能、對應(yīng)參數(shù)的可選范圍、宏定義以及他們的源代碼都在哪些文件中。
STM32F407的固件庫名為

《STM32F40x/41x/427/437/429/439/401/410/411xE/412xG/413xx/423xx/446/469/479 DSP and Standard Peripherals Library》

本次要使用的GPIO控制函數(shù)在文檔中的路徑為

Moudles->STM32F4xx_StdPeriph_Driver->GPIO->Functions

要使用的函數(shù)如下

可以看到函數(shù)被定義在stm32f4xx_gpio.c文件中。結(jié)構(gòu)體類型和相應(yīng)的宏分別被定義在stm32f4xx_gpio.h和stm32f4xx.h頭文件中。

重點在看看GPIO_Init函數(shù)中的一個參數(shù)GPIO_InitTypeDef的結(jié)構(gòu)體類型。包含了，GPIO_Mode、GPIO_Otype、GPIO_Pin、GPIO_PuPd、GPIO_Speed五個成員，對這五個成員可賦的實參已經(jīng)在途中列出，例如GPIO_Pin的十五個引腳的宏定義。

看過上面的函數(shù)定義和結(jié)構(gòu)體定義后，這三個函數(shù)的參數(shù)一目了然如上一般。

功能分別是對輸出數(shù)據(jù)寄存器相應(yīng)位置零、置一和反轉(zhuǎn)。即在初始化GPIO口后，用這三個函數(shù)控制燈的亮滅。

時鐘使能函數(shù)

以上的函數(shù)使完全能夠控制燈了，但實際控制燈之前還有一件事要做，就是使能時鐘。CPU是有工作時序的，可以理解為每一個操作都是單位時間的整數(shù)倍，設(shè)置好這個單位時間（對內(nèi)的CPU工作，對外每類接口、外設(shè)的

這個單位時間未必相同），即時鐘頻率的倒數(shù)，放能工作。

但目前我們還未正式學(xué)到時鐘的配置，所以只需要使能對應(yīng)外設(shè)口的時鐘，頻率由STM32自動設(shè)置。

現(xiàn)在來看一下這個時鐘使能函數(shù)

我們開啟GPIOD對應(yīng)的時鐘，另一個參數(shù)為ENABLE。
現(xiàn)在我們做好了所有的準(zhǔn)備工作，可以來跑流水燈了。

流水燈實現(xiàn)程序

（函數(shù)部分由兩個右括號沒有截圖下來，但不影響閱讀）

由于子函數(shù)只有兩個，所以就直接定義在main函數(shù)之上了。
子函數(shù)一個用于延時，一個用于點亮對應(yīng)燈，延時等待亮一會兒，然后關(guān)閉。
主函數(shù)無非分為三個步驟，使能時鐘、初始化需要用到的與燈相連的GPIO引腳和做完這些準(zhǔn)備工作后正式開始控制燈的亮滅。

本人做實驗的嘗試、問題與思考

在我第一次點燈的時候，突發(fā)奇想能否使用c語言中所學(xué)的隨機(jī)函數(shù)并聯(lián)合數(shù)組

設(shè)置電燈序列。由隨機(jī)函數(shù)設(shè)置一連串燈的亮滅控制�？煽刂频膮�(shù)分別由選擇的燈、燈是亮是滅、燈的顏色（當(dāng)時使用的是F429的板子外接的燈是彩燈）。

那么這樣，在每次RESET板子重啟程序的時候，燈光的閃爍將是隨機(jī)的，將構(gòu)成一

支“燈光舞蹈”，那可能很有趣。

我滿懷興趣的去做了，但最終沒有成功。根本原因是C語言中隨機(jī)數(shù)本質(zhì)上是偽隨機(jī)數(shù)，采用的是UNIX時鐘戳作為隨機(jī)種子生成隨機(jī)數(shù)，每個種子多次生成的結(jié)果是一樣的，但由于時鐘戳讀取的當(dāng)前時間（從1970年1月1日起的每一秒都是一個的時鐘戳，本質(zhì)上是一個浮點數(shù)）每秒都不一樣，所以也算是隨機(jī)數(shù)了。但STM32的標(biāo)準(zhǔn)庫中并不包括時間戳讀取函數(shù)，所以必然無法這樣做了。
那么為什么會不包含這個函數(shù)呢？

其實這個問題很無聊，沒有就是沒有嘛，用不到所以沒有。這個解釋實際上，真的沒毛病，相關(guān)的需要用到時間的操作通過系統(tǒng)時鐘的控制和定時器可以完成，這個似乎并沒有什么用處。另外我的一個看法是，本身芯片就只有1M甚至512KB的RAM,無用的函數(shù)越多，燒錄進(jìn)去時可用的空間越少。限于外部原因嵌入式編程代碼精簡是應(yīng)該的。

后來我退而求其次，選擇宏定義一個時間種子，手動修改，那么每個修改的數(shù)在程序中處理后也是一支不同的舞蹈了嘛。
你是否也有其他關(guān)于控制燈的想法呢？

HAL庫下的流水燈

什么是HAL庫？

HAL是Hardware Abstraction Layer的縮寫，中文名：硬件抽象層。HAL庫是ST為STM32最新推出的抽象層嵌入式軟件，可以更好的確�？鏢TM32產(chǎn)品的最大可移植性。該庫提供了一整套一致的中間件組件，如RTOS，USB，TCP / IP和圖形等。（關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)庫與HAL庫的對比請看文章https://blog.csdn.net/chenhaifeng2016/article/details/68939282）

如果用STM32cube來寫就會稍微簡單一些，而且在用標(biāo)準(zhǔn)庫寫例程時，我們僅僅使能了時鐘函數(shù)，并沒有配置相關(guān)的分、倍頻等系數(shù)，在STM32cubeMX中，我們簡單的來配置一下。

打開STM32CubeMX，創(chuàng)建一個新項目。
在搜索欄中找到我們的芯片STM32F407ZE系列，雙擊進(jìn)入配置
在芯片圖的右下角找到我們的PD9,PD10,PD11,PD12四個引腳，右鍵設(shè)置為輸出模式。
在左邊欄中找RCC設(shè)置，設(shè)置HSE為第三個選項，如圖4

進(jìn)入Clock Configuration，將時鐘相關(guān)選擇和系數(shù)因子設(shè)置如幾個圈中，大致介紹在圖中文字可見。
具體介紹要到后面學(xué)習(xí)RCC時鐘控制器方具體學(xué)習(xí)。
進(jìn)入Configuration選項的GPIO選項。設(shè)置PD9,10,11,12的狀態(tài)都為低電平，推挽，上拉，低速模式，則程序燒入后立即全部燈都亮起來。

如圖所示創(chuàng)建工程，最后點擊Open Project打開創(chuàng)建的工程，則軟件會自動用KEIL打開這個工程。

上面的main.c的程序是自動生成的同時并不是全部，我只截取了部分，可以看的出來，其中自動生成的注釋非常的多。內(nèi)容也比較多，主要關(guān)注下左邊紅點標(biāo)注了的語句。

主函數(shù)里就三個部分，第一部分是根據(jù)我們在STM32CubeMx中配置的時鐘關(guān)系來設(shè)置時鐘的SystemClock_Config();函數(shù)的使用。第二部分是根據(jù)我們在設(shè)置的引腳狀態(tài)來配置引腳的MX_GPIO_Init()的使用。第三個是一個while(1)的空循環(huán)。

這三條語句執(zhí)行后的結(jié)果就是所有燈亮然后保持著直到RESET（滅了然后重啟程序）或關(guān)閉電源。
我們再來看看定義在stm32f4xx_hal_gpio.c中的函數(shù)HAL_GPIO_WritePin（）和HAL_GPIO_TogglePin()。前者你去生成該工程后，可以在MX_GPIO_Init()函數(shù)中發(fā)現(xiàn)它被調(diào)用。這兩個函數(shù)是不是很眼熟，其功能與標(biāo)準(zhǔn)庫中的GPIO_SetBits()和GPIO_ToggleBits()相同，只不過HAL庫中生成的函數(shù)的取名帶有

明顯的HAL庫的特征（如MX_GPIO_Init和HAL_GPIO_WritePin）;

在用STM32CubeMX生成工程后，這些個相關(guān)的頭文件，c文件都被自動添加到了工程中，而要被用到函數(shù)，宏定義的都在這些個文件里。本人暫時沒有找到類似標(biāo)準(zhǔn)庫的固件庫的HAL固件庫文檔，所以暫時采用找相關(guān)文件直接看里面的宏定義、函數(shù)代碼的方式來了解程序。

流水燈需要添加的內(nèi)容有：
1.找到HAL庫下用來置位復(fù)位的函數(shù)，上圖的HAL_GPIO_WritePin和HAL_GPIO_TogglePin就剛剛好夠用。

做一個延時函數(shù)用于使燈亮一會兒后再滅之。（為了看的方便直接加在主函數(shù)下面且不截圖上面的聲明。）

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