STM32学习GPIO之设计篇

大家好，我是张飞实战电子黄忠老师，今日分享GPIO结合寄存器以及硬件电路，再来举例子分析输入输出。

寄存器介绍：

通过寄存器的位标注rw,我们可知这个寄存器的某个位是可读（r）并且可写的(w)，我们也可以通过读寄存器里面的值得到引脚的配置信息，如果寄存器的位标注只有r或者w，那么就代表这个寄存器的这个位只能进行读(r)或者写(w)。

复位后IO口寄存器的值每一位可能不都是一样的，也就是说复位后IO口的状态、工作模式等不完全相同，一定要注意。

模式配置寄存器GPIOx_MODER，右上角用蓝色圆圈标识的地方告诉我们IO口的复位值，可以看到复位后对于A组IO口来说初始值0XA8000000,对于B组IO口初始值为0x00000280,其他组IO口都是0。该寄存器共 32 位，每 2个位控制 1个IO。

如图中左下角划蓝线的为第0位和第1位。通过往第0位写0，第1位写0配置成Input Mode（输入模式），通过往第0位写0，第1位写1配置成General purpose output Mode（普通输出模式），通过往第0位写1，第1位写0配置成Alternate function Mode（复用功能模式），通过往第0位写1，第1位写1配置成Analog Mode（模拟模式）。

例如我们要把这个寄存器第0位写1，其他都写0，表示如下：

GPIOA->MODER |= 0x00000001;

这就相当于把A组的PA0口配置成了普通输出模式，其他IO口配置成了输入模式。

GPIOx_OTYPER寄存器用于控制 IO 的输出类型，仅用于输出模式，在输入模式下不起作用。该寄存器低 16 位（第0位-第15位）有效，每一个位控制一个 IO 口，根据往不同的位写1(开漏输出)/写0（推挽输出）来配置成不同的输出模式。复位后，该寄存器值均为 0，即默认为推挽输出。

例如我们往A组IO口的第0位写1那就将PA0成开漏输出模式：

GPIOA->OTYPER |= 0x00000001;

GPIOx_OSPEEDR寄存器用于控制 IO的输出速度，仅用于输出模式，在输入模式下不起作用。该寄存器每 2 个位控制一个 IO 口，根据往不同的位写1/清0不同的位来配置成不同的模式。复位后对于A口来说初始值为0X0C000000,对于B口初始值0x000000C0,其他口都是0。

例如我们往A组IO口的第0位和第1位写1那就将PA0成高速输出模式：

GPIOA->OSPEEDR |= 0x00000003;

GPIOx_PUPDR寄存器用于控制 IO 的上拉/下拉，该寄存器每 2 个位控制一个 IO 口， 用于设置上下拉，根据往不同的位写1/清0不同的位来配置成不同的模式。复位后对于A口来说初始值为0X64000000,对于B口初始值0x00000100,其他口都0x0C000000。

例如我们往A组IO口的第0位写1那就将PA0下拉模式：

GPIOA->PUPDR |= 0x00000001;

GPIOx_ODR寄存器是IO口的输出数据寄存器，寄存器低 16 位（第0位-第15位）有效，寄存器每 1 个位控制一个 IO 口， 也就是这个里面位的状态代表了单片机输出的状态，根据往不同的位写1/清0不同的位来配置成不同的模式。复位后都是0。

例如我们往A组IO口的第0位写1那PA0就输出高：

GPIOA->0DR |= 0x00000001;

对于一些其他的寄存器大家可以去参考数据手册，按照上面讲述的方法去配置。

硬件设计：

图示LED灯部分我们用到了B组的2PIN（脚的简称）和4PIN, C组的15PIN, D组的8PIN, E组的8PIN和9PIN。

LED灯硬件的设计决定了LED灯的驱动方法，LED灯相当于一个发光二极管，如果单片机引脚输出高，则二极管的左边和右边电压相同，不亮，反之单片机输出低，右边电压大于左边电压通过单片机内部电路形成回路点亮二极管，那麽通过控制引脚输出的高低就控制了LED灯的亮灭。

软件设计:

下面就通过实际的寄存器来配置IO口模块，下面为LED寄存器配置代码：

void Init_GPIO(void)

{

//开启IO时钟

/**********************LED*****************************/

RCC->AHBENR |= (1<<18);  //I/O port C clock enabled

RCC->AHBENR |= (1<<19);  //I/O port D clock enabled

RCC->AHBENR |= (1<<20);  //I/O port B clock enabled

RCC->AHBENR |= (1<<17);  //I/O port A clock enabled

RCC->AHBENR |= (1<<21);  //I/O port E clock enabled

GPIOB->MODER = 0; //Reset register

    GPIOB->OSPEEDR = 0;//Reset register

GPIOB->PUPDR = 0;//Reset register

//GPIOB_Pin2  GPIOB_Pin4

GPIOB->MODER |= 0x00000110; //设置GPIOB_Pin2/Pin4输出模式

   GPIOB->OSPEEDR |= 0x00000330;//设置GPIOB_Pin2/Pin4输出速度

GPIOB->ODR |= 0x0014;    //设置GPIOB_Pin2/Pin4输出高电平

//GPIOE_Pin8 GPIOE_Pin9

GPIOE->MODER |= 0x00050000; //设置GPIOE_Pin8/Pin9输出模式

   GPIOE->OSPEEDR |= 0x000F0000; //设置GPIOE_Pin8/Pin9输出速度

GPIOE->ODR |= 0x0300; //设置GPIOE_Pin8/Pin9输出高电平

//GPIOD_Pin8

GPIOD->MODER |= 0x00010000; //设置GPIOD_Pin8输出模式

   GPIOD->OSPEEDR |= 0x00030000; //设置GPIOD_Pin8输出速度

GPIOD->ODR |= 0x0100; //设置GPIOD_Pin8输出高电平  

//GPIOC_Pin15

GPIOC->MODER |= 0x40000000; //设置GPIOC_Pin15输出模式

   GPIOC->OSPEEDR |= 0xC0000000; //设置GPIOC_Pin15输出速度

GPIOC->ODR |= 0x8000; //设置GPIOC_Pin15输出高电平

}

上面没有配置的寄存器我们使用默认值，通过改变输出数据寄存器（ODR）的值，控制某一个引脚输出高和低控制LED灯的状态。

例如：控制IO输出高电平：

GPIOD->ODR |= 0x0100;    //设置GPIOD_Pin8输出高电平

控制IO输出低电平：

GPIOD->ODR &= 0xFEFF;    //设置GPIOD_Pin8输出低电平

在这里我们仅配置IO口的推挽高速输出，不上拉，不下拉模式作为演示，大家也可以根据上面介绍的方法去配置调试其他模式，GPIO部分设计实现介绍就在此结束，若有不理解的欢迎交流~

啥？烧录器连不上STM32单片机了，别慌，自举模式来帮忙！

大家好，我是张飞实战黄忠老师，今天我们来分享STM32单片机的自举BOOT模式。

当你拿到项目的线路板，打开电脑，噼里啪啦一阵子，撸了一段代码出来，往单片机里面一下载，纳尼？突然发现烧录器掉线了，怎么整都连接不上了，这个时候整个人心情都不好了，别慌，恢复心情，你需要用到下面这个高端大气上档次的技术，首先说明一下我们本次文章参考芯片以SMT32F103C8T6来做说明，其他芯片同理，话不多说，我们开整。

首先我来简单阐述一下这种方法的原理，这种方法是利用了STM32单片机的“自举BOOT模式”，首先使单片机处于系统BOOT模式，也就是让单片机启动的时候从System memory启动，然后在PC机操作上位机软件通过串口发送控制命令擦除芯片中存储的程序。

1.首先我们要知道第一个信息，有的单片机有很多个串口，那到底是从哪一个串口来发送这个命令呢？我们从数据手册的“存储器和总线架构”章节（2.4启动配置小节）获取如下信息，可以得出可以使用USART1接口启动自举程序。具体要发送什么命令，可以参考AN2606手册，我已经通过这个手册提炼出指令信息，编写成一个上位机小工具。

2. 那么如何进入系统自举模式呢？从下图画红线处可以得出信息，想要进入系统自举模式，需配置BOOT0引脚为1（高电平），BOOT1引脚为0（低电平），然后复位单片机，那么在SYSCLK的第4个时钟上升沿会锁定BOOT引脚状态，并选择启动模式为系统存储器，即系统自举模式。

3. 接下来我们看看接线图，我画出了简单的示意图如下，各位看官，请结合下图看具体操作方法：

                            图3

1）.把USB转换工具按照图示方法连接（注意全过程不需要使用烧录器，且此步操作后目标板已经带电，如果目标板3.3V功耗很大，需要给目标板用外部电源供电）。

2）.在设备管理器中查看此转换工具对应的串口号（注意如果没有识别到串口，需要安       装驱动。）识别到的结果如下图4所示：

3）.设置BOOT0引脚为高电平，BOOT1引脚为低电平（如果有的MCU没有BOOT1引脚可以忽略），并复位单片机（可以通过单片机复位引脚来复位单片机），使单片机处于自举BOOT模式。

4）.在上位机小工具中选择对应的COM串口号，点击打开串口

5）.点击擦除按钮

6）.在小工具的中间窗口处会显示擦除成功

经过上面的6步擦除成功后，把目标板恢复至初始状态，即可继续正常使用了。（注意在连接不上之前，需先检查烧录器和MCU的接线是否接好）。

如果需要上述小工具的，可以在公众号中添加客服二维码，备注领取串口小工具，来索取。

图解边沿对齐，中心对齐PWM....

大家好，我是张飞实战电子黄忠老师，今天我们来讲解下图解边沿对齐，中心对齐PWM...

在说边沿对齐，中心对齐前，我们先来段铺垫，PWM又称脉冲宽度调制，我们通过调节脉冲的占空比，我们可以控制电压的大小(比如我们满占空比时电压为12V，我们可以通过调节占空比让电压变为7V、5V甚至变为0V，实现输出电压可控)。

调节占空比后，输出电压怎么就变化了呢？可以用等效面积法来解释，例如在1ms周期里，满占空比时输出电压为12V，50%占空比时(即高低电平各占时间为0.5ms)高电平在整个周期的面积只有原来的1/2了，此时输出电压就等效为12*1/2=6V，那么通过调节不同的占空比，也就实现了输出电压调节。如图：

那STM32中是怎么生成PWM波的呢？时钟是芯片的心脏，没有时钟，芯片就是一块“废物”，有了时钟，芯片才能有条不紊的工作，那时钟跟我们要讲的PWM有什么关系呢？请看下图，STM32内部的定时器框图，看看它是如何生成PWM的。

方框内部的CNT Counter计数器会根据输入的时钟沿跳变来进行递加/减，时钟的频率决定了计数器递加/减的频率，这个计数器的值同时会和Auto-reload register（控制周期）、Capture/Compare x register（控制占空比）进行比较，当与控制占空比的寄存器值发生匹配时则控制输出引脚TIMx_CHx发生电平反转，当与控制周期寄存器值发生匹配时，周期结束，引脚电平置位，再次重复如上动作，就在引脚上输出了变化不同的电平，这个就是我们需要的PWM。

这个定时器模块可以根据软件编程设置出不同的PWM模式，定时器内部CNT Counter可被编程为向上、向下、向上向下运行，我们说的边沿对齐，和中心对齐就要从这个计数方式上切入，下面我们先来看三种不同的计数方式。

1.当CNT被设置为向上计数时，计数器从0递增向上计数到自动重载值(Auto-reload register),然后计数器又回到0，重新开始。

2.当CNT被设置向下计数时，计数器从自动重载值递减向下计数，计数到0，计数器又回到重载值，重新开始。

3.当CNT被设置向上向下计数时，计数器从0递增向上计数到自动重载值，然后计数器从自动重载值递减向下计数，计数到0然后又开始递增向上计数。

那这三种模式和2种PWM又是什么关系呢？PWM是怎么从引脚上输出的呢？请看下图：

1.向上/下计数模式PWM生成（只展示出了向上计数，向下计数同理）：

2.向上向下计数模式PWM生成：

上文中提到的向上计数/向下计数，这两种生成PWM的方式，我们通常称为边沿对齐PWM；既向上又向下这种生成PWM的方式，我们称为中心对齐PWM。当然，发生匹配的时候引脚电平如何变化，是变高还是变低，这个可以通过软件编程来设置。

通过PWM调节输出电压，比如可以控制做呼吸灯，也可以实现电机的调速，不同的调速算法，会用到不同的PWM等等。

带你在单片机编程中熟练使用const

在C语言关键字中const举足轻重，我们今天就深度聊一聊const的定义和实际应用，让它不再是迷。

C语言中const关键字是constant的缩写，是恒定不变的意思。通常翻译为常量、常数等，我们一看到const关键字马上就想到了常量。这是不精确的，精确来说应该是只读变量，其值在编译时不能被使用，因为编译器在编译时不知道其存储的内容。那么const推出的初始目的正是为了取代预编译指令，消除它的缺点，同时继承它的优点。

事实上在C语言中const功能很强大，它可以修饰变量、数组、指针、函数参数等。

1、const 修饰的只读变量：

C语言中采用const修饰变量，功能是对变量声明为只读特性，并保护变量值以防被修改。

例如：

const  int Max = 100;

int  Array[Max]；

这个大家可以在Visual C++6.0创建一个.c文件测试一下，你会发现在.c文件中编译器会提示出错。我们知道定义一个数组必须指定其元素的个数，这也从侧面证实在C语言中const修饰的Max仍然是变量，只不过是只读属性罢了。

还有值得注意的是，定义变量的同时，必须初始化，并且不能再重新赋值。

2、节省空间，避免不必要的内存分配，同时提高效率

编译器通常不为普通const只读变量分配存储空间，而是将他们保存在符号表中，这使得它成为一个编译期间的值，没有了存储与读内存的操作，使得它的效率也很高。

例如：

#define  M  3   //宏常量

const int N= 5;   //此时并未将N放入内存中

int i = N;     //此时为N分配内存，以后不再分配

int I = M;     //预编译期间进行宏替换，分配内存

int j = N;     //没有内存分配

int J = M;    //再进行宏替换，又一次分配内存

const定义的只读变量从汇编的角度来看，只是给出了对应的内存地址，而不是像#define一样给出的是立即数。所以，const定义的只读变量在程序运行过程中只有一份备份（因为它是全局的只读变量，存放在静态区），而#define定义的宏常量在内存中有若干个备份。#define宏是在预编译阶段进行替换，而const修饰的只读变量是在编译的时候确定其值。#define宏没有类型，而const修饰的只读变量具有特定的类型。

3、修饰一般变量

一般变量是指简单类型的只读变量。这种只读变量在定义时，修饰符const可以用在类型说明符前，也可以用在类型说明符后，例如：

int  const  i = 2;    或 const  int  i  =  2;

4、 修饰数组

C语言中const还可以修饰数组，举例如下：

const int array[5] = {1,2,3,4,5};

array[0] = array[0]+1; //错误

数组元素与变量类似，具有只读属性，不能被更改；一旦更改，如程序将会报错。

5、 修饰指针

C语言中const修饰指针要特别注意，共有两种形式，一种是用来限定指向空间的值不能修改；另一种是限定指针不可更改。举例说明如下：

Const离谁近修饰谁的原则，

例如：

const int * p1; //定义1,p1可变，p1指向的对象不可变

int * const p2; //定义2,p2不可变，p2指向的对象可变

上面定义了两个指针p1和p2。

在定义1中const限定的是*p1，即其指向空间的值不可改变，若改变其指向空间的值如*p1=20，则程序会报错；但p1的值是可以改变的，对p1重新赋值如p1=&k是没有任何问题的。

在定义2中const限定的是指针p2，若改变p2的值如p2=&k，程序将会报错；但*p2，即其所指向空间的值可以改变，如*p2=80是没有问题的，程序正常执行。

6、修饰函数参数

const修饰符也可以修饰函数的参数，当不希望这个参数值在函数体内被意外改变时使用。所限定的函数参数可以是普通变量，也可以是指针变量。举例如下：

void fun1(const int i)

{

其它语句

……

i++; //对i的值进行了修改，程序报错

其它语句

}

告诉编译器i在函数体中不能改变，从而防止了使用者的一些无意或者错误的修改。

void fun2(const int *p)

{

其它语句

……

(*p)++; //对p指向空间的值进行了修改，程序报错

其它语句

}

7、修饰函数的返回值

Const修饰符也可以修饰函数的返回值，返回值不可被改变。

Const int Fun(void);

到这里const的定义和常用的说明我给大家做了描述，有疑问和其他想法欢迎交流~

ADC参考电压有多重要？

大家好，我是张飞实战电子黄忠老师，今天我们学习ADC参考电压。

工程中大家经常会用到ADC来采集模拟电压，把模拟量变为数字量进行系统处理，有时候看到采集结果，什么？这个结果跟实际采集的信号怎么还有点小差距？那么就有可能是参考电压的问题。

参考电压有多重要，我们得要弄清楚它在ADC转换中扮演一个什么样的角色，弄清楚这个问题，我们需要从ADC的转换原理入手，一般单片机里面ADC模块使用的是逐次逼近型转换，也就是通过这种方法原理把模拟量转换为数字量，那什么是逐次逼近呢？

我们先来说一个生活中的案例，我们用天平称一个物体的重量，过程是这样的：从最重的砝码开始试放，与被称物体行进比较，若物体重于砝码，该砝码保留，否则移去。再加上第二个次重砝码，看物体的重量是否大于砝码的重量决定第二个砝码是留下还是移去。照此一直加砝码，到最小一个砝码为止。将所有留下的砝码重量相加，就得到物体的重量。

逐次逼近原理和上面的原理相同，下面我们看逐次逼近型ADC的原理，请看图：

上图是一个8位逐次逼近型ADC的框图，“输入的模拟量”是输入电压信号，“START”用来控制ADC启动转换，“CLOCK”是ADC模块的输入时钟，“EOC”是ADC转换结束信号，“OE”是ADC转换结果输出允许信号，“VREF”是参考电压。

随着时钟信号的输入，启动信号的开始，控制模块会逐次控制逐次比较寄存器产生不同的数据，数据产生后会送给D/A转换器，D/A转换器会依据参考电压，把这个数字量转化为模拟量送给比较器，比较器比较D/A转换器送出来的模拟量和输入模拟量的大小，产生的结果给控制单元电路，控制单元电路根据上一次的结果再次控制产生不同的数据，让D/A变成模拟量，再去比较，以此这样循环，每次比较，比较器会得出一个结果高或者低，根据这个结果决定当前产生的数字量是大了还是小了，一次一次的比较，找到那个和输入模拟量最接近的数字量，最后把这个数字量控制送到输出缓冲器，并且控制送出EOC输出转换完成信号，这就是一个大致的逐次逼近工作原理。

关于具体是怎么控制比较的，这个过程我们就不再展开，我有一个免费的视频是专门解析这个过程的，链接是（https://www.bilibili.com/video/BV1xV411s7J4/）;从上面的描述中，我们抓住一个重点是：D/A转换器会依据参考电，把生成的数字量变为模拟量，在转换的时候必须需要有一个参考电压，这个电压就是我们AD模块的参考电压，那么大家试想，如果参考电压都不稳定的话，转出来的模拟量是不是也不会稳定，那么和输入模拟量比较的时候，比较的结果也就可能会发生偏差，造成错误的比较结果。

那怎么来保证这个参考电压比较稳定呢？1.我们可以在参考电压引脚附近就近放置电容（一大一小，大的储能，小的滤波）；2.可以在参考电源前端串一个小电感再加电容。如图所示，这两种方法比较常见，也比较便宜，大家可以参考.

总结，ADC的参考电压是非常重要的，所以参考电压精确度不容忽略，要尽可能地使参考电压稳定，不受干扰。

这个知识我们就分享到这里，你理解了吗？