第六章 跑马灯实验
STM32最简单的外设莫过于IO口的高低电平控制了，本章将通过一个经典的跑马灯程序，带大家开启STM32之旅，通过本章的学习，你将了解到STM32的IO口作为输出使用的方法。在本章中，我们将通过代码控制ALIENTEK战舰STM32开发板上的两个LED：DS0和DS1交替闪烁，实现类似跑马灯的效果。 本章分为如下四个小节：
6.1， STM32 IO口简介
6.2， 硬件设计
6.3， 软件设计
6.4， 仿真与下载
6.1 STM32 IO简介
本章将要实现的是控制ALIENTEK战舰STM32开发板上的两个LED实现一个类似跑马灯的效果，该实验的关键在于如何控制STM32的IO口输出。了解了STM32的IO口如何输出的，就可以实现跑马灯了。通过这一章的学习，你将初步掌握STM32基本IO口的使用，而这是迈向STM32的第一步。
STM32的IO口可以由软件配置成如下8种模式：
1、输入浮空
2、输入上拉
3、输入下拉
4、模拟输入
5、开漏输出
6、推挽输出
7、推挽式复用功能
8、开漏复用功能
每个IO口可以自由编程，但IO口寄存器必须要按32位字被访问。STM32的很多IO口都是5V兼容的，这些IO口在与5V电平的外设连接的时候很有优势，具体哪些IO口是5V兼容的，可以从该芯片的数据手册管脚描述章节查到（I/O Level标FT的就是5V电平兼容的）。
STM32的每个IO端口都有7个寄存器来控制。他们分别是：配置模式的2个32位的端口配置寄存器CRL和CRH；2个32位的数据寄存器IDR和ODR；1个32位的置位/复位寄存器BSRR；一个16位的复位寄存器BRR；1个32位的锁存寄存器LCKR；这里我们仅介绍常用 的几个寄存器，我们常用的IO端口寄存器只有4个：CRL、CRH、IDR、ODR。
CRL和CRH控制着每个IO口的模式及输出速率。
STM32的IO口位配置表如表6.1.1所示：
表6.1.1 STM32的IO口位配置表
STM32输出模式配置如表6.1.2所示：
表6.1.2 STM32输出模式配置表
接下来我们看看端口低配置寄存器CRL的描述，如图6.1.1所示：
图6.1.1 端口低配置寄存器CRL各位描述
该寄存器的复位值为0X4444 4444，从图6.1.1可以看到，复位值其实就是配置端口为浮空输入模式。从上图还可以得出：STM32的CRL控制着每组IO端口（A~G）的低8位的模式。每个IO端口的位占用CRL的4个位，高两位为CNF，低两位为MODE。这里我们可以记住几个常用的配置，比如0X0表示模拟输入模式（ADC用）、0X3表示推挽输出模式（做输出口用，50M速率）、0X8表示上/下拉输入模式（做输入口用）、0XB表示复用输出（使用IO口的第二功能，50M速率）。
CRH的作用和CRL完全一样，只是CRL控制的是低8位输出口，而CRH控制的是高8位输出口。这里我们对CRH就不做详细介绍了。
给个实例，比如我们要设置PORTC的11位为上拉输入，12位为推挽输出。代码如下：
GPIOC->CRH&=0XFFF00FFF;//清掉这2个位原来的设置，同时也不影响其他位的设置
GPIOC->CRH|=0X00038000; //PC11输入，PC12输出
GPIOC->ODR=1<<11; //PC11上拉
通过这3句话的配置，我们就设置了PC11为上拉输入，PC12为推挽输出。
IDR是一个端口输入数据寄存器，只用了低16位。该寄存器为只读寄存器，并且只能以16位的形式读出。该寄存器各位的描述如图6.1.2所示：
图6.1.2 端口输入数据寄存器IDR各位描述
要想知道某个IO口的状态，你只要读这个寄存器，再看某个位的状态就可以了。使用起来是比较简单的。
ODR是一个端口输出数据寄存器，也只用了低16位。该寄存器为可读写，从该寄存器读出来的数据可以用于判断当前IO口的输出状态。而向该寄存器写数据，则可以控制某个IO口的输出电平。该寄存器的各位描述如图6.1.3所示：
图6.1.3 端口输出数据寄存器ODR各位描述
了解了这几个寄存器，我们就可以开始跑马灯实验的真正设计了。关于IO口更详细的介绍，请参考《STM32参考手册》第105页8.1节。
在此，我们可以总结一下，对于学过AVR的人来说，我们都知道AVR的IO口由3个寄存器控制：DDR、 PORT、PIN。这里我们可以拿STM32的IO控制寄存器和AVR的来个类比：
1、 STM32的CRL和CRH就相当于AVR的DDR寄存器，用来控制IO口的方向，只不过STM32的CRL和CRH功能更强大一点罢了。
2、 STM32的ODR就相当于AVR的PORT，都是用来控制IO口的输出电平或者上下拉电阻的。
3、 STM32的IDR就相当于AVR的PIN，都是用来存储IO口当前的输入状态（高低电平）的。
除此之外，STM32还有BSRR、BRR、LCKR等几个寄存器用于控制IO口，这点是AVR所没有的。
6.2 硬件设计
本章用到的硬件只有LED（DS0和DS1）。其电路在ALIENTEK战舰STM32开发板上默认是已经连接好了的。DS0接PB5，DS1接PE5。所以在硬件上不需要动任何东西。其连接原理图如图6.2.1下：
图6.2.1 LED与STM32连接原理图
6.3 软件设计
首先，找到之前3.2节新建的TEST工程，在该文件夹下面新建一个HARDWARE的文件夹，用来存储以后与硬件相关的代码。然后在HARDWARE文件夹下新建一个LED文件夹，用来存放与LED相关的代码。如图6.3.1所示：
图6.3.1 新建HARDWARE文件夹
然后我们打开USER文件夹下的TEST.Uv2工程，按
按钮新建一个文件，然后保存在HARDWARE->LED文件夹下面，保存为led.c。在该文件中输入如下代码：
#include "led.h"
//初始化PB5和PE5为输出口.并使能这两个口的时钟
//LED IO初始化
void LED_Init(void)
{
RCC->APB2ENR|=1<<3; //使能PORTB时钟
RCC->APB2ENR|=1<<6; //使能PORTE时钟
GPIOB->CRL&=0XFF0FFFFF;
GPIOB->CRL|=0X00300000;//PB.5 推挽输出
GPIOB->ODR|=1<<5; //PB.5 输出高
GPIOE->CRL&=0XFF0FFFFF;
GPIOE->CRL|=0X00300000;//PE.5推挽输出
GPIOE->ODR|=1<<5; //PE.5输出高
}
该代码里面就包含了一个函数void LED_Init(void)，该函数的功能就是用来实现配置PB5和PE5为推挽输出。这里需要注意的是：在配置STM32外设的时候，任何时候都要先使能该外设的时钟！APB2ENR是APB2总线上的外设时钟使能寄存器，其各位的描述如图6.3.2所示：
图6.3.2 寄存器APB2ENR各位描述
我们要使能的PORTB和PORTE的时钟使能位，分别在bit3和bit6，只要将这两位置1就可以使能PORTA和PORTD的时钟了。该寄存器还包括了很多其他外设的时钟使能。大家在以后会慢慢使用到的。关于这个寄存器的详细说明在《STM32参考手册》的第70页。
在设置完时钟之后就是配置完时钟之后，LED_Init配置了PB5和PE5的模式为推挽输出，并且默认输出1。这样就完成了对这两个IO口的初始化。
保存led.c代码，然后我们按同样的方法，新建一个led.h文件，也保存在LED文件夹下面。在led.h中输入如下代码：
#ifndef __LED_H
#define __LED_H
#include "sys.h"
//LED端口定义
#define LED0 PBout(5)// DS0
#define LED1 PEout(5)// DS1
void LED_Init(void);//初始化
#endif
这段代码里面最关键就是2个宏定义：
#define LED0 PBout(5)// DS0
#define LED1 PEout(5)// DS1
这里使用的是位带操作来实现操作某个IO口的1个位的，关于位带操作前面已经有介绍，这里不再多说。需要说明的是，这里可以使用另外一种操作方式实现。如下：
#define LED0 (1<<5) //led0 PB5
#define LED1 (1<<5) //led1 PE5
#define LED0_SET(x) GPIOB->ODR=(GPIOB->ODR&~LED0)|(x ? LED0：0)
#define LED1_SET(x) GPIOE->ODR=(GPIOE->ODR&~LED1)|(x ? LED1：0)
后者通过LED0_SET(0)和LED0_SET(1)来控制PB5的输出0和1。而前者的类似操作为：LED0=0和LED0=1。显然前者简单很多，从而可以看出位带操作带来的好处。以后像这样的IO口操作，我们都使用位带操作来实现，而不使用第二种方法。
将led.h也保存一下。接着，我们在Manage Components管理里面新建一个HARDWARE的组，并把led.c加入到这个组里面，如图6.3.3所示：
图6.3.3 给工程新增HARDWARE组
单击OK，回到工程，然后你会发现在Project Workspace里面多了一个HARDWARE的组，在改组下面有一个led.c的文件。如图6.3.4所示：
图6.3.4新增HARDWARE组
然后用之前介绍的方法（在3.2节介绍的）将led.h头文件的路径加入到工程里面。回到主界面，在main函数里面编写如下代码：
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "delay.h"
#include "led.h"
//ALIENTEK战舰STM32开发板实验1
//跑马灯实验
int main(void)
{
Stm32_Clock_Init(9);//系统时钟设置
delay_init(72); //延时初始化
LED_Init(); //初始化与LED连接的硬件接口
while(1)
{
LED0=0;
LED1=1;
delay_ms(300);
LED0=1;
LED1=0;
delay_ms(300);
}
}
代码包含了#include "led.h"这句，使得LED0、LED1、LED_Init等能在main函数里被调用。接下来，main函数先配置系统时钟为72M，然后把延时函数初始化一下。接着就是调用LED_Init来初始化PB5和PE5为输出。最后在死循环里面实现LED0和LED1交替闪烁，间隔为300ms。
然后按
，编译工程，得到结果如图6.3.5所示：
图6.3.5 编译结果
可以看到没有错误，也没有警告。接下来，我们就先进行软件仿真，验证一下是否有错误的地方，然后下载到Mini STM32看看实际运行的结果。
6.4 仿真与下载
此代码，我们先进行软件仿真，看看结果对不对，根据软件仿真的结果，然后再下载到ALIENTEK战舰STM32板子上面看运行是否正确。
首先，我们进行软件仿真(请先确保Options for Targetà Debug选项卡里面已经设置为Use Simulator)。先按
开始仿真，接着按
，显示逻辑分析窗口，点击Setup，新建两个信号PORTB.5和PORTE.5，如图6.4.1所示：
图6.4.1 逻辑分析设置
Display Type选择bit，然后单击Close关闭该对话框，可以看到逻辑分析窗口出来了两个信号，如图6.4.2所示：
图6.4.2 设置后的逻辑分析窗口
接着，点击 ，开始运行。运行一段时间之后，按 按钮，暂停仿真回到逻辑分析窗口，可以看到如图6.4.3所示的波形：
图6.4.3 仿真波形
这里注意Gird要调节到0.25s左右比较合适，可以通过Zoom里面的In按钮来放大波形，通过Out按钮来缩小波形，或者按All显示全部波形。从上图中可以看到PORTB.5和PORTE.5交替输出，周期可以通过中间那根红线来测量。至此，我们的软件仿真已经顺利通过。
在软件仿真没有问题了之后，我们就可以把代码下载到开发板上，看看运行结果是否与我们仿真的一致。运行结果如图6.4.4所示：
图6.4.4 执行结果
至此，我们的第一章的学习就结束了，本章作为STM32的入门第一个例子，详细介绍了STM32的IO口操作，同时巩固了前面的学习，并进一步介绍了MDK的软件仿真功能。希望大家好好理解一下。
