【STM32F407开发板用户手册】第18章 STM32F407的GPIO应用之跑马灯

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第18章       STM32F407的GPIO应用之跑马灯

本章教程为大家介绍STM32F407的GPIO应用之跑马灯，跑马灯作为经典的测试例程，可以让大家对STM32F407应用有个简单的整体认识。

18.1 初学者重要提示

18.2 跑马灯硬件设计

18.3 跑马灯软件驱动设计

18.4 跑马灯板级支持包（bsp_led.c）

18.5 实验例程设计框架

18.6 跑马灯驱动移植和使用

18.7 实验例程说明（MDK）

18.8 实验例程说明（IAR）

18.9 总结

18.1 初学者重要提示

1.   学习本章节前，务必保证已经学习了第15，16和17章。
2.   虽然是跑马灯的初级例程，但有必要掌握程序的基本设计框架，后面的例子都是建立在这个框架的基础上。

18.2 跑马灯硬件设计

跑马灯的硬件设计如下：

 

通过这个硬件设计，有如下四点需要学习：

18.2.1 灌电流驱动方式

关于拉电流、灌电流和相关的电气特性，在第15章的15.4小节做了专门的讲解。对于STM32F407来说，使用拉电流和灌电流驱动LED都是可以的，因为拉电流和灌电流时，STM32F407单个引脚最大可可达25mA。

开发板这里是采用的灌电流方式。

18.2.2 LED的压降和驱动电流

这种采用的是灌电流方式，而流经LED的电流大小是多少呢？ 这里需要先补充一个基础的知识点。

直插超亮发光二极管压降，主要有三种颜色，然而三种发光二极管的压降都不相同，具体压降参考值如下：

•   红色发光二极管的压降为2.0V-2.2V。
•   黄色发光二极管的压降为1.8V-2.0V。
•   绿色发光二极管的压降为3.0V-3.2V。
•   正常发光时的额定电流约为20mA。

贴片LED压降：

•   红色的压降为1.82-1.88V，电流5-8mA。
•   绿色的压降为1.75-1.82V，电流3-5mA。
•   橙色的压降为1.7-1.8V，电流3-5mA。
•   蓝色的压降为3.1-3.3V，电流8-10mA。
•   白色的压降为3-3.2V，电流10-15mA。

实际测试开发板红色贴片LED的压降的确是1.8V左右，那么流过LED的电流就是

（3.3 – 1.8）/ 1K = 1.4mA

在不考虑二极管本身电阻的情况下，流过LED的电流就是1.4mA。

18.2.3 贴片LED的正负极区分

仔细查看开发板版上面所使用的贴片LED，会发现一端有绿点，有绿点的这端是负极，而另一端就是正级了。

 

18.3 跑马灯软件驱动设计

跑马灯的软件驱动实现比较简单，主要是IO初始化，LED亮，LED灭，LED翻转。对应的驱动文件也是实现了这几个功能，没有特别的技巧，所以大家看源代码也比较省事。

18.4 跑马灯板级支持包（bsp_led.c）

LED驱动文件bsp_led.c主要实现了如下几个API：

•   bsp_InitLed
•   bsp_LedOn
•   bsp_LedOff
•   bsp_LedToggle
•   bsp_IsLedOn

下面将这几个API逐一进行说明。

18.4.1 函数bsp_InitLed

函数原型：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_InitLed
*    功能说明: 配置LED指示灯相关的GPIO,  该函数被 bsp_Init() 调用。
*    形    参:  无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_InitLed(void)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStruct;

    /* 打开GPIO时钟 */
    LED_GPIO_CLK_ALLENABLE();
    
    /*
        配置所有的LED指示灯GPIO为推挽输出模式
        由于将GPIO设置为输出时，GPIO输出寄存器的值缺省是0，因此会驱动LED点亮.
        这是我不希望的，因此在改变GPIO为输出前，先关闭LED指示灯
    */
    bsp_LedOff(1);
    bsp_LedOff(2);
    bsp_LedOff(3);
    bsp_LedOff(4);

    /* 配置LED */
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;           /* 设置推挽输出 */
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;                 /* 上下拉电阻不使能 */
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;      /* GPIO速度等级 */

    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_LED1;
    HAL_GPIO_Init(GPIO_PORT_LED1, &GPIO_InitStruct);

    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_LED2;
    HAL_GPIO_Init(GPIO_PORT_LED2, &GPIO_InitStruct);
    
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_LED3;
    HAL_GPIO_Init(GPIO_PORT_LED3, &GPIO_InitStruct);
    
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_LED4;
    HAL_GPIO_Init(GPIO_PORT_LED4, &GPIO_InitStruct);
}

函数描述：

此函数主要用于LED初始化。由于将GPIO设置为输出时，GPIO输出寄存器的值缺省是0，因此会驱动LED点亮，因此在改变GPIO为输出前，先关闭LED指示灯。

使用举例：

这里底层驱动初始化一般都是在bsp.c文件的函数bsp_Init里面调用。

18.4.2 函数bsp_LedOn

函数原型：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_LedOn
*    功能说明: 点亮指定的LED指示灯。
*    形    参:  _no : 指示灯序号，范围 1 - 4
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_LedOn(uint8_t _no)
{
    _no--;

    if (_no == 0)
    {
        GPIO_PORT_LED1->BSRR = (uint32_t)GPIO_PIN_LED1 << 16U;
    }
    else if (_no == 1)
    {
        GPIO_PORT_LED2->BSRR = (uint32_t)GPIO_PIN_LED2 << 16U;
    }
    else if (_no == 2)
    {
        GPIO_PORT_LED3->BSRR = (uint32_t)GPIO_PIN_LED3 << 16U;
    }
    else if (_no == 3)
    {
        GPIO_PORT_LED3->BSRR = (uint32_t)GPIO_PIN_LED4 << 16U;
    }
}

函数描述：

此函数主要用于点亮LED，使用BSRR寄存器实现，使用这个寄存器的好处是可以实现原子操作。

函数参数：

•   第1个参数用于指定点亮那个LED，范围1-4。

使用举例：

此函数的使用比较简单，需要调用的时候直接调用即可。另外使用前记得先调用函数bsp_InitLed。

18.4.3 函数bsp_LedOff

函数原型：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_LedOff
*    功能说明: 熄灭指定的LED指示灯。
*    形    参:  _no : 指示灯序号，范围 1 - 4
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_LedOff(uint8_t _no)
{
    _no--;

    if (_no == 0)
    {
        GPIO_PORT_LED1->BSRR = GPIO_PIN_LED1;
    }
    else if (_no == 1)
    {
        GPIO_PORT_LED2->BSRR = GPIO_PIN_LED2;
    }
    else if (_no == 2)
    {
        GPIO_PORT_LED3->BSRR = GPIO_PIN_LED3;
    }
    else if (_no == 3)
    {
        GPIO_PORT_LED4->BSRR = GPIO_PIN_LED4;
    }
}

函数描述：

此函数主要用于熄灭LED，使用BSRR寄存器实现，使用这个寄存器的好处是可以实现原子操作。

函数参数：

•   第1个参数用于指定熄灭那个LED，范围1-4。

使用举例：

此函数的使用比较简单，需要调用的时候直接调用即可。另外使用前记得先调用函数bsp_InitLed。

18.4.4 函数bsp_LedToggle

函数原型：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_LedToggle
*    功能说明: 翻转指定的LED指示灯。
*    形    参:  _no : 指示灯序号，范围 1 - 4
*    返 回 值: 按键代码
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_LedToggle(uint8_t _no)
{
    if (_no == 1)
    {
        GPIO_PORT_LED1->ODR ^= GPIO_PIN_LED1;
    }
    else if (_no == 2)
    {
        GPIO_PORT_LED2->ODR ^= GPIO_PIN_LED2;
    }
    else if (_no == 3)
    {
        GPIO_PORT_LED3->ODR ^= GPIO_PIN_LED3;
    }
    else if (_no == 4)
    {
        GPIO_PORT_LED4->ODR ^= GPIO_PIN_LED4;
    }
}

函数描述：

此函数主要用于翻转LED，通过GPIO的ODR寄存器进行设置。

函数参数：

•   第1个参数用于指定翻转那个LED，范围1-4。

使用举例：

此函数的使用比较简单，需要调用的时候直接调用即可。另外使用前记得先调用函数bsp_InitLed。

18.4.5 函数bsp_IsLedOn

函数原型：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_IsLedOn
*    功能说明: 判断LED指示灯是否已经点亮。
*    形    参:  _no : 指示灯序号，范围 1 - 4
*    返 回 值: 1表示已经点亮，0表示未点亮
*********************************************************************************************************
*/
uint8_t bsp_IsLedOn(uint8_t _no)
{
    if (_no == 1)
    {
        if ((GPIO_PORT_LED1->ODR & GPIO_PIN_LED1) == 1)
        {
            return 1;
        }
        return 0;
    }
    else if (_no == 2)
    {
        if ((GPIO_PORT_LED2->ODR & GPIO_PIN_LED2) == 1)
        {
            return 1;
        }
        return 0;
    }
    else if (_no == 3)
    {
        if ((GPIO_PORT_LED3->ODR & GPIO_PIN_LED3) == 1)
        {
            return 1;
        }
        return 0;
    }
    else if (_no == 4)
    {
        if ((GPIO_PORT_LED4->ODR & GPIO_PIN_LED4) == 1)
        {
            return 1;
        }
        return 0;
    }

    return 0;
}

函数描述：

此函数主要用于获取LED亮灭状态。

函数参数：

•   第1个参数用于指定获取那个LED的亮灭状态，范围1-4。

使用举例：

此函数的使用比较简单，需要调用的时候直接调用即可。另外使用前记得先调用函数bsp_InitLed。

18.5 跑马灯驱动移植和使用

跑马灯控制比较简单：

•   第1步：复制bsp_led.c和bsp_led.h到自己的工程目录，并添加到工程里面。
•   第2步：根据自己使用的LED引脚，修改 bsp_led.c文件里面的函数bsp_InitLed。
•   第3步：这几个驱动文件主要用到HAL库的GPIO驱动文件，简单省事些可以添加所有HAL库.C源文件进来。
•   第4步，应用方法看本章节配套例子即可，另外就是根据自己的需要做其它配置修改。

18.6 实验例程设计框架

通过程序设计框架，让大家先对配套例程有一个全面的认识，然后再理解细节，本次实验例程的设计框架如下：

 

  第1阶段，上电启动阶段：

• 这部分在第14章进行了详细说明。

  第2阶段，进入main函数：

•   第1部分，硬件初始化，主要是HAL库，系统时钟，滴答定时器和LED。
•   第2部分，应用程序设计部分，实现了一个简易的跑马灯效果。

18.7 实验例程说明（MDK）

配套例子：

V5-002_跑马灯

实验目的：

1. 学习F407平台的跑马灯实现。

实验内容：

1. 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED1和LED2。
2. 再启动一个自动重装软件定时器，每500ms翻转一次LED3和LED4。

上电后串口打印的信息：

波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1

 

程序设计：

  系统栈大小分配：

 

  硬件外设初始化

硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_Init
*    功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
*    形    参：无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
      /* 
       STM32H429 HAL 库初始化，此时系统用的还是F407自带的16MHz，HSI时钟:
       - 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。
       - 设置NVIV优先级分组为4。
     */
    HAL_Init();

    /* 
       配置系统时钟到168MHz
       - 切换使用HSE。
       - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。
    */
    SystemClock_Config();

    /* 
       Event Recorder：
       - 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。
       - 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V5开发板用户手册第8章
    */    
#if Enable_EventRecorder == 1  
    /* 初始化EventRecorder并开启 */
    EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    EventRecorderStart();
#endif
    
    bsp_InitKey();        /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
    bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    
}

  主功能：

主功能的实现主要分为两部分：

•   启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED1和LED2。
•   再启动一个自动重装软件定时器，每500ms翻转一次LED3和LED4。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: c程序入口
*    形    参: 无
*    返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{

    bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    
    PrintfLogo();    /* 打印例程名称和版本等信息 */
    PrintfHelp();    /* 打印操作提示 */

    /* 先做个LED1的亮灭显示 */
    bsp_LedOn(1);
    bsp_DelayMS(100);
    bsp_LedOff(1);
    bsp_DelayMS(100);
    
    bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
    bsp_StartAutoTimer(1, 500);    /* 启动1个500ms的自动重装的定时器 */
    
    /* 进入主程序循环体 */
    while (1)
    {
        bsp_Idle();        /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */

        /* 判断定时器超时时间 */
        if (bsp_CheckTimer(0))    
        {
            /* 每隔100ms 进来一次 */  
            bsp_LedToggle(1);            
        }
        
        /* 判断定时器超时时间 */
        if (bsp_CheckTimer(1))    
        {
            /* 每隔500ms 进来一次 */ 
            bsp_LedToggle(2);            
            bsp_LedToggle(3);            
            bsp_LedToggle(4);
        }
    }
}

18.8 实验例程说明（IAR）

配套例子：

V5-002_跑马灯

实验目的：

1. 学习F407平台的跑马灯实现。

实验内容：

1. 启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED1和LED2。
2. 再启动一个自动重装软件定时器，每500ms翻转一次LED3和LED4。

上电后串口打印的信息：

波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1

 

程序设计：

  系统栈大小分配：

 

  硬件外设初始化

硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_Init
*    功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
*    形    参：无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
      /* 
       STM32H429 HAL 库初始化，此时系统用的还是F407自带的16MHz，HSI时钟:
       - 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。
       - 设置NVIV优先级分组为4。
     */
    HAL_Init();

    /* 
       配置系统时钟到168MHz
       - 切换使用HSE。
       - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。
    */
    SystemClock_Config();

    /* 
       Event Recorder：
       - 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。
       - 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V5开发板用户手册第8章
    */    
#if Enable_EventRecorder == 1  
    /* 初始化EventRecorder并开启 */
    EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    EventRecorderStart();
#endif
    
    bsp_InitKey();        /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
    bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    
}

  主功能：

主功能的实现主要分为两部分：

•   启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED1和LED2。
•   再启动一个自动重装软件定时器，每500ms翻转一次LED3和LED4。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: c程序入口
*    形    参: 无
*    返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{

    bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    
    PrintfLogo();    /* 打印例程名称和版本等信息 */
    PrintfHelp();    /* 打印操作提示 */

    /* 先做个LED1的亮灭显示 */
    bsp_LedOn(1);
    bsp_DelayMS(100);
    bsp_LedOff(1);
    bsp_DelayMS(100);
    
    bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
    bsp_StartAutoTimer(1, 500);    /* 启动1个500ms的自动重装的定时器 */
    
    /* 进入主程序循环体 */
    while (1)
    {
        bsp_Idle();        /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */

        /* 判断定时器超时时间 */
        if (bsp_CheckTimer(0))    
        {
            /* 每隔100ms 进来一次 */  
            bsp_LedToggle(1);            
        }
        
        /* 判断定时器超时时间 */
        if (bsp_CheckTimer(1))    
        {
            /* 每隔500ms 进来一次 */ 
            bsp_LedToggle(2);            
            bsp_LedToggle(3);            
            bsp_LedToggle(4);
        }
    }
}

18.9 总结

虽然是跑马灯的初级例程，但有必要掌握程序的基本设计框架，后面的例子都是建立在这个框架的基础上。建议初学者掌握好。