MiniPro STM32H750 开发指南_V1.1-跑马灯实验

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STMCU小助手发布时间：2022-10-6 23:03

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文章简介:	MiniPro STM32H750 开发指南_V1.1-跑马灯实验

跑马灯实验
本章将通过一个经典的跑马灯程序，带大家开启STM32H750之旅。通过本章的学习，我们将了解到STM32H750的IO口作为输出使用的方法。我们将通过代码控制开发板上的RGB灯：LED0、LED1和LED2交替闪烁，实现类似跑马灯的效果。

13.1 STM32H7 GPIO简介
GPIO是控制或者采集外部器件的信息的外设，既负责输入输出。它按组分配，每组16个IO口，组数视芯片而定。STM32H750VBT6芯片是100脚的芯片，它的IO口有82个，IO分为5组，分别是GPIOA-GPIOE。这里GPIOA-GPIOE，16*5=80个IO口，少了两个，还有两个就是PH0和PH1。PH0和PH1用于连接外部高速晶振。
这里重点说一下STM32H750的IO电平兼容性问题，STM32H750的绝大部分IO口，都兼容5V，至于到底哪些是兼容5V的，请看STM32H750VBT6.pdf的数据手册（注意是数据手册，不是中文参考手册），见表：Table 7 STM32H750xB pin/ball definition，凡是有FT标志的，都是兼容5V电平的IO口，可以直接接5V的外设（注意：如果引脚设置的是模拟输入模式，则不能接5V！)，凡是不是FT标志的，大家就不要接5V了，可能烧坏MCU。对 Table 7符号的描述如下：

表13.1.1 IO口属性缩写符号表
13.1.1 GPIO功能模式
GPIO有八种工作模式，分别是：
1、输入浮空
2、输入上拉
3、输入下拉
4、模拟
5、开漏输出
6、推挽输出
7、开漏式复用功能
8、推挽式复用功能

13.1.2 GPIO基本结构分析
我们知道了GPIO有八种工作模式，具体这些模式是怎么实现的？下面我们通过GPIO的基本结构图来分别进行详细分析，先看看总的框图，如图13.1.2.1 所示。

图13.1.2.1 GPIO的基本结构图
如上图所示，可以看到右边只有I/O引脚，这个I/O引脚就是我们可以看到的芯片实物的引脚，其他部分都是GPIO的内部结构。
① 保护二极管
保护二极管共有两个，用于保护引脚外部过高或过低的电压输入。当引脚输入电压高于VDD时，上面的二极管导通，当引脚输入电压低于VSS时，下面的二极管导通，从而使输入芯片内部的电压处于比较稳定的值。虽然有二极管的保护，但这样的保护却很有限，大电压大电流的接入很容易烧坏芯片。所以在实际的设计中我们要考虑设计引脚的保护电路。
② 上拉、下拉电阻
它们阻值大概在30~50K欧之间，可以通过上、下两个对应的开关控制，这两个开关由寄存器控制。当引脚外部的器件没有干扰引脚的电压时，即没有外部的上、下拉电压，引脚的电平由引脚内部上、下拉决定，开启内部上拉电阻工作，引脚电平为高，开启内部下拉电阻工作，则引脚电平为低。同样，如果内部上、下拉电阻都不开启，这种情况就是我们所说的浮空模式。浮空模式下，引脚的电平是不可确定的。引脚的电平可以由外部的上、下拉电平决定。需要注意的是，STM32的内部上拉是一种“弱上拉”，这样的上拉电流很弱，如果有要求大电流还是得外部上拉。
③ 施密特触发器
对于标准施密特触发器，当输入电压高于正向阈值电压，输出为高；当输入电压低于负向阈值电压，输出为低；当输入在正负向阈值电压之间，输出不改变，也就是说输出由高电准位翻转为低电准位，或是由低电准位翻转为高电准位对应的阈值电压是不同的。只有当输入电压发生足够的变化时，输出才会变化，因此将这种元件命名为触发器。这种双阈值动作被称为迟滞现象，表明施密特触发器有记忆性。从本质上来说，施密特触发器是一种双稳态多谐振荡器。
施密特触发器可作为波形整形电路，能将模拟信号波形整形为数字电路能够处理的方波波形，而且由于施密特触发器具有滞回特性，所以可用于抗干扰，其应用包括在开回路配置中用于抗扰，以及在闭回路正回授/负回授配置中用于实现多谐振荡器。
下面看看比较器跟施密特触发器的作用的比较，就清楚的知道施密特触发器对外部输入信号具有一定抗干扰能力，如图13.1.2.2所示。

图13.1.2.2 比较器的（A）和施密特触发器（B）作用比较
④ P-MOS管和N-MOS管
这个结构控制GPIO的开漏输出和推挽输出两种模式。开漏输出：输出端相当于三极管的集电极，要得到高电平状态需要上拉电阻才行。推挽输出：这两只对称的MOS管每次只有一只导通，所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流，也可以从负载拉电流。推拉式输出既能提高电路的负载能力，又能提高开关速度。
上面我们对GPIO的基本结构图中的关键器件做了介绍，下面分别介绍GPIO八种工作模式对应结构图的工作情况。
1、输入浮空
输入浮空模式：上拉/下拉电阻为断开状态，施密特触发器打开，输出被禁止。输入浮空模式下，IO口的电平完全是由外部电路决定。如果IO引脚没有连接其他的设备，那么检测其输入电平是不确定的。该模式可以用于按键检测，RX1等。

图13.1.2.3 输入浮空模式
2、输入上拉
输入上拉模式：上拉电阻导通，施密特触发器打开，输出被禁止。在需要外部上拉电阻的时候，可以使用内部上拉电阻，这样可以节省一个外部电阻，但是内部上拉电阻的阻值较大，所以只是“弱上拉”，不适合做电流型驱动。

图13.1.2.4 输入上拉模式
3、输入下拉
输入下拉模式：下拉电阻导通，施密特触发器打开，输出被禁止。在需要外部下拉电阻的时候，可以使用内部下拉电阻，这样可以节省一个外部电阻，但是内部下拉电阻的阻值较大，所以不适合做电流型驱动。

图13.1.2.5 输入下拉模式
4、模拟功能
模拟功能：上下拉电阻断开，施密特触发器关闭，双MOS管也关闭。该模式用于ADC采集或者DAC输出，或者低功耗下省电。

图13.1.2.6 模拟功能
5、开漏输出
开漏输出模式：STM32的开漏输出模式是数字电路输出的一种，从结果上看它只能输出低电平Vss或者高阻态。根据《STM32H7xx参考手册_V3（中文版）.pdf》第451页关于“GPIO输出配置”的描述，我们可以推知开漏模式下输出电路大致是这样工作的：
P-MOS被“输出控制”控制在截止状态，因此IO的状态取决于N-MOS的导通状况。
只有N-MOS还受控制于输出寄存器，“输出控制器”对输入信号进行了逻辑非的操作。
IO到输入电路的采样电路仍被打开，且可以选择是否使用上下拉电阻。
根据参考手册的描述，我们替换了“输出控制”部分，作出了如图13.1.2.7的开漏模式下的简化等效图，图中①的输入对应的②的输出是我们最关心的开漏输出的结果。简化后的图13.1.2.7能更好地表示开漏输出模式的输出关系。
开漏输出的具体的理解描述如下：
开漏模式下，P-MOS管是一直截止的，所以P-MOS管的栅极一直接VSS。如果输出数据寄存器设置为0时，经过“输出控制”的逻辑非操作后，输出逻辑1到N-MOS管的栅极，这时N-MOS管就会导通，使得I/O引脚接到VSS，即输出低电平。
如果输出数据寄存器设置为1时，经过“输出控制器”的逻辑非操作后，输出逻辑0到N-MOS管的栅极，这时N-MOS管就会截止。因为P-MOS管是一直截止的，使得I/O引脚呈现高阻态，即不输出低电平，也不输出高电平。因此要I/O引脚输出高电平就必须接上拉电阻。这时可以接内部上拉电阻，或者接一个外部上拉电阻。由于内部上拉电阻的阻值较大，所以只是“弱上拉”。需要大电流驱动，请接外部的上拉电阻。此外，上拉电阻具有线与特性，即如果有很多开漏模式的引脚连在一起的时候，只有当所有引脚都输出高阻态，电平才为1，只要有其中一个为低电平时，就等于接地，使得整条线路都为低电平0。我们的IIC通信（IIC_SDA）就用到这个原理。
另外在开漏输出模式下，施密特触发器是打开的，所以IO口引脚的电平状态会被采集到输入数据寄存器中，如果对输入数据寄存器进行读访问可以得到IO口的状态。也就是说开漏输出模式下，我们可以对IO口进行读数据。

图13.1.2.7 开漏输出模式
6、推挽输出
推挽输出模式：STM32的推挽输出模式，从结果上看它会输出低电平VSS或者高电平VDD。推挽输出跟开漏输出不同的是，推挽输出模式P-MOS管和N-MOS管都用上。同样地，我们根据参考手册推挽模式下的输出描述，列出等效原理如图13.1.2.8所示，根据手册描述可以把“输出控制”简单地等效为一个非门。
推挽输出的具体的理解描述如下：
如果输出数据寄存器设置为0时，经过“输出控制”的逻辑非操作后，输出逻辑1到P-MOS管的栅极，这时P-MOS管就会截止，同时也会输出逻辑1到N-MOS管的栅极，这时N-MOS管就会导通，使得I/O引脚接到VSS，即输出低电平。
如果输出数据寄存器设置为1时，经过“输出控制”的逻辑非操作后，输出逻辑0到N-MOS管的栅极，这时N-MOS管就会截止，同时也会输出逻辑0到P-MOS管的栅极，这时P-MOS管就会导通，使得I/O引脚接到VDD，即输出高电平。
上面的描述可以知道，推挽输出模式下，P-MOS管和N-MOS管同一时间只能有一个MOS管是导通的。当引脚高低电平切换时，两个管子轮流导通，一个负责灌电流，一个负责拉电流，使其负载能力和开关速度都有很大的提高。
另外在推挽输出模式下，施密特触发器也是打开的，我们可以读取IO口的电平状态。
由于推挽输出模式输出高电平时，是直接连接VDD ，所以驱动能力较强，可以做电流型驱动，驱动电流最大可达25mA。该模式也是最常用的输出模式。

图13.1.2.8 推挽输出模式
7、开漏式复用功能
开漏式复用功能：一个IO口可以是通用的IO口功能，还可以是其他外设的特殊功能引脚，这就是IO口的复用功能。一个IO口可以是多个外设的功能引脚，我们需要选择作为其中一个外设的功能引脚。当选择复用功能时，引脚的状态是由对应的外设控制，而不是输出数据寄存器。除了复用功能外，其他的结构分析请参考开漏输出模式。
另外在开漏式复用功能模式下，施密特触发器也是打开的，我们可以读取IO口的电平状态，同时外设可以读取IO口的信息。

图13.1.2.9 开漏式复用功能
8、推挽式复用功能
推挽式复用功能：复用功能介绍请查看开漏式复用功能，结构分析请参考推挽输出模式，这里不再赘述。

图13.1.2.10 推挽式复用功能

13.1.3 GPIO寄存器介绍
STM32H7每组（这里是A~E）通用GPIO口有10个32位寄存器控制，包括：
4 个 32 位配置寄存器（MODER、OTYPER、OSPEEDR 和 PUPDR）
2 个 32 位数据寄存器（IDR 和 ODR）
1 个 32 位置位/复位寄存器 (BSRR)
1 个 32 位锁定寄存器 (LCKR)
2 个 32 位复用功能选择寄存器（AFRH 和 AFRL）
下面我们将带大家理解本章用到的寄存器，没有介绍到的寄存器后面用到会继续介绍。这里主要是带大家学会怎么理解这些寄存器的方法，其他寄存器理解方法是一样的。因为寄存器太多不可能一个个列出来讲，以后基本就是只会把重要的寄存器拿出来讲述，希望大家尽快培养自己学会看手册的能力。下面先看GPIO的4个32位配置寄存器：
GPIO端口模式寄存器 (GPIOx_MODER) (x =A…K)
该寄存器是GPIO口模式控制寄存器，用于控制GPIOx（STM32H7最多有11组IO，用大写字母表示，即x=A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/K，下同）的工作模式，寄存器描述如图13.1.3.1所示。

图13.1.3.1 MODER寄存器描述
每组GPIO下有16个IO口，该寄存器共32位，每2个位控制1个IO。我们看看这个寄存器的复位值，然后用复位值举例说明一下这样的配置值代表什么意思。比如GPIOA的复位值是0xABFF FFFF，低16位都是1，也就是PA0PA7默认都是模拟模式。高16位的值是0xABFF，也就是PA8PA12默认是模拟模式，PA13\PA14\PA15则默认是复用功能模式。而GPIOB的复位值是0xFFFF FEBF，只有PB3默认是复用功能模式，其他默认都是模拟模式。这四个默认是复用功能模式的IO口都是JTAG功能对应的IO口。
GPIO端口输出类型寄存器 (GPIOx_OTYPER) (x = A…K)
该寄存器用于控制GPIOx的输出类型，寄存器描述如图13.1.3.2所示。

图13.1.3.2 GPIOx OTYPER寄存器描述
该寄存器仅用于输出模式，在输入模式（MODER[1:0]=00/11时）下不起作用。该寄存器低16位有效，每一个位控制一个IO口，复位后，该寄存器值均为0，也就是在输出模式下IO口默认为推挽输出。
GPIO端口输出速度寄存器 (GPIOx_OSPEEDR) (x = A…K)
该寄存器用于控制GPIOx的输出速度，寄存器描述如图13.1.3.3所示。

图13.1.3.3 GPIOx OSPEEDR寄存器描述
该寄存器仅用于输出模式，在输入模式（MODER[1:0]=00/11时）下不起作用。该寄存器低16位有效，每两个位控制一个IO口。
GPIO端口上拉/下拉寄存器 (GPIOx_PUPDR) (x = A…K)
该寄存器用于控制GPIOx的上拉/下拉，寄存器描述如图13.1.3.4所示。

图13.1.3.4 GPIOx PUPDR寄存器描述
该寄存器每两个位控制一个IO口，用于设置上下拉，复位后，该寄存器值一般为0，即无上拉或下拉。
上面这4个配置寄存器就是用来配置GPIO的相关模式和状态，它们通过不同的配置组合方法，就决定我们所说的8种工作模式。下面，我们来列表阐述，如表13.1.3.1所示。

表13.1.3.1 4个配置寄存器组合下的8种工作模式
因为本章需要GPIO作为输出口使用，所以我们再来看看端口输出数据寄存器。
端口输出数据寄存器（ODR）
该寄存器用于控制GPIOx的输出高电平或者低电平，寄存器描述如图13.1.3.5所示。

图13.1.3.5 GPIOx ODR寄存器描述
该寄存器低16位有效，分别对应每一组GPIO的16个引脚。当CPU写访问该寄存器，如果对应的某位写0(ODRy=0)，则表示设置该IO口输出的是低电平，如果写1(ODRy=1)，则表示设置该IO口输出的是高电平，y=0~15。
除了ODR寄存器，还有一个寄存器也是用于控制GPIO输出的，它就是BSRR寄存器。
端口置位/复位寄存器（BSRR）
该寄存器也用于控制GPIOx的输出高电平或者低电平，寄存器描述如图13.1.3.6所示。

图13.1.3.6 GPIOx BSRR寄存器描述
为什么有了ODR寄存器，还要这个BDRR寄存器呢？我们先看看BSRR的寄存器描述，首先BSRR是只写权限，而ODR是可读可写权限。BSRR寄存器32位有效，对于低16位（0-15），我们往相应的位写1(BSy=1)，那么对应的IO口会输出高电平，往相应的位写0(BSy=0)，对IO口没有任何影响，高16位（16-31）作用刚好相反，对相应的位写1(BRy=1)会输出低电平，写0(BRy=0)没有任何影响，y=0~15。
也就是说，对于BSRR寄存器，你写0的话，对IO口电平是没有任何影响的。我们要设置某个IO口电平，只需要相关位设置为1即可。而ODR寄存器，我们要设置某个IO口电平，我们首先需要读出来ODR寄存器的值，然后对整个ODR寄存器重新赋值来达到设置某个或者某些IO口的目的，而BSRR寄存器，我们就不需要先读，而是直接设置即可，这在多任务实时操作系统中作用很大。BSRR寄存器还有一个好处，就是BSRR寄存器改变引脚状态的时候，不会被中断打断，而ODR寄存器有被中断打断的风险。
: a% |# Q- h# A6 a0 o! {
13.2 硬件设计
1.例程功能
RGB灯：LED0（红）、LED1（绿）和LED2（蓝）每过500ms一次交替闪烁，实现类似跑马灯的效果。
2.硬件资源
1）RGB灯
LEDR : LED0 - PB4（红）
LEDG : LED1 - PE6（绿）
LEDB : LED2 - PE5（蓝）
3.原理图
本章用到的硬件用到RGB灯：LEDR、LEDG和LEDB。电路在开发板上已经连接好，所以在硬件上不需要动任何东西，直接下载代码就可以测试使用。其连接原理图如图13.2.1所示：

图13.2.1 LED与STM32H750连接原理图
下面，给大家介绍一下LED灯的压降和额定电流，供大家设计硬件参考。
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。
LED发光颜色的不同，需要的驱动电压也有差异。我们使用的LED0和LED1是红绿两个颜色的贴片灯珠，它的正常工作驱动电流典型值约为25mA/1.8V。而STM32的GPIO的输出电流也大概是25mA/3.3V，所以可以直接用STM32的IO驱动这种LED。但STM32对总的输出电流有限制，为了经过LED的电流更稳定，我们一般不用STM32的IO直接输出电流驱动LED，而是通过外接电阻的方式限制灌入STM32的电流。如我们使用红灯时灌到IO口的最大电流约为（3.3-1.8）V/510R≈2.94mA。

图13.2.2 STM32 IO的电气参数

13.3 程序设计
了解了GPIO的结构原理和寄存器，还有我们的实验功能，下面开始设计程序。
13.3.1 GPIO的HAL库驱动分析
HAL库中关于GPIO的驱动程序在stm32h7xx_hal_gpio.c文件以及其对应的头文件。
1.HAL_GPIO_Init函数
要使用一个外设我们首先要对它进行初始化，所以我们先看外设GPIO的初始化函数。其声明如下：
void HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init);
函数描述：
用于配置GPIO功能模式，还可以设置EXTI功能。
函数形参：
形参1是端口号，可以有以下的选择：

#define GPIOA ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE)% X7 p8 A3 g2 c! P- [+ j$ `
#define GPIOB ((GPIO_TypeDef *) GPIOB_BASE)' E* l& r& q2 E" N2 `6 x
#define GPIOC ((GPIO_TypeDef *) GPIOC_BASE)
- P. H( g" y9 |+ A2 w8 ?: y
#define GPIOD ((GPIO_TypeDef *) GPIOD_BASE)$ ?( A& n O2 R
#define GPIOE ((GPIO_TypeDef *) GPIOE_BASE)% `7 [6 ?" F+ @7 j& Q/ i
#define GPIOF ((GPIO_TypeDef *) GPIOF_BASE)2 f+ V( j' ?' f3 \ d8 u7 n
#define GPIOG ((GPIO_TypeDef *) GPIOG_BASE): ?6 v3 D# @# \9 j$ z! y8 R
#define GPIOH ((GPIO_TypeDef *) GPIOH_BASE)8 J c0 N, x: r3 O8 L% Z% z8 u# ?
#define GPIOI ((GPIO_TypeDef *) GPIOI_BASE)
" K) y+ a& U/ N. r; o) w6 Q
#define GPIOJ ((GPIO_TypeDef *) GPIOJ_BASE)
* \/ P/ l( }' j# f
#define GPIOK ((GPIO_TypeDef *) GPIOK_BASE)

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这是库里面的选择项，实际上我们的芯片只能从GPIOA~GPIOE，因为我们只有5组IO口。
形参2是GPIO_InitTypeDef类型的结构体指针变量，其定义如下：

typedef struct9 b5 B) J& S# o
{
) S5 C- R0 l5 r9 A I6 W! J g
uint32_t Pin; /* 引脚号 */2 B6 C- ^1 }- I; r# p
uint32_t Mode; /* 模式设置 */) E3 N6 @ V; _9 U
uint32_t Pull; /* 上拉下拉设置 */: J& L% n- b) M5 D7 ]7 O/ s; J+ w
uint32_t Speed; /* 速度设置 */
. b. ?! K( }: [' j* `" g
uint32_t Alternate; /* 复用功能 */; ]0 ]2 m E" c; Q
} GPIO_InitTypeDef;

复制代码

该结构体很重要，下面对每个成员介绍一下。
成员Pin表示引脚号，范围：GPIO_PIN_0到 GPIO_PIN_15，另外还有GPIO_PIN_All和GPIO_PIN_MASK可选。
成员Mode是GPIO的模式选择，有以下选择项：

#define GPIO_MODE_INPUT (0x00000000U) /* 输入模式 */
/ T) x! G! e" w, g
#define GPIO_MODE_OUTPUT_PP (0x00000001U) /* 推挽输出 */
$ L3 I/ a# N! f' t: m: Y
#define GPIO_MODE_OUTPUT_OD (0x00000011U) /* 开漏输出 */2 n0 F; @! x. H# s a+ J0 P' ~
#define GPIO_MODE_AF_PP (0x00000002U) /* 推挽式复用 */
+ r" h6 `1 H4 @3 R, w
#define GPIO_MODE_AF_OD (0x00000012U) /* 开漏式复用 */
4 N" r/ r& V, _) l* H/ o" d* a
) `0 q" L$ O, [' U# ?
#define GPIO_MODE_ANALOG (0x00000003U) /* 模拟模式 */
: O7 Q# Y3 J# e+ N5 |8 s+ |
( W; I7 J5 m) Q- b* U% t
#define GPIO_MODE_IT_RISING (0x11110000U) /* 外部中断，上升沿触发检测 */
4 r6 [3 d0 j) J/ V5 x9 r# z+ L
#define GPIO_MODE_IT_FALLING (0x11210000U) /* 外部中断，下降沿触发检测 */% G4 c9 i7 T4 L/ _4 F/ U
/* 外部中断，上升和下降双沿触发检测 */7 E4 E7 Z% P' M% _& O
#define GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING (0x11310000U)
( O1 O% W7 O8 ]! G
! O* L; `5 a9 h+ l1 p) ^
#define GPIO_MODE_EVT_RISING (0x11120000U) /* 外部事件，上升沿触发检测 */5 j! D: f& N6 X/ p6 s6 {
#define GPIO_MODE_EVT_FALLING (0x11220000U) /* 外部事件，下降沿触发检测 */2 T& f- @) J! v* N9 _$ n: j
/* 外部事件，上升和下降双沿触发检测 */
4 B: Q. y m# i! [! ~4 D. U8 K# W
#define GPIO_MODE_EVT_RISING_FALLING (0x11320000U)9 |2 t" S( ~5 y+ j
成员Pull用于配置上下拉电阻，有以下选择项：
' j' e; L8 r, ]
#define GPIO_NOPULL (0x00000000U) /* 无上下拉 */* q/ I& a. L) D
#define GPIO_PULLUP (0x00000001U) /* 上拉 */
( @+ O, \ h) E5 v8 j, E
#define GPIO_PULLDOWN (0x00000002U) /* 下拉 */& M0 O7 E% \ G* a3 h E {
成员Speed用于配置GPIO的速度，有以下选择项：
- ~# W3 P) Y8 o3 a
#define GPIO_SPEED_FREQ_LOW (0x00000000U) /* 低速 */
* b W( F( {! B+ ^- T- L
#define GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM (0x00000001U) /* 中速 */7 S% [8 J+ O; | U: V
#define GPIO_SPEED_FREQ_HIGH (0x00000002U) /* 快速 */' F; y; t Z: U; ?& u/ ?
#define GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH (0x00000003U) /* 高速 */

复制代码

成员Alternate用于配置具体的复用功能，不同的GPIO口可以复用的功能不同，具体可参考数据手册《STM32H750VBT6.pdf》。复用功能的选择在stm32h7xx_hal_gpio_ex.h文件里进行了定义，后面具体用到了，我们在进行讲解。
函数返回值：
无
注意事项：
HAL库的EXTI外部中断的设置功能整合到此函数里面，而不是单独独立一个文件。这个我们到外部中断实验再细讲。
2. HAL_GPIO_WritePin函数
HAL_GPIO_WritePin函数是GPIO口的写引脚函数。其声明如下：
void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef *GPIOx,
uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState);
函数描述：
用于设置引脚输出高电平或者低电平，通过BSRR寄存器复位或者置位操作。
函数形参：
形参1是端口号，可以选择范围：GPIOA~GPIOK。
形参2是引脚号，可以选择范围：GPIO_PIN_0到 GPIO_PIN_15。
形参3是要设置输出的状态，是枚举型有两个选择：GPIO_PIN_SET 表示高电平，GPIO_PIN_RESET表示低电平。
函数返回值：
无
3. HAL_GPIO_TogglePin函数
HAL_GPIO_TogglePin函数是GPIO口的电平翻转函数。其声明如下：
void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
函数描述：
用于设置引脚的电平翻转，也是通过BSRR寄存器复位或者置位操作。
函数形参：
形参1是端口号，可以选择范围：GPIOA~GPIOK。
形参2是引脚号，可以选择范围：GPIO_PIN_0到 GPIO_PIN_15。
函数返回值：
无
本实验我们用到上面三个函数，其他的API函数后面用到再进行讲解。
GPIO输出配置步骤
1）使能对应GPIO时钟
STM32在使用任何外设之前，我们都要先使能其时钟（下同）。本实验用到PB5和PE5两个IO口，因此需要先使能GPIOB和GPIOE的时钟，代码如下:
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();
2）设置对应GPIO工作模式（推挽输出）
本实验GPIO使用推挽输出模式，控制LED亮灭，通过函数HAL_GPIO_Init设置实现。
3）控制GPIO引脚输出高低电平
在配置好GPIO工作模式后，我们就可以通过HAL_GPIO_WritePin函数控制GPIO引脚输出高低电平，从而控制LED的亮灭了。
13.3.2 程序流程图
程序流程图能帮助我们更好的理解一个工程的功能和实现的过程，对学习和设计工程有很好的主导作用。
下面看看本实验的程序流程图：

图13.3.2.1 跑马灯实验程序流程图
13.3.3 程序解析
1.led驱动代码
这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。LED驱动源码包括两个文件：led.c和led.h。
下面我们先解析led.h的程序，我们把它分两部分功能进行讲解。
由硬件设计小节，我们知道RGB灯在硬件上分别连接到PB4、PE5、PE6，再结合HAL库，我们做了下面的引脚定义。

/*****************************************************************************/
( l$ C! w' g' s$ n
/* 引脚定义 */4 @& Q C5 r) z, x. O# [
# H; s4 w4 E7 R, N
#define LED0_GPIO_PORT GPIOB
9 S$ S: G# n" v
#define LED0_GPIO_PIN GPIO_PIN_4
( ?/ w- {& V; [; {) l, T. v
/* PB口时钟使能 */
X. j2 S2 w) S6 a" U$ K
#define LED0_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); }while(0), U I8 ]8 N, ~9 ^
6 t/ z3 E# w! a
#define LED1_GPIO_PORT GPIOE
* D0 n: ` ~/ f( E* }
#define LED1_GPIO_PIN GPIO_PIN_6
+ F( D* j$ x+ X
/* PE口时钟使能 */
# z# I$ o6 u1 y1 T. q1 ~1 y9 N
#define LED1_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE(); }while(0)# I4 C3 p. c5 f
* `4 A$ q. p3 {2 }$ L% s6 L
#define LED2_GPIO_PORT GPIOE
+ ]% O% S- y0 P0 L. y
#define LED2_GPIO_PIN GPIO_PIN_5 w0 H7 c4 H8 q$ Q6 {& U; Y1 {
/* PE口时钟使能 */
7 D4 C" z( R, ?7 Q% V$ p6 a, V- }
#define LED2_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE(); }while(0)9 ^/ l8 \9 d0 _! d/ ?3 r
/*****************************************************************************/0 `8 r2 c6 O: W! p8 i, V* E1 W3 u9 b

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这样的好处是进一步隔离底层函数操作，移植更加方便，函数命名更亲近实际的开发板。比如：当我们看到LED0_GPIO_PORT这个宏定义，我们就知道这是灯LED0的端口号；看到LED0_GPIO_PIN这个宏定义，就知道这是灯LED0的引脚号；看到LED0_GPIO_CLK_ENABLE这个宏定义，就知道这是灯LED0的时钟使能函数。大家后面学习时间长了就会慢慢熟悉这样的命名方式。
特别注意：这里的时钟使能函数宏定义，使用了do{ }while(0)结构，是为了避免在某些使用场景出错的问题（下同），详见《嵌入式单片机 C代码规范与风格》第六章第2点。
__HAL_RCC_GPIOx_CLK_ENABLE函数是HAL库的IO口时钟使能函数，x=A到K。
为了后续对RGB灯进行便捷的操作，我们为RGB灯操作函数做了下面的定义。

/* LED端口定义 */7 G) T6 U7 Z& f- N6 M2 w
#define LED0(x) do{ x ? \5 w! X6 r d, N$ U2 n) a( X: [3 W1 w
HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_PORT,
! J: L t1 g" Q
LED0_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
- i, u# i8 r: E0 V6 q# k2 R
HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_PORT,
! W p) o5 m! \- ?
LED0_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \
" E7 b3 e6 K) s% m: _
}while(0) /* LED0 = RED */6 j& b- b W1 t+ S- T& Q
5 s: ^7 H \1 @6 Z* P" E
#define LED1(x) do{ x ? \
W/ ?6 P) M9 X3 T3 b2 T
HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT,
& W+ c9 j+ g9 y+ ^/ N1 v: J
LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \* Q% S6 C; n: I ]# R6 w) c
HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT, 7 X8 f/ h$ k) K4 O2 _# T- O) g' S$ q
LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \" j W0 b- [8 y/ m" k9 \% ?& m
}while(0) /* LED1 = GREEN */
8 F/ W, N# h' _4 j* _
. r! L/ I7 e% B; m" z
#define LED2(x) do{ x ? \
9 s. D$ Y+ s/ P% H1 d) G
HAL_GPIO_WritePin(LED2_GPIO_PORT, * q) z( [( q \! e7 y
LED2_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
/ ?* g/ D) }+ w F/ ?4 D- n" k* a0 L
HAL_GPIO_WritePin(LED2_GPIO_PORT,
1 k: |: s+ M! Q8 @3 X9 W: a
LED2_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \( J/ @- I/ i( g
}while(0) /* LED2 = BLUE */
/ B6 U) P" R4 ~, o$ N) _$ K
; j8 x/ `( h5 I" n% U
/* LED取反定义 */! x- F" w' z. H8 R
#define LED0_TOGGLE() do{ HAL_GPIO_TogglePin(LED0_GPIO_PORT,
& O1 f0 S/ {) w1 J ~
LED0_GPIO_PIN); }while(0) /* LED0 = !LED0 */5 v# O- E9 X0 o2 ^0 s. i
#define LED1_TOGGLE() do{ HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_PORT, 6 y% `& j2 ]/ ^% r5 E
LED1_GPIO_PIN); }while(0) /* LED1 = !LED1 */
) @- r9 n9 j8 J6 t" g8 z& K
#define LED2_TOGGLE() do{ HAL_GPIO_TogglePin(LED2_GPIO_PORT,
" L' i5 G' \! R% p$ W
LED2_GPIO_PIN); }while(0) /* LED2 = !LED2 */

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LED0、LED1和LED2这三个宏定义，分别是控制LED0、LED1和LED2的亮灭。例如：对于宏定义标识符LED0(x)，它的值是通过条件运算符来确定：当x=0时，宏定义的值为HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_PORT, LED0_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET)，也就是设置PB4输出低电平，当n!=0时，宏定义的值为HAL_GPIO_WritePin (LED0_GPIO_PORT, LED0_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET)，也就是设置PB4输出高电平。所以如果要设置LED0输出低电平，那么调用宏定义LED0(0)即可，如果要设置LED0输出高电平，调用宏定义LED0(1)即可。宏定义LED1(x)和LED0(x)同理。
因为STM32H7不支持位带操作，所以这里我们并没有像F1/F4一样通过位带操作来实现IO口输出输入电平控制。
LED0_TOGGLE、LED1_TOGGLE和LED2_TOGGLE这三个宏定义，分别是控制LED0、LED1和LED2的翻转。这里利用HAL_GPIO_TogglePin函数实现IO口输出电平取反操作。
下面我们再解析led.c的程序，这里只有一个函数led_init，这是RGB灯的初始化函数，其定义如下：

/**! t/ s1 ?1 }& X+ _' K- P9 g. ^
* @brief 初始化LED相关IO口, 并使能时钟
! r( ~# e4 I% h# w9 x) V1 l
* @param 无 [5 ^. N# l. S' S8 S) t
* @retval 无
1 U& E6 i) O$ k- n0 t
*/0 }( e7 y! e6 A8 `& R+ Y) t
void led_init(void)
# D V! b) P* d" J" `" Q: c2 I
{) _7 N) Z$ j$ Y
GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;" p, F; z Q% ]; C. Z9 o
LED0_GPIO_CLK_ENABLE(); /* LED0时钟使能 */
% P" X5 ^: G7 N# q) [4 s
LED1_GPIO_CLK_ENABLE(); /* LED1时钟使能 */3 T4 y6 S" \8 q, P& B
LED2_GPIO_CLK_ENABLE(); /* LED2时钟使能 */
/ G% G# e+ t3 k4 r, ~8 {) n
6 k9 I, S8 o# o8 S' K7 F; o/ V
gpio_init_struct.Pin = LED0_GPIO_PIN; /* LED0引脚 */& l/ C3 }# K8 `6 m
gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; /* 推挽输出 */
) v3 K/ j) J) I, Y: H! J
gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP; /* 上拉 */
/ Z- S ^& _4 b4 }' y/ | o3 _
gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM; /* 中速 */: @! B: y. `& J) u4 R+ \' z
HAL_GPIO_Init(LED0_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 初始化LED0引脚 */8 c. L" S+ i$ E; J7 [
, p6 {( i# C4 d
gpio_init_struct.Pin = LED1_GPIO_PIN; /* LED1引脚 */
9 [6 `9 X8 H( P! \; T& G
HAL_GPIO_Init(LED1_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 初始化LED1引脚 */! I: w6 j% d: v2 ~
. H8 I$ Z! n' { h; w( Z
gpio_init_struct.Pin = LED2_GPIO_PIN; /* LED2引脚 */. d3 E( y# _ T$ w, q6 ~ ~5 m
HAL_GPIO_Init(LED2_GPIO_PORT, &gpio_init_struct); /* 初始化LED2引脚 */4 Y$ ^ S/ `8 ?- K" X- E$ q5 H3 u
# e( S- C+ W5 X E+ P
LED0(1); /* 关闭 LED0 */
7 Y# R1 q3 v$ P! _& f6 s
LED1(1); /* 关闭 LED1 */ Z7 c) i+ Y% _& W% \
LED2(1); /* 关闭 LED2 *// F/ V! E2 s, L( B
}

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对RGB灯的三个引脚都设置为中速上拉的推挽输出。最后关闭RGB的三个LED灯，防止没有操作就亮了。
2. main.c代码
在main.c里面编写如下代码：

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
4 S$ ~% J2 H7 S W+ U
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
3 p7 v% Z. w! h8 y1 b
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
" n5 C; b9 d: Z
#include "./BSP/LED/led.h"
8 H v H5 s7 R2 m3 u
int main(void)$ R1 s/ Z t6 w+ P7 } h/ w
{
& \$ D& j2 q: m2 H Z
sys_cache_enable(); /* 打开L1-Cache */6 k$ q2 x- m. A4 S6 x" r5 H$ ~
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
2 J: b- x. O( q) S9 y" s
sys_stm32_clock_init(240, 2, 2, 4); /* 设置时钟, 480Mhz *// r6 E g5 @- z, E6 @1 R% C' d
delay_init(480); /* 延时初始化 */
3 k4 S ]; H6 g( A
led_init(); /* 初始化LED */
7 i* N0 \. @& O4 ~! O
- ?8 j! ^/ S/ P" d& g$ x
while (1)
; q; C0 }, E7 Z+ L5 Q
{; y4 P2 i0 M! D* m; q8 t5 k
LED2(1); /* LED2(BLUE) 灭 *// \' N0 w* b' N! B) L A7 P
LED0(0); /* LED0(RED) 亮 */. b$ I# d5 A% e, k6 ^
delay_ms(500);. n& _, A r# c4 Y6 U9 X
LED0(1); /* LED0(RED) 灭 */
' t. c! ?/ s% n7 t
LED1(0); /* LED1(GREEN) 亮 */
' l8 b; V/ y! h# ^8 i
delay_ms(500);% D' V; B% m' X: u
LED1(1); /* LED1(GREEN) 灭 */
+ V x+ Z+ v7 V4 w6 _) q
LED2(0); /* LED2(BLUE) 亮 */2 M9 l4 m( y, Q6 N: s6 J5 \
delay_ms(500);
{2 J! f7 S' `6 w" ?/ o8 R( |1 d
}, v) e y$ C* X: d: d
}

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首先是调用系统级别的初始化：sys_cache_enable函数使能I-Cache和D-Cache，然后初始化 HAL库、系统时钟和延时函数。接下来，调用led_init来初始化RGB灯。最后在无限循环里面实现LED0、LED1和LED2间隔500ms交替闪烁一次。
13.4 下载验证
我们先来看看编译结果，如图13.4.1所示。

图13.4.1 编译结果
可以看到没有0错误，0警告。从编译信息可以看出，我们的代码占用FLASH大小为：13364字节（12874+714），所用的SRAM大小为：2424个字节（32+2392）。这里我们解释一下，编译结果里面的几个数据的意义：
Code：表示程序所占用FLASH的大小（FLASH）。
RO-data：即Read Only-data，表示程序定义的常量（FLASH）。
RW-data：即Read Write-data，表示已被初始化的变量（SRAM）
ZI-data：即Zero Init-data，表示未被初始化的变量(SRAM)
有了这个就可以知道你当前使用的flash和sram大小了，所以，一定要注意的是程序的大小不是.hex文件的大小，而是编译后的Code和RO-data之和。
接下来，大家就可以下载验证了。这里我们使用DAP仿真器下载（也可以通过其他仿真器下载，如果是JLINK，必须是V9或者以上版本，才可以支持STM32H750!! 下同）。
下载完之后，可以看到RGB灯的LED0（红）、LED1（绿）和LED2（蓝）轮流亮。
至此，我们的跑马灯实验的学习就结束了，本章介绍了STM32H750的IO口的使用及注意事项，是后面学习的基础，希望大家好好理解。
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