基于寄存器&标准外设库的LED流水灯

原创

已于 2023-10-14 21:20:52 修改 · 836 阅读

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#单片机 #嵌入式硬件

于 2023-10-14 20:13:15 首次发布

前言

1. 确定实现LED流水灯代码的逻辑

需要的功能有：
① 点亮与熄灭流水灯–实验的首要功能
② 计时器–用于以时间控制led效果

2. 准备工作

① LED灯珠
② STM32电路板
本次选择STM32F103C8T6
③ 标准外设库
④ 选择控制的引脚：本次选择A10,B5以及C13引脚

3. 算法思路

① 设计延时函数

延时函数，用于以秒为单位进行延时

② 启用GPIO的时钟：

在STM32微控制器中，每个GPIO端口都有对应的时钟使能位，需要启用相应的GPIO端口时钟才能进行配置和控制。GPIOA、GPIOB、和GPIOC分别对应不同的GPIO端口。

这是因为时钟管理是微控制器内部各个模块的重要组成部分，它可以用来控制不同模块的运行时钟。通过启用相应的GPIO端口时钟，你允许这些GPIO端口正常工作，并可以进行配置和控制。

具体来说，通过启用GPIO端口的时钟，你可以：

配置GPIO引脚的工作模式（比如输入、输出、复用功能等）。
控制GPIO引脚的电平状态（点亮LED、控制外部设备）。
使用GPIO引脚来连接外部电路或器件，如传感器、开关等。
监控GPIO引脚的输入状态，以获取外部信息。
因此，启用GPIO端口的时钟是确保你可以正确配置和使用微控制器的GPIO引脚的重要步骤。启用GPIOA、GPIOB和GPIOC端口的时钟，使它们可用于配置和控制对应的A10,B5,C13引脚

③配置引脚为通用推挽输出

GPIO支持4种输入模式（浮空输入、上拉输入、下拉输入、模拟输入）和4种输出模式（开漏输出、开漏复用输出、推挽输出、推挽复用输出）。同时，GPIO还支持三种最大翻转速度（2MHz、10MHz、50MHz）。

每个I/O口可以自由编程，但I/O口寄存器必须按32位字被访问。

1.GPIO_Mode_AIN 模拟输入

模拟输入模式下，I/O端口的模拟信号（电压信号，而非电平信号）直接模拟输入到片上外设模块，比如ADC模块等等

2.GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入

浮空输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。也就是说，I/O的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定；如果在该引脚悬空（在无信号输入）的情况下，读取该端口的电平是不确定的

3.GPIO_Mode_IPD 下拉输入

下拉输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在I/O端口悬空（在无信号输入）的情况下，输入端的电平可以保持在低电平；并且在I/O端口输入为高电平的时候，输入端的电平也还是高电平

4.GPIO_Mode_IPU 上拉输入

上拉输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。但是在I/O端口悬空（在无信号输入）的情况下，输入端的电平可以保持在高电平；并且在I/O端口输入为低电平的时候，输入端的电平也还是低电平

5.GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出

开漏输出模式下，通过设置位设置/清除寄存器或者输出数据寄存器的值，途经N-MOS管，最终输出到I/O端口。这里要注意N-MOS管，当设置输出的值为高电平的时候，N-MOS管处于关闭状态，此时I/O端口的电平就不会由输出的高低电平决定，而是由I/O端口外部的上拉或者下拉决定；当设置输出的值为低电平的时候，N-MOS管处于开启状态，此时I/O端口的电平就是低电平。同时，I/O端口的电平也可以通过输入电路进行读取；注意，I/O端口的电平不一定是输出的电平

6.GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出

推挽输出模式下，通过设置位设置/清除寄存器或者输出数据寄存器的值，途经P-MOS管和N-MOS管，最终输出到I/O端口。这里要注意P-MOS管和N-MOS管，当设置输出的值为高电平的时候，P-MOS管处于开启状态，N-MOS管处于关闭状态，此时I/O端口的电平就由P-MOS管决定：高电平；当设置输出的值为低电平的时候，P-MOS管处于关闭状态，N-MOS管处于开启状态，此时I/O端口的电平就由N-MOS管决定：低电平。同时，I/O端口的电平也可以通过输入电路进行读取；注意，此时I/O端口的电平一定是输出的电平

7.GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出

开漏复用输出模式，与开漏输出模式很是类似。只是输出的高低电平的来源，不是让CPU直接写输出数据寄存器，取而代之利用片上外设模块的复用功能输出来决定的

8.GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出

推挽复用输出模式，与推挽输出模式很是类似。只是输出的高低电平的来源，不是让CPU直接写输出数据寄存器，取而代之利用片上外设模块的复用功能输出来决定的

Q:为何要设置为推挽输出模式？
点亮LED或控制其他输出设备时，使用通用推挽输出模式是常见的选择，因为这种输出模式提供了许多优点：

高驱动能力：通用推挽输出模式能够提供较高的输出电流，可以驱动各种负载，包括LED、继电器、电机和其他外部设备。这意味着它能够轻松地控制不同类型的负载。
双向控制：通用推挽输出模式允许引脚的状态既能设为高电平又能设为低电平。这使得你可以轻松地在需要时点亮或熄灭LED，也可以控制其他双向负载。
抗干扰能力：通用推挽输出模式对于外部干扰（例如噪声）具有一定的抗干扰能力，因为它在高电平和低电平状态都有一个相对稳定的输出电压。
低功耗：与开漏输出模式相比，通用推挽输出模式通常在输出高电平时具有更低的功耗。这有助于在需要时节省电能。
多功能性：通用推挽输出模式可以用于多种用途，因此适用于多种应用场景，包括输入捕获、输出比较等。

④ 通过输出高低电平控制LED

电平（Voltage Level）是指电压的状态，通常用于描述数字电路中的信号状态。在数字电路中，通常有两个电平，即高电平（High Level）和低电平（Low Level）。

高电平：通常表示为逻辑1或者是高电压状态，它对应于正电压，通常表示为“1”或“真”。
低电平：通常表示为逻辑0或者是低电压状态，它对应于负电压，通常表示为“0”或“假”。
在数字电路中，通过电压的高低电平来表示和传递信息。例如，通常情况下，LED（Light Emitting Diode，发光二极管）的亮灭状态与控制它的引脚的电平有关。LED通常需要连接到电源（高电平）和地（低电平）来工作，因此控制引脚的高低电平就能控制LED的亮灭。

具体来说，LED是一种半导体器件，当它的两端之间施加电压时，会发光。LED通常是双向极性器件，其中一个引脚是阳极（Anode），另一个引脚是阴极（Cathode）。通过将阳极连接到高电平（正电压）而将阴极连接到低电平（地或负电压），电流会在LED中流动，激活LED并导致其发光。

因此，通过控制连接LED的引脚的高低电平，你可以实现LED的亮灭控制。当引脚处于高电平时，LED亮；当引脚处于低电平时，LED灭。这是数字电路中基本的亮灭控制原理。当然，使灯亮是高电平还是低电平，需要看具体的线路，下文会提到。

一、基于寄存器点亮LED流水灯

1.创建工程

新建工程在这里插入图片描述

选择对应型号

勾选

新建main.c

添加到Source Group1

2. 编写代码

Ⅰ 代码

先上代码再解释：

#include "stm32f10x.h"
void SysTick_Handler(void) {
   
   
    // 什么也不做，只是为了满足SysTick中断的要求
}

void delay_s(uint32_t s) {
   
   
    // 配置SysTick定时器为1毫秒滴答
    SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000);

    // 计算所需的滴答数
    uint32_t ticks = s * 1000;

    while (ticks) {
   
   
        if (SysTick->CTRL & SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk) {
   
   
            // 如果SysTick倒计时到0
            ticks--;
        }
    }

    // 关闭SysTick定时器
    SysTick->CTRL =