STM32F1模拟I2C通信中寄存器操作IO方向详解

#define SDA_IN()  {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)8<<28;}
#define SDA_OUT() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)3<<28;}

对于我们学的STM32都是习惯性的调用库函数，操作GPIO直接对结构体成员直接赋值即可。学到I2C通信时，看到以上代码中突如其来的寄存器操作，对于我这个新手小白来说是一脸懵逼状态，经过一个下午的学习，也算是搞懂了GPIO寄存器操作。分享一下个人学习总结，有错误的地方欢迎各路大佬指正。

1、所需基础知识回顾

• 由参考手册可知，GPIO端口每个位可以由软件分别配置为：
  • 输入浮空
  • 输入上拉
  • 输入下拉
  • 模拟输入
  • 推挽式输出
  • 推挽式复用功能
  • 开漏复用功能
• 每个GPIO端口由七个寄存器来控制，分别为：
  • 端口配置低寄存器(GPIOx_CRL)
  • 端口配置高寄存器(GPIOx_CRH)
  • 端口输入数据寄存器(GPIOx_IDR)
  • 端口输出数据寄存器(GPIOx_ODR)
  • 端口位设置/清除寄存器(GPIOx_BSRR)
  • 端口位清除数据寄存器(GPIOx_BRR)
  • 端口配置锁定寄存器(GPIOx_LCKR)

注：其中GPIOx_CRL配置GPIOx_Pin0——GPIOx_Pin7引脚，GPIOx_CRH配置GPIOx_Pin8——GPIOx_Pin15引脚（这个必须要明白）

• 逻辑运算
  • 左移运算
    • Value << num
    • num:指定要移位值Value移动的位数
    • 丢弃最高位，0补在最低位
    • 左移一位相当于乘以2的1次方，左移n位相当于乘以2的n次方
    • 例如：8<<28，即：8向左移动28位
  • 与运算：1 & A = A ；可得出1跟任意数进行”与“运算不会改变其值
• STM32寄存器描述
  • GPIOx_CRL寄存器，也就是低位寄存器。配置：Pin0—Pin7。图一如下：
    
  • GPIOx_CRH寄存器，也就是高位寄存器.配置：Pin8—Pin15。图二如下：
    
    也就是一个GPIOx端口分为GPIOx_CRL寄存器和GPIOx_CRH寄存器，其中MODE0[1:0]和CNF7[1:0]一起表示Pin0的配置值，以下依此类推，MODE7[1:0]和CNF7[1:0]一起表示Pin7的配置值。

2、代码详解

对于文章开头提到的两个宏定义分开两条解释，SDA_IN()如下：

#define SDA_IN()  {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)8<<28;}

• 其中GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF 等价于 (GPIOB->CRL) = (GPIOB->CRL) & 0X0FFFFFFF
  • 含义为：由于上述提到的CRL为低位寄存器，意思是把GPIOB端口的CRL寄存器的28、29、30、31位清0，即将PB7中CNF7[1:0]和MODE[1:0]四位都置零。（这里应该还是蛮好理解的）
• 其中GPIOB->CRL|=(u32)8<<28等价于GPIOB->CRL = GPIOB->CRL | (u32)(8<<28)
  • 由于u32强制类型转换为32位，则8的二进制为：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000
  • 将8左移28位得：1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
  • 由左移之后的数据可知：将31、30、29、28位设置为1000。下面对上图中的CNF和MODE解析
    • 即将PB的CRL寄存器中29和28位设置为00，由图一可知，其中29位MODE7[1]的值=0；28位MODE7[0]的值为0；图三如下：
      
    • 由上图得知：29:28位配置为00，由下表得知，MODE1和MODE0为00时为输入模式。图四如下：
    • 接下来分析31:30位的值:10，由图一可知，其中31位CNF7[1]的值=1；30位CNF7[0]的值为0。图五如下：
      
    • 由29:28位得知：为输入模式，且31:30位的值为10，对照图四亦可得出，即为上下拉输入模式

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SDA_OUT()如下：

#define SDA_OUT() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)3<<28;}

• 其中(GPIOB->CRL) &= 0X0FFFFFFF等价于 (GPIOB->CRL) = (GPIOB->CRL) & 0X0FFFFFFF
  • 其含义为：把PB端口的CRL寄存器的第28、29、30和31位清空，把GPIOB端口中的CNF7[1:0]和MODE7[1:0]置零
• 其中GPIOB->CRL |= (u32)3<<28 等价于 GPIOB->CRL = GPIOB->CRL | (u32)(3<<12)
  • 3转换为2进制为：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011
  • 将3左移28位得：0011 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
    • 分析左移之后的数据为，将31、30、29、28位设置为00 11
      • PB的CRL寄存器中29和28位设置为11，其中29位MODE7[1]的值=1；28位MODE7[0]的值为1。即为输出模式，最大速度为50Mhz。
        
      • PB的CRL寄存器中31和30位设置为00，其中31位CNF7[1]的值=0；30位CNF7[0]的值为0；由图五可知：通用推挽式输出模式。

3、通用GPIO方向设置代码

待写