【北京迅为】《STM32MP157开发板使用手册》- 第二十六章Cortex-M4 GPIO

iTOP-STM32MP157开发板采用ST推出的双核cortex-A7+单核cortex-M4异构处理器，既可用Linux、又可以用于STM32单片机开发。开发板采用核心板+底板结构，主频650M、1G内存、8G存储，核心板采用工业级板对板连接器，高可靠，牢固耐用，可满足高速信号环境下使用。共240PIN，CPU功能全部引出:底板扩展接口丰富底板板载4G接口(选配)、千兆以太网、WIFI蓝牙模块HDMI、CAN、RS485、LVDS接口、温湿度传感器(选配)光环境传感器、六轴传感器、2路USB OTG、3路串口，CAMERA接口、ADC电位器、SPDIF、SDIO接口等

第二十六章Cortex-M4 GPIO_蜂鸣器实验

本章节最终所完成的实验例程存放路径为“iTOP-STM32MP157开发板网盘资料汇总\06_Cortex-M4实验例程\02_BEEP.zip”。

26.1 什么是蜂鸣器

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。

压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成，当接通电源后（1.5~15V 直流工作电压），多谐振荡器起振,输出 1.5～5kHZ 的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。

电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。其实一句话就可概括它们之间的区别，要想压电式蜂鸣器发声，需提供一定频率的脉冲信号；要想电磁式蜂鸣器发声，只需提供电源即可。

开发板上使用的蜂鸣器是有源蜂鸣器，属于电磁式蜂鸣器类型。这里说的有源，并不是指电源的意思，而是指蜂鸣器内部是否含有振荡电路，有源蜂鸣器内部自带振荡电路，只需提供电源即可发声，而无源蜂鸣器则需提供一定频率的脉冲信号才能发声，频率大小通常在 1.5-5KHz 之间。有源蜂鸣器实物图如下图所示：

如果给有源蜂鸣器加一个 1.5-5KHz 的脉冲信号，同样也会发声，而且改变这个频率，就可以调节蜂鸣器音调，产生各种不同音色、音调的声音。如果改变输出电平的高低电平占空比，则可以改变蜂鸣器的声音大小。

26.2 实验目的

1）STM32CubeIDE工具软件的使用更熟练

2）GPIO口使用方法的巩固

26.3 蜂鸣器电路的分析

我们的蜂鸣器电路的原理图如下：

可以看到蜂鸣器的发声由Q3 L9014的NPN三极管控制通断，当三极管导通时蜂鸣器也会导通发声，当三极管截止时蜂鸣器不发声，所以我们只需要通过控制MCO1 GPIO引脚输出的高低电平来控制三极管的通断，进而控制蜂鸣器的发声。

以下为蜂鸣器对应的控制引脚：

BEEP

PI11

26.4 实验步骤

26.4.1建立BEEP工程

首先我们打开STM32CubeIDE软件，进入软件界面之后，我们点击File属性，选择NEW下的STM32 Project的选项，如下图所示：

然后我们会进入下图所示界面：在Part Number选择框输入STM32MP157A，然后在右边的选择界面选择STM32MP157AAA，然后点击Next选项

在Project Name框中输入工程名字BEEP，然后点击Finish选项即可，如下图所示：

等待工程创建完毕，会询问我们是否要安装OpenSTLinux ，由于我们是在windows环境下，所以我们不需要安装，点击NO即可

至此我们的工程创建完毕，进入工程界面如下图所示界面：

26.4.2 GPIO功能引脚配置

首先我们在下面的搜索框之中输入我们要配置的引脚，在这里对PE11为例进行搜索，输入名称之后，对应的引脚在工程中会闪烁，如下图所示：

然后我们使用鼠标左键点击对应的引脚会弹出PI11的复用功能选择，我们在这里选择复用为GPIO_Output功能，如下图所示：

配置完复用功能之后，我们还要配置 Pin Reserved 选项，如果不配置此项，在生成工程代码的时候将不会看到有关这个 Pin 的初始化代码。继续选中 PI11，右键弹出设置项，我们选择Pin ReservedàCortex-M4。如下图所示：

配置完成之后打开左侧菜单的 System CoreàGPIO 进入 GPIO 模式配置界面：如下图所示：

点击对应的引脚配置之后会弹出右下方的管脚配置界面，如上图所示：

在下方会列出要配置选项的具体说明和我们要进行的配置。

1）选项 GPIO output level 用来设置IO口的输出电平的高低，这这里我们选择LOW

2）选项 GPIO mode 用来设置 IO 口输出模式为 Output Push Pull(推挽)还是 Output Open Drain（开漏）。本实验我们设置为推挽输出 Output Push Pull。

3）选项 GPIO Pull-up/Pull-down 用来设置 IO 口是上拉/下拉/没有上下拉。本实验我们设置为上拉（Pull-up）。

4）选项 Mzximum ouput speed 用来设置 IO 口输出速度为低速(Low)/中速(Medium)/高速 (Hign)/快速(Very High)。我们设置为高速 High 。

5）选项 User Label 是用来设置初始化的 IO 口 Pin 值为我们自定义的宏，这里我们填写为BEEP。按照如上要求设置后的界面如下:

配置完成之后我们需要在Project Manage下的Code Generator选项下勾选 Generate peripheral initialization as a pair of ".c/.h' files per peripheral 选项，这样可以独立生成对应外设的初始化.h 和.c 文件（方便配置的查看），如下图所示：

26.4.3工程的生成与完善

在上述的步骤完成之后，按下键盘的“Ctrl+S”组合键保存保存 BEEP.ioc 文件，系统开始生成初始化代码，工程生成之后如下图所示：

然后我们进行工程的完善，以及添加对应的逻辑代码。

26.4.3.1 对应文件与文件夹的添加

首先在左侧的工程浏览页之中通过鼠标右键在BEEP_CM4的Core目录下创建名字为BSP的文件，具体步骤如下图所示：

然后在BSP目录下以同样的方法创建beep.c文件和Include目录，以及Include目录下的beep.h文件，创建完成如下图所示：

26.4.3.2 beep.h文件的完善

我们对beep.h文件进行代码的添加，将以下内容复制到beep.h文件之中如下图所示：

  1 #ifndef __BEEP_H
  2 #define __BEEP_H
  3 
  4 #include "gpio.h"
  5 #define BEEP(x)   do{ x ? \
  6                       HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_Port, BEEP_Pin, GPIO_PIN_SET) : \
  7                       HAL_GPIO_WritePin(BEEP_GPIO_Port, BEEP_Pin, GPIO_PIN_RESET); \
  8                   }while(0)
  9 #define BEEP_TOGGLE()    do{ HAL_GPIO_TogglePin(BEEP_GPIO_Port, BEEP_Pin); }while(0)
 10 
 11 void beep_init(void);
 12 
 13 #endif

下面我们将对该文件进行简单的讲解：

在第4行，我们引用了gpio.h文件，我们进入gpio.c文件之中，文件路径如下图所示：

在对应的位置下会看到MX_GPIO_Init()函数，很明显的可以看出该函数正是我们在4.5.2小节之中所配置的功能。

返回beep.h文件之中，在5-9行便是两个宏定义，第一个宏定义是用来设置BEEP状态的，后一个宏定义是使BEEP状态进行反转的。具体功能是通过两个函数来实现的分别为HAL_GPIO_WritePin和HAL_GPIO_TogglePin。

在stm32mp1xx_hal_gpio.c文件之中可以找到HAL_GPIO_WritePin和HAL_GPIO_TogglePin的定义如下图所示：

 1 void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)
  2 {
  3   /* Check the parameters */
  4   assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));
  5   assert_param(IS_GPIO_PIN_ACTION(PinState));
  6 
  7   if (PinState != GPIO_PIN_RESET)
  8   {
  9     GPIOx->BSRR = GPIO_Pin;
 10   }
 11   else
 12   {
 13     GPIOx->BSRR = (uint32_t)GPIO_Pin << GPIO_NUMBER;
 14   }
 15 }
 16 
 17 /**
 18   * @brief  Toggles the specified GPIO pins.
 19   * @param  GPIOx: Where x can be (A..K) to select the GPIO peripheral.
 20   * @param  GPIO_Pin: Specifies the pins to be toggled.
 21   * @retval None
 22   */
 23 void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
 24 {
 25   /* Check the parameters */
 26   assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));
 27 
 28   if ((GPIOx->ODR & GPIO_Pin) != 0x00u)
 29   {
 30     GPIOx->BRR = (uint32_t)GPIO_Pin;
 31   }
 32   else
 33   {
 34     GPIOx->BSRR = (uint32_t)GPIO_Pin;
 35   }
 36 }

HAL_GPIO_WritePin函数所实现的功能为设置对应的管脚的输出状态，GPIO_PIN_RESET为低电平、GPIO_PIN_SET为高电平。

HAL_GPIO_TogglePin函数所实现的功能为使对应管脚的输出状态反转（从高电平转为低电平，从低电平转为高电平）

26.4.3.3 beep.c文件的完善

在beep.c文件下，添加以下内容，以下内容实现的功能为定义beep_init函数，调用该函数之后使蜂鸣器的状态为不发声。

   #include "./Include/beep.h" 
   void led_init(void)
   {
        BEEP(0);
   }

26.4.3.4 main.c文件的完善

我们要修改的main.c文件路径如下图所示：

打开main.c文件，为了规范我们在/* USER CODE BEGIN Includes */和/* USER CODE END Includes */之间添加以下内容

#include "../BSP/Include/beep.h"

添加完成如下图所示：

然后在 /* USER CODE BEGIN 2 */和/* USER CODE END 2 */之间添加以下内容：

beep_init();

通过调用beep_init()函数来初始化蜂鸣器，使蜂鸣器的初始状态为不发声。

然后在/* USER CODE BEGIN 3 */下添加以下逻辑代码

BEEP_TOGGLE();

HAL_Delay(500);

添加完成如下图所示：

该逻辑代码所实现的功能为蜂鸣器状态进行反转，且每次翻转所持续的时间为500ms。

26.4.4工程的编译

在完成以上步骤之后我们点击工具栏的小锤子进行编译，编译图标如下图所示：

编译完成会在下方的终端中显示打印信息，如下图所示：

如果报错，需要自己根据错误的提示信息来进行问题的寻找和改正。

26.4.5工程的调试

由于STM32MP157的裸机部分和一般的单片机有些区别，他没有内部的存储，所以只能在程序编译成功之后，通过debug的方式来进行调试（将程序放在内存之中），调试过程如下：

首先，点击菜单栏中的小甲虫Debug调试按钮，弹出以下界面，

在弹出来的界面，按步骤，选择响应的属性（该步骤为Jlink的步骤，如果是STLink，调试探头选择对应的即可）。如下图所示：

选择完成之后，点击右下角的Debug按钮，点击之后，会进行再一次的编译，编译完成之后会弹出如下内容（作者用的是J-LinK),这里弹出的是J-link关于设备的选择，不同调试器的弹窗可能会不同

在弹出来的界面中，选择Accept接受，会弹出以下内容，继续点击下方的OK。

之后会来到设备选择界面，我们选择Cortex-M4，如下图所示：

选择Cortex-M4之后，点击右下角的OK，会弹出以下界面，选择右下角Switch.

然后会弹出一个新的页面，选择菜单栏的 resume按钮开始调试。

此时，蜂鸣器会以0.5s的间隔鸣叫。

如果想关闭调试，则点击菜单栏的终止按钮即可。