STM32的GPIO寄存器描述

news2025/1/16 15:52:37

寄存器：

软件控制硬件(在程序中操作对应控制器)，通过寄存器，就是寄存器(可以存放数据)，但是其中的数据具有特定的硬件含义(查看芯片手册)，设置寄存器的值，对应的控制器就执行对应的工作。相当于寄存器就是控制器硬件留给软件的接口

具体操作：

寄存器是硬件与软件的接口：
- 寄存器本质上是一个特定地址上的存储单元，它能够存储数据，并且这些数据代表特定的硬件状态或控制指令。硬件厂商在设计芯片时，会为各种外设（如GPIO、UART、SPI等）设计一系列寄存器，每个寄存器内的每一位（bit）或一组位（bits）都具有特定的意义和功能。
- 软件程序通过读写这些寄存器中的数据，控制或获取硬件的状态。
寄存器的具体意义由芯片手册定义：
- 芯片手册（例如STM32的参考手册）详细描述了每个寄存器的功能、地址、位的意义以及如何通过设置寄存器来控制硬件的行为。
- 例如，对于STM32中的GPIO寄存器，设置某个位可以使一个引脚工作在输出模式或者输入模式，写入一个寄存器的特定位可以控制引脚的电平高低。

寄存器映射到特定的内存地址：
- 在微控制器中，寄存器通常是映射到一个特定的内存地址范围，这称为寄存器地址映射。这些地址通常是固定的，程序通过访问这些地址来读写寄存器。
- 例如，在STM32中，GPIOA端口的寄存器可能映射到内存地址0x40010800处。程序可以通过指针或者宏定义访问这些地址。
通过寄存器配置控制器：
- 控制器硬件的行为通过寄存器的设置来控制。例如：
  - 配置引脚为输入或输出模式（通过GPIO的MODER寄存器）。
  - 启动或关闭某个外设（例如通过使能寄存器使能定时器、ADC等）。
  - 设置通信协议的波特率、时钟频率等。
通过编写软件来修改寄存器的内容，程序可以控制硬件如何工作。比如：
- 控制GPIO引脚的高低电平，驱动外部LED开关。
- 通过修改ADC配置寄存器，启动模数转换并获取数据。
- 通过USART寄存器，设置串口通信参数并发送数据

下面以 STM32F103RCT6为例子：

在STM32F103RCT6中，GPIO端口的配置主要通过两个寄存器来控制，分别是GPIO_CRL（低寄存器）和GPIO_CRH（高寄存器）。每个寄存器的每4位对应一个引脚的具体配置，其中包括两位用于设置引脚的模式（MODE），两位用于设置引脚的配置（CNF）。

CNFy[1:0]（引脚的配置位，分别控制浮空、上拉、开漏等模式）：
- 位31:30、27:26、23:22、19:18、15:14、11:10、7:6、3:2：分别对应端口的第7到第0位的配置。
- 这些位的具体配置如下：
  - 在输入模式（MODEy[1:0] = 00）下：
    - 00：模拟输入模式。
    - 01：浮空输入模式（复位后的默认状态）。
    - 10：上拉/下拉输入模式（具体选择上拉或下拉取决于GPIO_ODR寄存器）。
    - 11：保留（不使用）。
  - 在输出模式（MODEy[1:0] > 00）下：
    - 00：通用推挽输出模式。
    - 01：通用开漏输出模式。
    - 10：复用功能推挽输出模式。
    - 11：复用功能开漏输出模式。
MODEy[1:0]（引脚的模式位，分别控制引脚是输入、输出及输出速度）：
- 位29:28、25:24、21:20、17:16、13:12、9:8、5:4、1:0：分别对应端口的第7到第0位的模式。
- 这些位的具体配置如下：
  - 00：输入模式（复位后的默认状态）。
  - 01：输出模式，最大输出速度为10 MHz。
  - 10：输出模式，最大输出速度为2 MHz。
  - 11：输出模式，最大输出速度为50 MHz。

当然，这只是配置了对应的GPIO模式，并不能设置值，设置值需要通过端口输入数据寄存器(GPIOx_IDR) 端口输出数据寄存器(GPIOx_ODR)

例子：配置 STM32F103 的 PC1 引脚为输入模式，并读取其电平状态；

1. 配置 PC1 为浮空输入模式，并读取电平状态。

步骤：

配置 PC1 引脚为浮空输入模式。
读取 GPIOC_IDR（输入数据寄存器）的相应位来判断 PC1 引脚的电平状态。

// 配置 PC1 为浮空输入模式
GPIOC->CRL &= ~(0xF << 4);  // 清除PC1的 CNF1 和 MODE1 位 (位4~7)
GPIOC->CRL |= (0x4 << 4);   // 设置PC1为浮空输入模式 (CNF1 = 01, MODE1 = 00)

// 读取 PC1 的输入电平
uint32_t pc1_state = (GPIOC->IDR & (1 << 1));  // 读取 PC1 的电平状态

if (pc1_state) {
    // PC1 是高电平
} else {
    // PC1 是低电平
}

GPIOC->CRL &= ~(0xF << 4);：首先清除 CRL 寄存器中 PC1 引脚的位（第 4 到第 7 位），因为 PC1 对应的是 CNF1 和 MODE1（在 GPIOC_CRL 寄存器中）。
GPIOC->CRL |= (0x4 << 4);：设置 CNF1[1:0] = 01（浮空输入）和 MODE1[1:0] = 00（输入模式），完成浮空输入模式配置。
GPIOC->IDR & (1 << 1)：读取 GPIOC_IDR 寄存器中 PC1 的状态（第 1 位），如果为 1，表示 PC1 是高电平；如果为 0，表示 PC1 是低电平。

下面用二进制来进行解释：

我们知道：