【正点原子STM32连载】第十章 跑马灯实验 摘自【正点原子】APM32F407最小系统板使用指南

news2025/1/16 4:50:45

1）实验平台：正点原子stm32f103战舰开发板V4
2）平台购买地址：https://detail.tmall.com/item.htm?id=609294757420
3）全套实验源码+手册+视频下载地址： http://www.openedv.com/thread-340252-1-1.html#

第十章 跑马灯实验

跑马灯程序是嵌入式开发的一个经典程序，类似于学习C语言时，编写的“Hello World”程序。跑马灯本质上是控制单片机的GPIO输出高低电平，以此达到控制LED等亮灭状态的切换。通过本章的学习，读者将学习到GPIO输出模式的使用。
本章分为如下几个小节：
10.1 硬件设计
10.2 程序设计
10.3 下载验证

10.1 硬件设计
10.1.1 例程功能

  1. LED0和LED1以500毫秒的频率交替闪烁，实现类似跑马灯的效果。
    10.1.2 硬件资源
  2. LED
    LED0 - PF9
    LED1 - PF10
    10.1.3 原理图
    本章实验用的两个APM32F407最小系统板板载LED，分别为LED0（红色）和LED1（绿色），其与板载MCU的连接原理图，如下图所示：
    在这里插入图片描述

10.1.3.1 LED与MCU的连接原理图
从上面原理图中可以看出，LED0和LED1的正极分别通过一个限流电阻连接到了电源正极，而负极分别与MCU的PF9引脚和PF10引脚相连接，因此只需通过控制PF9引脚或PF10引脚输出低电平，则能分别控制LED0和LED1点亮，反之，则熄灭。
10.2 程序设计
10.2.1 Geehy标准库的GPIO驱动
本章实验中要通过控制GPIO引脚输出高低电平来控制LED的亮灭状态，因此需要以下两个步骤：
①：配置GPIO引脚为输出模式
②：设置GPIO引脚输出电平
在Geehy标准库中对应的驱动函数如下：
①：配置GPIO引脚
该函数用于配置GPIO引脚的功能和各项参数，其函数原型如下所示：
void GPIO_Config(GPIO_T* port, GPIO_Config_T* gpioConfig);
该函数的形参描述，如下表所示：
在这里插入图片描述

表10.2.1.2 函数GPIO_Config()返回值描述
该函数使用GPIO_Config_T类型的结构体变量传入GPIO引脚的配置参数，该结构体的定义如下所示：

typedef enum
{
    GPIO_PIN_0			= ((uint16_t)BIT0),		/* GPIO端口0号引脚 */
    GPIO_PIN_1			= ((uint16_t)BIT1),		/* GPIO端口1号引脚 */
    GPIO_PIN_2			= ((uint16_t)BIT2),		/* GPIO端口2号引脚 */
    GPIO_PIN_3			= ((uint16_t)BIT3),		/* GPIO端口3号引脚 */
    GPIO_PIN_4			= ((uint16_t)BIT4),		/* GPIO端口4号引脚 */
    GPIO_PIN_5			= ((uint16_t)BIT5),		/* GPIO端口5号引脚 */
    GPIO_PIN_6			= ((uint16_t)BIT6),		/* GPIO端口6号引脚 */
    GPIO_PIN_7			= ((uint16_t)BIT7),		/* GPIO端口7号引脚 */
    GPIO_PIN_8			= ((uint16_t)BIT8),		/* GPIO端口8号引脚 */
    GPIO_PIN_9			= ((uint16_t)BIT9),		/* GPIO端口9号引脚 */
    GPIO_PIN_10			= ((uint16_t)BIT10)	,	/* GPIO端口10号引脚 */
    GPIO_PIN_11			= ((uint16_t)BIT11),	/* GPIO端口11号引脚 */
    GPIO_PIN_12			= ((uint16_t)BIT12),	/* GPIO端口12号引脚 */
    GPIO_PIN_13			= ((uint16_t)BIT13),	/* GPIO端口13号引脚 */
    GPIO_PIN_14			= ((uint16_t)BIT14),	/* GPIO端口14号引脚 */
    GPIO_PIN_15			= ((uint16_t)BIT15),	/* GPIO端口15号引脚 */
    GPIO_PIN_ALL			= ((uint32_t)0XFFFF),	/* GPIO端口全部引脚 */
} GPIO_PIN_T;

typedef enum
{
    GPIO_MODE_IN			= 0x00,					/* 输入模式 */
    GPIO_MODE_OUT		= 0x01,					/* 通用输出模式 */
    GPIO_MODE_AF			= 0x02,					/* 复用功能模式 */
    GPIO_MODE_AN			= 0x03					/* 模拟模式 */
} GPIO_MODE_T;

typedef enum
{
    GPIO_SPEED_2MHz		= 0x00,					/* 低速 */
    GPIO_SPEED_25MHz		= 0x01,					/* 中速 */
    GPIO_SPEED_50MHz		= 0x02,					/* 低速 */
    GPIO_SPEED_100MHz	= 0x03					/* 高速 */
} GPIO_SPEED_T;

typedef enum
{
    GPIO_OTYPE_PP		= 0x00,					/* 推挽输出 */
    GPIO_OTYPE_OD		= 0x01					/* 开漏输出 */
} GPIO_OTYPE_T;

typedef enum
{
    GPIO_PUPD_NOPULL		= 0x00,					/* 禁止上拉/下拉 */
    GPIO_PUPD_UP			= 0x01,					/* 上拉 */
    GPIO_PUPD_DOWN		= 0x02					/* 下拉 */

} GPIO_PUPD_T;

typedef struct
{
    uint16_t			pin;	/* 指定要配置的GPIO引脚 */
    GPIO_MODE_T		mode;	/* 模式 */
    GPIO_SPEED_T		speed;	/* 输出速度 */
    GPIO_OTYPE_T		otype;	/* 输出模式 */
    GPIO_PUPD_T		pupd;	/* 上拉/下拉 */
} GPIO_Config_T;
该函数的使用示例，如下所示：
#include "apm32f4xx.h"
#include "apm32f4xx_gpio.h"

void example_fun(void)
{
    GPIO_Config_T gpio_init_struct;
    
    /* 配置PA0引脚为输出模式 */
    gpio_init_struct.pin	= GPIO_PIN_0;
    gpio_init_struct.mode	= GPIO_MODE_OUT;
    gpio_init_struct.speed	= GPIO_SPEED_100MHz;
    gpio_init_struct.otype	= GPIO_OTYPE_PP;
    gpio_init_struct.pupd	= GPIO_PUPD_UP;
    GPIO_Config(GPIOA, &gpio_init_struct);
}

②：设置GPIO引脚输出电平
该函数用于设置GPIO引脚输出指定电平（高电平或低电平），其函数原型如下所示：
void GPIO_WriteBitValue(GPIO_T* port, uint16_t pin, uint8_t bitVal);
该函数的形参描述，如下表所示：
在这里插入图片描述

表10.2.1.3 函数GPIO_WriteBitValue()形参描述
该函数的返回值描述，如下表所示：
在这里插入图片描述

表10.2.1.4 函数GPIO_WriteBitValue()返回值描述
该函数的使用示例，如下所示：

#include "apm32f4xx.h"
#include "apm32f4xx_gpio.h"

void example_fun(void)
{
    /* 设置PA0引脚输出低电平 */
    GPIO_WriteBitValue(GPIOA, GPIO_PIN_0, BIT_RESET);
    
    /* 设置PA0引脚输出高电平 */
    GPIO_WriteBitValue(GPIOA, GPIO_PIN_0, BIT_SET);
}

③：翻转GPIO引脚输出电平（补充）
该函数用于翻转GPIO引脚的输出电平，其函数原型如下所示：
void GPIO_ToggleBit(GPIO_T* port, uint16_t pin);
该函数的形参描述，如下表所示：
形参 描述
port 指向GPIO端口结构体的指针
例如：GPIOA、GPIOB等（在apm32f4xx.h文件中有定义）
pin 待设置的GPIO引脚号
例如：GPIO_PIN_0、GPIO_PIN_1等（在apm32f4xx_gpio.h文件中有定义）
表10.2.1.5 GPIO_ToggleBit()形参描述
该函数的返回值描述，如下表所示：
返回值 描述
无 无
表10.2.1.6 GPIO_TogglePin()返回值描述
该函数的使用示例，如下所示：

#include "apm32f4xx.h"
#include "apm32f4xx_gpio.h"

void example_fun(void)
{
    /* 翻转PA0引脚输出电平 */
    GPIO_ToggleBit(GPIOA, GPIO_PIN_0);
}

10.2.2 LED驱动
LED驱动主要就是控制GPIO引脚输出高低电平，来控制LED亮起或熄灭。本章实验中，LED的驱动代码包括led.c和led.h两个文件（本书配套实验例程中，器件或外设的驱动代码基本都由一个C源文件和一个对应的头文件组成）。
根据原理图可知，应当将PF9引脚和PF10引脚配置为通用输出模式，并在需要控制LED0（LED1）亮起的时候，设置PF9引脚（PF10引脚）输出低电平，在需要控制LED0（LED1）熄灭的时候，设置PF9引脚（PF10引脚）输出高电平。
LED驱动中，对引脚的定义，如下所示：

#define LED0_GPIO_PORT			GPIOF
#define LED0_GPIO_PIN			GPIO_PIN_9
#define LED0_GPIO_CLK_ENABLE()								\
    	do {													\
    		RCM_EnableAHB1PeriphClock(RCM_AHB1_PERIPH_GPIOF);	\
    	} while (0)

#define LED1_GPIO_PORT			GPIOF
#define LED1_GPIO_PIN			GPIO_PIN_10
#define LED1_GPIO_CLK_ENABLE()								\
    	do {													\
    		RCM_EnableAHB1PeriphClock(RCM_AHB1_PERIPH_GPIOF);	\
    	} while (0)

在后续的实验代码中，基本都会使用上述的宏定义的方式定义GPIO引脚的各种信息（GPIO端口、GPIO引脚号、GPIO端口时钟使能和GPIO复用功能等信息）。
LED驱动中，操作引脚的定义，如下所示：

#define LED0(x)											\
    	do { x ?											\
    		GPIO_SetBit(LED0_GPIO_PORT, LED0_GPIO_PIN) :	\
    		GPIO_ResetBit(LED0_GPIO_PORT, LED0_GPIO_PIN);	\
    	} while (0)

#define LED1(x)											\
    	do { x ?											\
    		GPIO_SetBit(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN) :	\
    		GPIO_ResetBit(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN);	\
    	} while (0)

#define LED0_TOGGLE()									\
    	do {												\
    		GPIO_ToggleBit(LED0_GPIO_PORT, LED0_GPIO_PIN);	\
    	} while (0)

#define LED1_TOGGLE()									\
    	do {												\
    		GPIO_ToggleBit(LED1_GPIO_PORT, LED1_GPIO_PIN);	\
    	} while (0)

在后续实验代码中，基本都会使用上述的宏定义的方式定义GPIO引脚的操作（设置GPIO引脚输出高电平或低电平、翻转GPIO引脚输出电平和读取GPIO引脚输入电平等操作）。
LED驱动中，LED的初始化函数，如下所示：

/**
 * @brief	初始化LED
 * @param	无
 * @retval	无
 */
void led_init(void)
{
    GPIO_Config_T gpio_init_struct;
    
    /* 使能时钟 */
    LED0_GPIO_CLK_ENABLE();
    LED1_GPIO_CLK_ENABLE();
    
    /* 配置LED0引脚 */
    gpio_init_struct.pin	= LED0_GPIO_PIN;		/* LED0引脚 */
    gpio_init_struct.mode	= GPIO_MODE_OUT;		/* 输出模式 */
    gpio_init_struct.speed	= GPIO_SPEED_100MHz;	/* 高速 */
    gpio_init_struct.otype	= GPIO_OTYPE_PP;		/* 推挽输出 */
    gpio_init_struct.pupd	= GPIO_PUPD_DOWN;		/* 下拉 */
    GPIO_Config(LED0_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);	/* 配置LED0引脚 */
    
    /* 配置LED1引脚 */
    gpio_init_struct.pin	= LED1_GPIO_PIN;		/* LED1引脚 */
    gpio_init_struct.mode	= GPIO_MODE_OUT;		/* 输出模式 */
    gpio_init_struct.speed	= GPIO_SPEED_100MHz;	/* 高速 */
    gpio_init_struct.otype	= GPIO_OTYPE_PP;		/* 推挽输出 */
    gpio_init_struct.pupd	= GPIO_PUPD_DOWN;		/* 下拉 */
    GPIO_Config(LED1_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);	/* 配置LED1引脚 */
    
    /* 默认关闭所有LED */
    LED0(1);
    LED1(1);
}

LED的初始化函数中，使能了LED0和LED1控制引脚的GPIO端口时钟，并将其配置为通用输出模式，最后默认将LED的状态设置为熄灭状态。
10.2.3 实验应用代码
本章实验的应用代码，如下所示：

int main(void)
{
    NVIC_ConfigPriorityGroup(NVIC_PRIORITY_GROUP_3);	/* 设置中断优先级分组为组3 */
    sys_apm32_clock_init(336, 8, 2, 7);					/* 配置系统时钟 */
    delay_init(168);										/* 初始化延时功能 */
    usart_init(115200);									/* 初始化串口 */
    led_init();											/* 初始化LED */
    
    while (1)
    {
    		LED0(0);		/* LED0亮 */
    		LED1(1);		/* LED1灭 */
    		delay_ms(500);	/* 延时500毫秒 */
    		LED0(1);		/* LED0灭 */
    		LED1(0);		/* LED1亮 */
    		delay_ms(500);	/* 延时500毫秒 */
    }
}

可以看到，在调用LED初始化之前，会先调用以下函数：
NVIC_ConfigPriorityGroup(NVIC_PRIORITY_GROUP_3); /* 设置中断优先级分组为组3 */

sys_apm32_clock_init(336, 8, 2, 7);				/* 配置系统时钟 */
delay_init(168);									/* 初始化延时功能 */
usart_init(115200);									/* 初始化串口 */

①：第一行代码用于设置中断优先级分组为组3，主要用于后续配置中断时使用，并且在后续应用代码运行时，强烈不建议再修改中断优先级分组设置，因此在一开始初始化时先设置好中断优先级分组。
②：第二行代码用于配置系统时钟，因为大部分实验例程都无需考虑低功耗应用，因此大部分实验例程配置系统时钟的参数都与本实验一致，将系统主频配置为168MHz。
③：第三行代码用于初始化延时功能，为后续的应用代码提供微秒级和毫秒级的延时的功能。
④：第四行代码用于初始化用于调试功能的USART1，为后续的应用代码提供printf等功能，方面通过串口调试助手查看程序运行情况。
⑤：以上四行代码都是执行一些必要的初始化，基本在后续的每一个实验例程中都会看见，后续不再赘述。
执行完必要的初始化后，紧接着初始化LED，然后在一个while循环中重复地控制板载LED0和LED1轮流亮起和熄灭，轮流时间为500毫秒，以此实现跑马灯的效果。
10.3 下载验证
在完成编译和烧录操作后，可以看到板子上的LED0和LED1轮流亮起和熄灭，轮流的时间大约为500毫秒，与预期的实验效果相符。

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