花钱做网站需要所有权,网站建设可以资本化吗,定制网站建设广告,微商城网站建设策划文章目录 GPIO简介GPIO的基本结构GPIO位结构GPIO模式LED和蜂鸣器LED闪烁工程及程序原码代码#xff1a; 蜂鸣器工程和程序原码代码 传感器光敏传感器控制蜂鸣器工程代码 GPIO简介
GPIO#xff08;General Purpose Input Output#xff09;是通用输入/输出口的简称。它是一种… 文章目录 GPIO简介GPIO的基本结构GPIO位结构GPIO模式LED和蜂鸣器LED闪烁工程及程序原码代码 蜂鸣器工程和程序原码代码 传感器光敏传感器控制蜂鸣器工程代码 GPIO简介
GPIOGeneral Purpose Input Output是通用输入/输出口的简称。它是一种可以通过软件控制的端口扩展器常见于各种嵌入式系统和单片机中。GPIO具有以下特点和优势
低功耗GPIO使用的电流较小能够在嵌入式系统中实现低功耗的控制和监视功能。小封装GPIO芯片通常采用小封装的设计占据较小的空间适用于空间有限的应用场景。低成本GPIO芯片的制造成本相对较低可以降低整体系统的成本。布线简单GPIO的接口设计一般比较简单连接和布线也相对容易方便用户进行外部设备的控制和数据采集。
通过使用GPIO我们可以将外部设备与嵌入式系统或单片机连接起来实现与外部设备的通信、控制和数据采集功能。例如通过配置GPIO的输入输出状态可以实现控制LED灯的亮灭、读取按键的状态、控制电机的转动等。GPIO的灵活性使得它在各个领域中得到广泛的应用如物联网、工业自动化、智能家居等。
GPIO的基本结构
GPIO的基本结构通常包括以下几个主要组成部分 输入/输出引脚IO PinsGPIO芯片上的引脚用于连接外部设备或其他电路。这些引脚可以被配置为输入或输出模式以实现对外部信号的读取或控制。 控制逻辑Control Logic控制逻辑是用来配置和控制GPIO引脚工作模式和行为的电路。它接收来自外部或内部的控制信号并根据相应的配置将其传递给相应的GPIO引脚。 寄存器Registers寄存器是用来存储GPIO的配置和状态信息的特殊内存单元。通过读写寄存器中的特定位或字段可以配置引脚的工作模式、使能或禁用某些功能以及监控引脚的状态。 数据缓冲器Data Buffer数据缓冲器用于在GPIO引脚和外部设备之间传输数据。根据引脚的配置数据缓冲器可以将输出数据驱动到外部设备或者从外部设备读取输入数据。 驱动器Drive驱动器用于增强信号在引脚与寄存器之间的传输。对于一些信号来说传输信号比较弱通过配置驱动器使之增强达到驱动效果。 这里的GPIO连接着APB2总线软件的编程程序将会从这里输入或输出
下图为STM32总电路图
GPIO位结构
对于STM32每个端口位来说每个I/O端口位可以自由编程然而必须按照32位字访问I/O端口寄存器(不允许半字或字节访问)。
下图是I/O端口位的基本结构 整体分为寄存器驱动器和某个I/O引脚 上半部分是输入部分下半部分是输出部分
先从I/O引脚说起这里的两个保护二极管是对输入电压的限制上边接的是3.3V的VDD下边接的是0V的VSS如果接入的电压超过3.3V那么输入的电压产生的电流将会流入VDD避免过高的电压对电路产生伤害如果接入的电压小于0V相对VSS那么电流就会从VSS的正极流向I/O引脚从而保护电路 所以保护二极管将输入电压限制在了0-3.3V之间了
接着看输入驱动器的连接电阻的部分这里连接的是上拉电阻和下拉电阻上拉电阻连接VDD下拉电阻连接VSS因此可以通过程序来控制 如果上面导通下面断开就是上拉输入模式如果下面导通上面断开就是下拉输入模式如果两个都断开就是浮空输入模式 这个上拉和下拉目的是为了提供一个默认的输入电平对于数字信号来说只识别高电平和低电平倘若输入引脚没有接上外设就不知道此时是高电平还是低电平实际此时处于浮空输入状态吗那么此时很容易受到外界的干扰接上了这两个电阻后当接上是上拉电阻引脚悬空时可由上拉电阻来保持高电平所以上拉默认为高电平输入模式下拉就反过来保持低电平状态下拉默认为低电平输入模式这样就能防止外界的干扰使浮空时状态更加稳定 还有这里是弱上拉和弱下拉目的是为了不影响正常操作
顺着电路看到TTL施密特触发器作用是对电压进行整形 执行逻辑是输入电压高于某一阈值那么将会瞬间变为高电平输入电压低于某一阈值那么将会瞬间变为低电平 由于输入电压是从外界进来的输入的数字信号不会保持一定程度的高低电平输入信号会有所波动所以有这个触发器就能让这些波动变为高低电平
然后看到输入数据寄存器通过施密特触发器处理的数字信号将会进入到寄存器我们用程序就可以读取到寄存器中的数据
看到上方的模拟输入和复用功能输入这里是连接片上外设的模拟输入是ADC模拟数字信号接在施密特触发器前可以处理信号复用功能输入接收的是数字量所以接在施密特触发器之后
接着看输出部分数字信号可以由输出寄存器或片上外设控制两种输出模式都会通过数据选择器接到输出控制部分如果是输出寄存器那么通过普通的I/O口就能进行输出
最左边的位设置/清除寄存器用来单独操作输出寄存器的某一位而不影响其他位。因为这个输出寄存器有16位且这个寄存器只能整体读写所以通过这个设置/清除寄存器能够设置某一位为1或0剩下不需要的位将它们置为0/1即可接着就会对输出寄存器对应位置的位进行传输直接一步到位 位设置就是将某一位设置为1位清除就是将某一位设置为0
接着看到两个MOS管它是一种电子开关通过信号来控制开关的导通和关闭开关负责将接口接到VSS或VDD 这里有两种模式第一种是推挽输出模式这个模式P-MOS和N-MOS均有效。数据寄存器输出1时那么上管导通下管关闭输出直接接到VDD保持高电平数据为0时那么上管关闭下管导通输出直接接到VSS保持低电平这种模式高低电平均有较强的驱动能力所以推挽输出也叫强输出模式。 第二种是开漏输出模式这个模式只有N-MOS有效数据寄存器输出1时下管断开这时相当于输出断开也就是高阻模式无效数据寄存器输出0时下管导通输出直接接到VSS也就是输出低电平也就是说这种模式高电平没有驱动能力低电平才有驱动能力 关闭就说明两个MOS管都关闭输出无效
GPIO模式
根据数据手册中列出的每个I/O端口的特定硬件特征 GPIO端口的每个位可以由软件分别配置成多种模式。 下面给出各模式配置的电路图
浮空/上拉/下拉输入
模拟输入
推挽/开漏输出
复用推挽/开漏输出
LED和蜂鸣器
LED发光二极管正向通电点亮反向通电不亮 有源蜂鸣器内部自带振荡源将正负极接上直流电压即可持续发声频率固定我们所使用的是有源蜂鸣器 无源蜂鸣器内部不带振荡源需要控制器提供振荡脉冲才可发声调整提供振荡脉冲的频率可发出不同频率的声音 这是LED和蜂鸣器连接STM32的电路图。
第一个是由电源提供连接二极管的正极二极管负极连接STM32通过STM32的低电平触发二极管正向导通STM32高电平二极管两端都为3.3V无法使二极管导通连接电阻是控制电流大小还有可以调节二极管的亮度。 第三个是让二极管正极接在STM32的PA0口上负极接地那么只有在STM32输出高电平时发光二极管才会正向导通 上面介绍中在推挽输出模式下高低电平均有较强的驱动能力所以两种解法均可。一般情况下我们习惯用第一种方法因为单片机和芯片上使用的是高电平弱驱动低电平强驱动的规则避免高低电平混乱
第二个是蜂鸣器电路用到三极管驱动方案 对于功率比较大的直接用I/O口连接的话STM32负担较大所以采用三极管的驱动方案三极管左边是基极带箭头是发射极下面是集电极左边的基极给低电平三极管就会导通通过3.3V和GND的连接三接管就导通基极给出高电平三接管就会关闭蜂鸣器无电流通过 第四个图也是蜂鸣器电路但操作方式与第二个正好相反 一样的三极管左边是基极带箭头是发射极下面是集电极当基极为高电平时三极管导通蜂鸣器有电流低电平时三极管关闭蜂鸣器无电流 三极管的导通需要基极和发射极保持一定的电压
LED闪烁工程及程序原码
我们要在面包板上连接好我们的电路 之后就可以编写程序了。 我们首先复制工程模板创建一个工程文件夹然后在mian.c上操作即可 首先需要对GPIO的I/O接口进行一定的配置 ● 输出缓冲器被激活 ─ 开漏模式输出寄存器上的’0’激活N-MOS而输出寄存器上的’1’将端口置于高阻状态(PMOS从不被激活)。 ─ 推挽模式输出寄存器上的’0’激活N-MOS而输出寄存器上的’1’将激活P-MOS。 ● 施密特触发输入被激活 ● 弱上拉和下拉电阻被禁止 ● 出现在I/O脚上的数据在每个APB2时钟被采样到输入数据寄存器 ● 在开漏模式时对输入数据寄存器的读访问可得到I/O状态 ● 在推挽式模式时对输出数据寄存器的读访问得到最后一次写的值。 我们在STM32的总线路可以看出需要设置APB2外设时钟开关 当外设时钟没有启用时软件不能读出外设寄存器的数值返回的数值始终是0x0。 这里我们输入RCC_APB2PeriphClockCmd函数输入后选中该函数点击右键 选中定义 这里我们可以看清这个函数的参数使用和函数的功能 参数这里选择RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE
接着就对GPIO进行模式选择和I/O端位口的选择 在库函数中使用的是结构体我们需要对结构体给出一个变量 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure 然后跟上面同意的道理选中进入定义
对结构体成员进行赋值也就是模式和端口位的选择 最后就对GPIO结构体进行初始化这样就完成GPIO的输出配置。
代码
delay.c
#include stm32f10x.h/*** brief 微秒级延时* param xus 延时时长范围0~233015* retval 无*/
void Delay_us(uint32_t xus)
{SysTick-LOAD 72 * xus; //设置定时器重装值SysTick-VAL 0x00; //清空当前计数值SysTick-CTRL 0x00000005; //设置时钟源为HCLK启动定时器while(!(SysTick-CTRL 0x00010000)); //等待计数到0SysTick-CTRL 0x00000004; //关闭定时器
}/*** brief 毫秒级延时* param xms 延时时长范围0~4294967295* retval 无*/
void Delay_ms(uint32_t xms)
{while(xms--){Delay_us(1000);}
}/*** brief 秒级延时* param xs 延时时长范围0~4294967295* retval 无*/
void Delay_s(uint32_t xs)
{while(xs--){Delay_ms(1000);}
} delay.h
#ifndef __DELAY_H
#define __DELAY_Hvoid Delay_us(uint32_t us);
void Delay_ms(uint32_t ms);
void Delay_s(uint32_t s);#endif
main.c
#include stm32f10x.h // Device header
#include Delay.hint main()
{//设置APB2外设时钟开关RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//GPIO初始化的结构体 变量类型GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;//对结构体成员进行赋值GPIO_InitStructure.GPIO_ModeGPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_PinGPIO_Pin_0;GPIO_InitStructure.GPIO_SpeedGPIO_Speed_50MHz;//GPIO初始化GPIO_Init(GPIOA,GPIO_InitStructure);while(1){//清除所选端口数据端口位置0GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);Delay_ms(100);//设置所选端口数据端口位置1GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);Delay_ms(500);//设置或清除所选数据端位口GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_0,Bit_RESET);Delay_ms(500);GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_0,Bit_SET);Delay_ms(500);GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_0,(BitAction)0);//强制转换为1Delay_ms(500);GPIO_WriteBit(GPIOA,GPIO_Pin_0,(BitAction)1);Delay_ms(500);}
}接着就是在while1循环中让PA0口在高低电平中置换 这里可以直接设置/清除所选数据端口位函数GPIO_SetBits与GPIO_ResetBits也可以写入用设置或清除所选数据端口位函数GPIO_WriteBit
这里的位用了枚举类型可以运用枚举类型的定义进行不同的切换
蜂鸣器工程和程序原码 代码
#include stm32f10x.h // Device header
#include Delay.hint main()
{//设置APB2外设时钟开关RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);//GPIO初始化的结构体 变量类型GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;//对结构体成员进行赋值GPIO_InitStructure.GPIO_ModeGPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_PinGPIO_Pin_12;GPIO_InitStructure.GPIO_SpeedGPIO_Speed_50MHz;//GPIO初始化GPIO_Init(GPIOB,GPIO_InitStructure);while(1){GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);Delay_ms(100);GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);Delay_ms(100);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);Delay_ms(100);GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);Delay_ms(700);}
}传感器
传感器模块传感器元件光敏电阻/热敏电阻/红外接收管等的电阻会随外界模拟量的变化而变化电阻不好观察再通过与定值电阻分压即可得到模拟电压输出最后通过电压比较器进行二值化即可得到数字电压输出。 这是传感器的电路图。 先看第三个电路图N1就是可变电阻随着光线、温度、等外界因素的变化而变化R1是N1分压的定值电阻R1与N1串联定值电阻一端接VCCN1一端接GND这就构成简单的串联电路C2是滤波电容可以保证电路的稳定。它并不是电路的主要框架看电路图可以先把它省略。AO就是我们模拟的电压输出 该模块还支持数字输出AO通过电压比较器的二值化第一个图将模拟电压转换为数字电压DO 第二个图是可调值电阻通过该电阻可以调节传感器的变化阈值 第四个图也就是总的传感器模块图DO连接着发光二极管低电平时亮高电平时不亮 我们连接是转换为数字电压输出所以AO引脚可以不接。
光敏传感器控制蜂鸣器工程 这里对蜂鸣器和传感器分别装在一个文件中创建完记得在三色箱子进行拓充和魔法棒的C/C进行补充
代码
buzzer.h
#ifndef __BUZZER_H__
#define __BUZZER_H__void Buzzer_Init();
void Buzzer_ON();
void Buzzer_OFF();
void Buzzer_Turn();#endifbuzzer.c
#include stm32f10x.h // Device header//Buzzer的初始化
void Buzzer_Init()
{//设置APB2外设时钟开关RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);//选择结构体成员GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin GPIO_Pin_12;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed GPIO_Speed_50MHz;//初始化结构体GPIO_Init(GPIOB, GPIO_InitStructure);//初始化为低电平改为高电平GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);}//Buzzer打开
void Buzzer_ON()
{GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);
}
//Buzzer关闭
void Buzzer_OFF()
{GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);
}//Buzzer执行相反的操作
void Buzzer_Turn()
{if(GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_12)0){GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);}else{GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);}
}
LightSensor.c
#include stm32f10x.h // Device header//传感器的初始化
void LightSensor_Init(void)
{RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode GPIO_Mode_IPU;//上拉输入默认高电平GPIO_InitStructure.GPIO_Pin GPIO_Pin_13;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB, GPIO_InitStructure);
}//获取传感器的信号
uint8_t LightSensor_Get(void)
{return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_13);//灯光较亮时传感器的指示灯亮输入低电平//灯光较暗时传感器指示灯不亮输入高电平
}LightSensor.h
#ifndef __LIGHTSENSOR_H__
#define __LIGHTSENSOR_H__void LightSensor_Init(void);
uint8_t LightSensor_Get(void);//uint8_t表示unsigned char#endifmian.c
#include stm32f10x.h // Device header
#include Delay.h
#include Buzzer.h
#include LightSensor.hint main()
{LightSensor_Init();Buzzer_Init();while(1){//外界较暗时感应器输入高电平1蜂鸣器响起if(LightSensor_Get()){Buzzer_ON();}//外界较亮时感应器输入低电平0蜂鸣器不响else{Buzzer_OFF();}}
}
