STM32F103VET6學習（2）

一.前言

這次主要寫的內容是對LED的點亮的程序的解釋，以及如何與數據手冊結合起來寫程序。程序會在下面再次附上。

二.正文

1.基址宏定義
STM32內的各部分的地址都是分配好的，我們直接利用就行。基址宏定義，即如下內容（這個可以從數據手冊獲得，不需要深究）：

/*總線基地址*/
#define PERIPH_BASE ((unsigned int)0x40000000)
/*APB2總線基地址*/
#define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x00010000)
/*AHB總線基地址*/
#define AHBPERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x00020000)
/*GPIO外設基地址*/
#define GPIOB_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0X0C00)
/*RCC外設基地址·*/
#define RCC_BASE *(unsigned int*)(AHBPERIPH_BASE + 0X1000)

這在stm32f10x.h文件中是已經定義好的，我們不需要再次定義。
在此基礎上需要做的就是，定義我們要用的GPIO寄存器地址並把它強制轉換爲指針，這樣指針就可以指向我們寄存器想要指向的地址，從而實現想要實現的功能。後文不時出現的寄存器GPIOx中的x之所以是B，是因爲本次我們要點亮的LED在芯片上連接的都是PBx口，只看LED的話，這裏的x可以爲0、1和5，對比下圖就可以看明白：

上圖是芯片的部分截圖，可以看到LED口連接了PBx口（x=0,1,5）。

這是LED的原理圖，可以看到，LED爲共陽極接法（3.3V），因此要點亮LED(D3)就要從PBx口輸出低電平從而使其導通。圖片中的R,G,B分別代表Red,Green和Black，指的是顏色的三原色：紅色、綠色和黑色，這三者分別不同的取值組合可以產生任意已知的顏色。由於目前我知識水平有限，一會兒就主要說說點亮綠色和紅色的就好了（因爲黑色等於沒亮，所以就不做單獨顯示黑色的了）。下來繼續說寄存器。
如下代碼，是這幾個寄存器地址的定義：

#define GPIOB_CRL *(unsigned int*)(GPIOB_BASE + 0X00)
#define GPIOB_CRH *(unsigned int*)(GPIOB_BASE + 0X04)
#define GPIOB_ODR *(unsigned int*)(GPIOB_BASE + 0X0C)

寄存器的偏移地址都是在GPIO外設基地址的基礎上進行偏移的，偏移地址我們可以查閱數據手冊獲得：

由此知道，GPIOB_CRL的偏移地址爲0x00，因此有：

#define GPIOB_CRL *(unsigned int*)(GPIOB_BASE + 0X00)

由此知道，GPIOB_CRH的偏移地址爲0x04，因此有：

#define GPIOB_CRH *(unsigned int*)(GPIOB_BASE + 0X04)

由此知道，GPIOB_ODR寄存器的偏移地址爲0x0C，因此有：

#define GPIOB_ODR *(unsigned int*)(GPIOB_BASE + 0X0C)

當然，除了要知道這幾個寄存器，還得開啓GPIO外設時鐘，通過RCC_APB2ENR寄存器的配置來完成。如果想要外設工作就必須開啓相應的外設時鐘。所有的 GPIO 都掛載到 APB2 總線上，具體的時鐘由 APB2 外設時鐘使能寄存器(RCC_APB2ENR)來控制：

由此知道，RCC_APB2ENR寄存器的偏移地址爲0x18，因此有：

#define RCC_APB2ENR *(unsigned int*)(RCC_BASE + 0X18)

如上就完成了這幾個關鍵要用的寄存器的定義。
2.點亮LED
（1）開啓外設時鐘

RCC_APB2ENR |= (1<<3);    //開啓時鐘

其中的"<<"是左移運算符，表示將1左移3次。什麼意思？用二進制來看，1就是1，將1左移3位，就變成了1000，對比下圖該寄存器的位配置來看：

看圖片中的解釋也能明白。我們要用的是PB口，因此就需要配置IOPB這一位了,該位高有效，因此給它賦1 。其餘位，保持不變。要保持的原因是我們實現我們想要的功能就好了，但是不要更改原來的配置，以避免不必要的麻煩。
保持不變的方法，就是使用“或”運算，有1爲1，全0爲0.
因此纔有了 " |= " , 即:

RCC_APB2ENR = RCC_APB2ENR | (1<<3)

這與剛纔的代碼的功能是完全一樣的，只不過上一個更加簡潔。在之後的幾句重要代碼也採用類似寫法，不再作解釋。
（2）以點亮LED（D3）爲綠色爲例，來闡述該步驟。

先把LED的原理圖在此附在下面，看着方便。

第一，先知道綠色LED對應的端口是PB0口，不明白就看圖。
第二，清空控制PB0的端口位，之後再對它寫入，從而實現要讓它在這個口該實現的功能。
首先看看這步要用的是哪個寄存器，是這個：GPIOB_CRL
爲啥？數據手冊中是這樣的描述的：

可以看到要配置的就是端口配置低寄存器，也就是CRL，“低”就體現在了L上面。其他的配置就是輔助的配置，等下說。

• 先看0-31這32個數，它代表的是32位。每個GPIO引腳佔用四位，通俗的說，就是PB0佔4位，爲0~3位；PB1佔4位，爲4 - 7位；…以此類推。從這裏也明白了PB0包含了MODE0和CNF0，PB1包含了MODE1和CNF1，…，同樣，以此類推，這個一會兒還有重用。
• 小字rw表示讀寫權限爲可讀可寫，如果只有r或w，則表示只讀或只可寫入。
• 每個引腳的四位由CNFx[1:0]和MODEx[1:0]這倆組成（x爲0,1，2,…，15。8-15是CRH中的）。CNF是用來定義輸入的模式的，MODE是定義輸出的模式以及輸出的速度（這個不用記，用的話查手冊就好了），在0~31這32位不同的位CNF和MODE有不同的規定，看下圖就明白了：
  

由此，我們回到最初的話題，要點亮綠色LED，而綠色連接的是PB0口，而PB0對應的是CNF0[1:0]和MODE0[1:0]這兩個位。

剛剛也說過了，要清空這四位（現在應該明白爲啥是這4位了），那就讓這四位爲0，同樣，保留其他位的原先配置不變。在這裏因爲要強行將PB0的四位清零，所以就不能用 或運算符了，不然如果原來是1，就沒法清零了。
先取值爲1111（二進制），化成十六進制就是0x0F，然後我們讓他左移（4*0）位，然後再進行取反，之後再與原來的GPIOB_CRL進行與運算。下來解釋這樣做的原因：
取值爲1111，之後進行的取反運算會把它變成0000，再進行按位的與運算時不就把這四位強制清零了麼？然後再說這個左移(4*0)位。這裏的4是因爲每個PBx口有四位，0表示在當前的位置，也就是相當於沒有左移，那爲啥還要這樣寫呢？在這兒我順便也就把程序的改寫說了。我目前控制的是PB0口，如果我要控制爲紅色LED，且與查原理圖可以知道對應的是PB5口。有了（4*0）這個基礎，
我只需要把0改成5，也就是（4x5），相當於把這4位總體左移了5下，每下是4位，也就是移動了20位，看下面的二進制解釋：

左移前是PB0：
0000 0000 0000 0000 0000 1111
左移後得到的PB5：
1111 0000 0000 0000 0000 0000

可以很明白的看到，1111的每一位被左移了20位。
這樣如果我們保留與PB0相同的配置（輸入模式、速度等），只需要更改這個左移的次數就可以換到對應的LED上了，很方便。
因此清空PB0端口位的代碼如下：

GPIOB_CRL &= ~( 0X0000F << (4*0));   //清空PB0口的端口位

明白了這個，下來就繼續說對MODE0[1:0]和CNF0[1:0]配置的值所體現的功能。

在此，要操控的是1:0口（>00），從上表我們就知道，如果要用通用推輓輸出模式，則需要CNF0[1:0]=00；設置輸出模式的速度爲10MHz，則MODE0[1:0]=01。因此配置該寄存器的值就是00 01。
綜合考慮的因素，我們就可以寫出GPIOB_CRL的配置的代碼：

GPIOB_CRL |= (1<<4*0);     //配置PB0口，推輓，10MHz

再做個解釋：0001和1是同樣的值，都是1； * (乘法的星號)運算符的優先級高於左移運算符<<，所以這裏沒有給4x0帶上括號。配置時，要保留原來的配置，而且剛纔已經把PB0的端口位清空爲0了，所以可以使用或運算符來配置。4x0的原因和之前相同，不再贅述。

3. 配置輸出低電平
爲何輸出低電平，開始就說過了，是因爲LED共陽接法，所以陰極接的PB0要輸出低電平，這樣這個發光二極管纔可以導通。
這一步要用的寄存器當然就是數據輸出寄存器了，Output Data Register，也就是ODR，即GPIOB_ODR。下面看看它的配置規則。

可以看到，ODR是低16位有效，每一位對應一個GPIO引腳。我們要配置I/O0，也就是ODR0這一位，在這裏我沒有先去清空，原因就是我要寫入的是低電平0，使用與運算符(有0爲0，全1爲1)，這樣就可以保留原來的配置並且也寫入了0，和之前說的沒有矛盾哦，看代碼：

GPIOB_ODR &= ~(1<<0);   //PB0輸出低電平

解釋：配置的ODR0在第一位（也是最低位），所以直接給它賦值1，左移0位，然後取反，得到的就是0了，而其他位全部都是1，這樣進行與運算時，其他位的配置就可以完全保留了。這裏的左移0位同樣也是有原因的，而且與之前的（4*0）是相同的道理，如果我要點亮PB5口的紅色的LED，只需要將0改成5，也就是：

左移前：1
取反後：0（其他位都爲1）

左移5次後：10000
按位取反後：01111

這樣就很明瞭了，進行與運算之後同樣可以把其他端口原來的配置保留了，不與之前說的原則相矛盾。
最後再加上一句代碼讓程序處在死循環中，這樣燈就會一直點亮：

while(1);

4. 全部代碼
註釋我就不再寫了，前面解釋的很清楚，讀者看着也可以給自己解釋

#include"stm32f10x.h"
#define GPIOB_CRL *(unsigned int*)(GPIOB_BASE + 0X00)
#define GPIOB_CRH *(unsigned int*)(GPIOB_BASE + 0X04)
#define GPIOB_ODR *(unsigned int*)(GPIOB_BASE + 0X0C)
#define RCC_APB2ENR *(unsigned int*)(RCC_BASE + 0X18)

int main(void)
{
		RCC_APB2ENR |= (1<<3); 
		
		/*點亮綠色的LED*/
		GPIOB_CRL &= ~( 0X0000F << (4*0)); 
		GPIOB_CRL |= (1<<4*0);  
		GPIOB_ODR &= ~(1<<0);     
/*
		//這段是點亮紅色LED的代碼
		GPIOB_CRL &= ~(0x0F<<(4*5));   
		GPIOB_CRL |= (1<<4*5);     
		GPIOB_ODR &= ~(1<<5);    
*/
	while(1);
}
void SystemInit(void)
{
	/*由於在彙編語言裏有這個函數，爲了避免調用時找不到而報錯，
	就在這裏象徵性的寫這個函數來騙過編譯器不報錯*/
}

5 .LED效果圖
（1）綠色LED：

（2）紅色LED：

三.總結

首先，這次的內容我覺得自己還是吃的很透的，雖說做得很簡單，就是一個簡單的點亮發光二極管，但是其中包含了我對寄存器的認識與應用，以及寄存器的位的配置還有“移位”思想、配置讀取與保留等等，具體的我都在上面的內容中有反映出來。這次覺得很充實，高興！
打字過程中難免會有錯別字，加上可能有的其他理論問題，歡迎大家指出，共同進步，謝謝！至此，本次內容，完結！