基於STM32單片機流水燈仿真與程序設計

STM32單片機流水燈仿真與程序設計

摘要

本次程序設計和仿真是基於Proteus和keil的環境對STM32F103系列單片機進行流水燈設計，通過配置STM32的GPIO工作模式，實現LED的點亮和熄滅；通過配置8位流水燈程序設計，實現燈的流水實現。

關鍵字：Proteus、keil、STM32F103、GPIO

一、工程介紹

1.1、實現要求

用STM32一個端口接8個發光二極管，編寫程序，實現從左到右輪流點亮8個二極管（即流水燈）

二、仿真電路設計

2.1、環境介紹

仿真採用Proteus 8.9 SP2安裝鏈接

2.2、電路設計

第一步：在Proteus中的[P]選擇所需要的零件有電阻RES、LED燈LED-GREEN最後還有單片機STM32F103R6

第二步：放置STM32F103R6單片機並設置VDDA、VSSA管腳以及NRST、VBAT和BOOT0

Design->Configure Power Rails ->Power Rails

第三步：放置八個LED

爲什麼LED接1K的電阻，這個可以參考鏈接2.2.2

三、STM32單片機GPIO口介紹

3.1、GPIO框圖

GPIO總體分爲7個部分:

1. 保護二極管及上、下拉電阻：保護二級管可以防止引腳外部過高或過低的電壓輸入
2. P-MOS 管和N-MOS 管：控制推輓輸出和開漏輸出
3. 輸出數據寄存器：由輸出數據寄存器GPIOX_ODR
4. 複用功能輸出：STM32 的其它片上外設對GPIO 引腳進行控制
5. 輸入數據寄存器：存儲輸入數據寄存器GPIOx_IDR
6. 複用功能輸入：GPIO 引腳的信號傳輸到STM32 其它片上外設
7. 模擬輸入輸出：用於ADC 採集電壓的輸入通道

3.2、GPIO工作模式

GPIO 總共有8 種細分的工作模式

 typedef enum
 {
 GPIO_Mode_AIN = 0x0,              // 模擬輸入
 GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04,     // 浮空輸入
 GPIO_Mode_IPD = 0x28,             // 下拉輸入
 GPIO_Mode_IPU = 0x48,             // 上拉輸入
 GPIO_Mode_Out_OD = 0x14,          // 開漏輸出
 GPIO_Mode_Out_PP = 0x10,          // 推輓輸出
 GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C,           // 複用開漏輸出
 GPIO_Mode_AF_PP = 0x18            // 複用推輓輸出
 } GPIOMode_TypeDef;

稍加整理可以大致歸類爲以下三類：

1. 輸入模式(模擬/浮空/上拉/下拉)

在輸入模式時，施密特觸發器打開，輸出被禁止，可通過輸入數據寄存器GPIOx_IDR
讀取I/O 狀態。其中輸入模式，可設置爲上拉、下拉、浮空和模擬輸入四種。上拉和下拉
輸入很好理解，默認的電平由上拉或者下拉決定。浮空輸入的電平是不確定的，完全由外
部的輸入決定，一般接按鍵的時候用的是這個模式。模擬輸入則用於ADC 採集。

2. 輸出模式(推輓/開漏)

在輸出模式中，推輓模式時雙MOS 管以輪流方式工作，輸出數據寄存器GPIOx_ODR
可控制I/O 輸出高低電平。開漏模式時，只有N-MOS 管工作，輸出數據寄存器可控制I/O
輸出高阻態或低電平。輸出速度可配置，有2MHz\10MHz\50MHz 的選項。此處的輸出速
度即I/O 支持的高低電平狀態最高切換頻率，支持的頻率越高，功耗越大，如果功耗要求
不嚴格，把速度設置成最大即可。
在輸出模式時施密特觸發器是打開的，即輸入可用，通過輸入數據寄存器GPIOx_IDR
可讀取I/O 的實際狀態。

3. 複用功能(推輓/開漏)

複用功能模式中，輸出使能，輸出速度可配置，可工作在開漏及推輓模式，但是輸出
信號源於其它外設，輸出數據寄存器GPIOx_ODR 無效；輸入可用，通過輸入數據寄存器
可獲取I/O 實際狀態，但一般直接用外設的寄存器來獲取該數據信號。
通過對GPIO 寄存器寫入不同的參數，就可以改變GPIO 的工作模式，再強調一下，
要了解具體寄存器時一定要查閱《STM32F10X-中文參考手冊》中對應外設的寄存器說明。
在GPIO 外設中，控制端口高低控制寄存器CRH 和CRL 可以配置每個GPIO 的工作模式和
工作的速度，每4 個位控制一個IO，CRH 控制端口的高八位，CRL 控制端口的低8 位，
具體的看CRH 和CRL 的寄存器描述。

四、程序設計

4.1、環境介紹

程序設計採用MDK 5.22安裝鏈接

4.2、移位程序設計

/******************************************************************************
  * @brief  Water_LED：流水燈實現
 ******************************************************************************/
void Water_LED(void)
{
		unsigned  long int time = 0xFFFF;     //設置軟件延時時間
		unsigned char Count = 0x00;           //設置流水起始地址
	  unsigned char Stars = 0xFE;             //設置流水燈初始狀態
		unsigned char Move = 0x01;            //設置移動補償
		while((!((Count++)&0x08)))            //循環實現8位流水燈
		{
			GPIOC->ODR = Stars;                //改變輸出寄存器，改變端口狀態
			while(time--);                     //軟件延時高電平持續實現
			time = 0xFFFF;  
			GPIOC->ODR = 0xFF;                 //消抖實現
			Stars = (Stars<<1)|(Move);         //補償實現 
      // Stars = 0xFE (1111 1110B)左移一位爲（1111 1100B）爲了補償最後一個0 
      //Stars| Move =（1111 1100B）| 0000 0001B）=（1111 1101B）
			Move = Move*2;                    //Move = （0000 0010B）
			Move ++ ;                         //Move = （0000 0011B）
			while(time--);                    //軟件延時低電平持續時間
			time = 0xFFFF;
		}
}

4.3、GPIO口設置

/******************************************************************************
  * @brief  Water_GPIO_Init：流水燈GPIO口初始化
 ******************************************************************************/
void Water_GPIO_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_OUT_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);//使能GPIO口時鐘   
    GPIO_OUT_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
	//選擇指定管腳
	GPIO_OUT_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_OD;  //設置開漏輸出
	GPIO_OUT_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_2MHz;  //設置輸出頻率
	GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_OUT_InitStructure);
	GPIOC->ODR = 0xFF;                                  //初始化後LED全熄滅
}

4.4、主程序設計

int main(void)
{ 
	SysClock_Configuration(RCC_PLLSource_HSI_Div2,RCC_CFGR_PLLMULL3);//設置系統時鐘
	Water_GPIO_Init();                                               //流水燈GPIO口初始化
	while(1)
	Water_LED();                                                     //流水燈實現
}

五、結果分析與改進

1、流水程序設計是沒有考慮GPIO8~15的狀態，所以GPIOC高位以上的管腳要是用到其他功能，，可能會出問題

參考文獻

1. STM32+Proteus中仿真串口的經驗
2. Proteus8.6 仿真STM32F103的例子
3. Proteus8.8仿真stm32f401實現串口通信
4. Proteus 8.6如何仿真STM32
5. Proteus Pro 8.8 SP1 免費安裝版
6. 安裝 proteus 8.9 SP2