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|  V1.0  |  2020-07-03  |  gingko  |  初次建立  | 

===== 实验一：GPIO输出实验——ARM驱动三色LED =====

==== 一、 实验目的与意义 ====

  - 了解STM32 GPIO结构。
  - 了解STM32 GPIO 特征。
  - 了解三色LED特征和应用领域。
  - 掌握STM32 HAL库中GPIO属性的配置方法。
  - 掌握KEILMDK 集成开发环境使用方法。
==== 二、 实验设备及平台 ====
  - iCore4 双核心板[[https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c-s.w4004-22598974120.15.5923532fsFrHiE&id=551864196684|点击购买]]。
  - JLINK（或相同功能）仿真器[[https://item.taobao.com/item.htm?id=554869837940|点击购买]]。
  - Micro USB线缆。
  - Keil MDK 开发平台。
  - STM32CubeMX开发平台。
  - 装有WIN XP（及更高版本）系统的计算机。
==== 三、 实验原理 ====

=== 1、STM32F7 IO简介 ===

  * STM32F7每组通用I/O端口包括4个32位配置寄存器（MODER、OTYPER、OSPEEDR和PUPDR）、2个32位数据寄存器（IDR和ODR）、1个32位置位/复位寄存器(BSRR)、1个32位锁定寄存器(LCKR)和2个32位复用功能选择寄存器（AFRH和AFRL）等。这样，STM32F7每组IO有10个32位寄存器控制，其中常用的有4个配置寄存器+2个数据寄存器+2个复用功能选择寄存器，共8个。
=== 2、GPIO输入输出模式 ===

GPIO可以配置成以下8种工作模式：
  - 浮空输入：此端口在默认情况下什么都不接，呈高阻态，这种设置在数据传输时用的比较多。
  - 上拉输入：上拉输入模式与浮空输入模式相比，仅仅是在数据通道上部，接入了一个上拉电阻，这个上拉电阻的阻值介于30K~50K欧姆，CPU可以随时在输入数据寄存器的另一端，读出I/O端口的电平状态。这种模式的好处在于我们什么都不输入时，由于内部上拉电阻的原因，处理器会觉得我们输入了高电平，这就避免了不确定的输入。该端口在默认情况下输入为高电平。
  - 下拉输入：下拉输入模式与浮空输入模式相比，仅仅是在数据通道上部，接入了一个下拉电阻。与上拉输入模式类似，这种模式的好处在于外部没有输入时，由于内部下拉电阻的原因，我们的处理器会觉得我们输入了低电平。
  - 模拟功能：STM32的模拟输入通道的配置很简单，信号从I/O端口直接进入ADC模块。此时，所有的上拉、下拉电阻和施密特触发器，均处于断开状态，因此输入数据寄存器将不能反映端口上的电平状态，也就是说，模拟输入配置下，信号不经过输入数据寄存器，CPU不能在输入数据寄存器上读到有效的数据。该输入模式，使我们可以获得外部的模拟信号。
  - 开漏输出：开漏输出不可以直接输出高电平，开漏输出的输出端相当于三极管的集电极，要得到高电平状态需要上拉电阻才行。
  - 推挽输出：推挽输出可以输出高、低电平，连接数字器件；推挽结构一般是指两个三极管分别受两个互补信号的控制，总是在一个三极管导通的时候另一个截止。高低电平由IC的电源决定。
  - 开漏复用输出：GPIO的基本功能是普通的I/O，而STM32有自己的各个功能模块，这些内置外设的外部引脚是与标准GPIO复用的，当作为这些模块的功能引脚时就叫复用。开漏复用输出功能模式与开漏输出模式相比，不同的是输出控制电路的输入，是和片上外设的输出信号相连即与复用功能的输出端相连，此时，输出数据寄存器在输出通道被断开。
  - 推挽复用输出：推挽复用输出功能模式与推挽输出模式相比，不同的是输出控制电路的输入，是和片上外设的输出信号相连，即与复用功能的输出端相连，而输出数据寄存器在输出通道被断开。
=== 3、GPIO口配置 ===

  * 1 作为普通GPIO输入：
    * 根据需要配置该引脚为浮空输入、带弱上拉输入或带弱下拉输入，同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。
  * 2 作为普通GPIO输出：
    * 根据需要配置该引脚为推挽输出或开漏输出，同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。
  * 3 作为普通模拟输入：
    * 配置该引脚为模拟输入模式，同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。
  * 4 作为内置外设的输入：
    * 根据需要配置该引脚为浮空输入、带弱上拉输入或带弱下拉输入，同时使能该引脚对应的某个复用功能模块。
  * 5 作为内置外设的输出：
    * 根据需要配置该引脚为复用推挽输出或复用开漏输出，同时使能该引脚对应的所有复用功能模块。

  * 本实验通过STM32的三个GPIO驱动一个三色LED，引脚PB2接红色LED(ARM_LEDR),引脚PA9接蓝色LED(ARM_LEDB)，引脚PA10接绿色LED(ARM_LEDG),  GPIO为推挽输出模式，采用灌电流方式与LED连接，通过拉高拉低GPIO电平，从而控制LED亮灭。原理图如下图所示。

{{ :icore4:icore4_arm_hal_1_1.png?direct |}}
==== 四、 实验程序 ====

=== 1、主函数 ===
<code c>
int main(void)
{
  /* MCU配置*/
  /* 重置所有外围设备，初始化Flash接口和Systick */
  HAL_Init();
  /* 配置系统时钟 */
  SystemClock_Config();
  /* 初始化所有已配置的外围设备 */
  MX_GPIO_Init();
  /* 无限循环 */
  while (1)
  {
        //三色LED循环闪烁
        LED_RED_ON;
        LED_BLUE_OFF;
        LED_GREEN_OFF;
        HAL_Delay(500);
        LED_RED_OFF;
        LED_BLUE_ON;
        LED_GREEN_OFF;
        HAL_Delay(500);
        LED_RED_OFF;
        LED_BLUE_OFF;
        LED_GREEN_ON;
        HAL_Delay(500);
  }
}

</code> 
=== 2、GPIO初始化 ===
<code c>
void MX_GPIO_Init(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
  /* GPIO端口时钟使能 */
  __HAL_RCC_GPIOH_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  /*配置GPIO引脚输出电平 */
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);
  /*配置GPIO引脚输出电平*/
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10, GPIO_PIN_SET);

  /*配置GPIO引脚：PB2 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
  HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

  /*配置GPIO引脚：PA9 PA10 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9|GPIO_PIN_10;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

void HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef*GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init)
</code> 
  * 这个函数两个参数，第一个参数是用来指定需要初始化的GPIO对应的GPIO组，取值范围为GPIOA~GPIOK。第二个参数为初始化参数结构体指针，结构体类型为GPIO_InitTypeDef。
<code c>
typedef struct 
{  
  uint32_t Pin;         // 配置IO端口
  uint32_t Mode;        // 配置IO模式
  uint32_t Pull;        // 配置IO上下拉
  uint32_t Speed;       // 配置IO速度等级
  uint32_t Alternate;  // 要连接到所选引脚的外围设备
}GPIO_InitTypeDef; 

</code> 
=== 3、GPIO写入电平函数 ===
<code c>
void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)
{   /* 检查参数 */
  assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));
  assert_param(IS_GPIO_PIN_ACTION(PinState));
  if(PinState != GPIO_PIN_RESET)
  {
    GPIOx->BSRR = GPIO_Pin;
  }
  else
  {
    GPIOx->BSRR = (uint32_t)GPIO_Pin << 16;
  }
}

</code> 
  * 实验中通过调用HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)函数来实现对GPIO引脚高低电平的写入。
=== 4、宏定义引脚 ===
<code c>
#define LED_RED_ON  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_RESET)
#define LED_RED_OFF HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_SET)

#define LED_BLUE_ON  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_RESET)
#define LED_BLUE_OFF HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_SET)

#define LED_GREEN_ON HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_10,GPIO_PIN_RESET)
#define LED_GREEN_OFF HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_10,GPIO_PIN_SET)

</code> 
  * 定义好上面的宏定义之后，就可以直接通过直接操作宏定义来控制三色LED的状态。
==== 五、 实验步骤 ====
  - 把仿真器与iCore4的SWD调试口相连（直接相连或者通过转接器相连）；
  - 把iCore4通过Micro USB线与计算机相连，为iCore4供电；
  - 打开Keil MDK 开发环境，并打开本实验工程；
  - 烧写程序到iCore4上；
  - 也可以进入Debug 模式，单步运行或设置断电运行观察三色LED状态。
==== 六、 实验现象 ====
  * 该实验实现跑马灯功能，红、绿、蓝三色LED每隔500ms循环点亮。