代码收藏家技术教程 2024-06-03

嵌入式开发之旅：初探STM32世界—跑马灯实验

任何一个单片机，最简单的外设莫过于 IO 口的高低电平控制了，本章将通过一个经典的跑马灯程序，带大家开启 STM32F4 之旅，通过本次的学习，你将了解到 STM32F4 的 IO 口作为输出使用的方法。我们将通过代码控制正点原子探索者 STM32F4 开发板上的两个 LED：DS0 和 DS1 交替闪烁，实现类似跑马灯的效果。

一、实现的功能

二、硬件设计

三、程序设计

3.1 创建工程模板

3.2 工程中创建对应的文件

3.3 添加文件路径

3.4 添加相应的外设固件库和所需文件

3.5 程序流程图

3.5.1 编写LED灯初始化函数/驱动代码

3.5.2 编写延时函数

3.5.3 程序主函数/代码主要逻辑

四、下载验证

一、实现的功能

实现 STM32F407开发板上LED 灯：LED0 和 LED1 每过 500ms 一次交替闪烁，实现类似跑马灯的效果。

二、硬件设计

本次用到的硬件只有 LED（DS0 和 DS1）。其电路在探索者 STM32F4 开发板上默认是已经连接好了的。DS0 接 PF9，DS1 接 PF10。所以在硬件上不需要动任何东西。其连接原理图如图所示。

相同网络标号表示它们是连接在一起的，因此 DS0 发光二极管阴极是连接在 STM32 的 PF9 管脚上，DS1 指示灯阴极连接在 PF10 管脚上。如果要使 DS0 指示灯亮，只需要控制 PF9 管脚输出低电平，如果要使 DS0 指示灯灭，只需控制 PF9 输出高电平。同理，DS1也是如此。

三、程序设计

关于库函数版本的工程模板如何创建，我在之前的博客已经详细记录，本次工程直接使用，并同时讲解实际开发的多文件编程的整个过程。

3.1 创建工程模板

因为我们采用的是库函数开发，所以直接复制创建好的库函数模板，在此模板上进行程序开发。将复制过来的模板文件夹重新命名为“实验一：跑马灯实验”。打开此文件夹，在Project目录下新建一个文件夹，命名为：MyLed，用于存放LED的驱动程序，然后再新建一个文件夹，命名为：MyDelay，用来存放延时模块，这里我们使用单片机内部的系统节拍定时器实现延时，比起软件延时，更加精准，后面介绍系统节拍定时器，后期详细介绍，如下图所示。

3.2 工程中创建对应的文件

打开工程，在项目下创建与文件夹中同名的文件夹：MyLed和MyDelay文件夹，保存在对应的文件夹路径中，同时创建对应的源文件.c文件和头文件.h文件，这两个文件内容是我们自己需要编写的，不是库文件。通常 xxx.c 文件用于存放编写的驱动程序，xxx.h 文件用于存放 xxx.c 内的 stm32 头文件、全局变量声明、函数声明等内容，这样做的好处是方便我们能够快速移植代码，并且工程目录也非常清晰，对后续维护带来方便。 MyLed文件夹用于存放我们编写的 led 驱动程序，假如后面要操作开发板上的蜂鸣器，同样新建一个 MyBeep 文件夹用于存放蜂鸣器的驱动程序。创建好后如下图所示：

3.3 添加文件路径

要想工程在编译阶段能够找到创建的文件，必须要加入文件路径，按照下面的步骤操作即可，如下图所示：

3.4 添加相应的外设固件库和所需文件

至此，工程所需文件已经全部创建完毕，接下来就是梳理程序逻辑，编写代码。

3.5 程序流程图

程序流程图能帮助我们更好的理解一个工程的功能和实现的过程，对学习和设计工程有很好的主导作用。本实验的程序流程图如下：

3.5.1 编写LED灯初始化函数/驱动代码

GPIO 输出配置步骤：

1）使能对应 GPIO 时钟

STM32 在使用任何外设之前，我们都要先使能其时钟。本实验用到 PF9 和 PF10 两个 IO 口，因此需要先使能 GPIOF 的时钟。

2）设置对应 GPIO 工作模式

本实验 GPIO 使用推挽输出模式，控制 LED 亮灭，通过定义GPIO结构体，设置好其中的成员变量参数，再调用库函数实现即可。

3）控制 GPIO 引脚输出高低电平

在配置好 GPIO 工作模式后，我们就可以通过相应的库函数控制 GPIO 引脚输出高低电平，从而控制 LED 的亮灭了。

注意：在配置 STM32 外设的时候，任何时候都要先使能该外设的时钟！通过查看该外设挂载在哪个总线下，从而决定开启那个哪个时钟。所有的GPIO 是挂载在 AHB1 总线上的外设，在固件库中对挂载在 AHB1 总线上的外设时钟使能是通过函数 RCC_AHB1PeriphClockCmd ()来实现的。

在 myled.h文件夹下编写如下代码：

#ifndef __MYLED_H
#define __MYLED_H

void LED_Init(void);

#endif

在头文件的开头，使用“#ifndef”关键字，判断标号“__MYLED_H”是否被定义，若没有被定义，则从“#ifndef”至“#endif”关键字之间的内容都有效，也就是说，这个头文件若被其它文件“#include”，它就会被包含到其该文件中了，且头文件中紧接着使用 “#define”关键字定义上面判断的标号“__MYLED_H”。当这个头文件被同一个文件第二次 “#include”包含的时候，由于有了第一次包含中的“#define __MYLED_H”定义，这时再判断“#ifndef __LED_H”，判断的结果就是假了，从“#ifndef”至“#endif”之间的内容都无效，从而防止了同一个头文件被包含多次，编译时就不会出现“redefine（重复定义）” 的错误了。 一般来说，我们不会直接在 C 的源文件写两个“#include”来包含同一个头文件，但可能因为头文件内部的包含导致重复，这种代码主要是避免这样的问题。如“bsp_led.h” 文件中使用了“#include ―stm32f4xx.h ”语句，按习惯，可能我们写主程序的时候会在 main 文件写“#include ―bsp_led.h‖ 及#include ―stm32f4xx.h”，这个时候“stm32f4xx.h”文件就被包含两次了，如果没有这种机制，就会出错。至于为什么要用两个下划线来定义“__LED_H”标号，其实这只是防止它与其它普通宏定义重复了。

在 myled.c文件夹下编写如下代码：

#include "stm32f4xx.h"                  // Device header
#include "myled.h"

void LED_Init(void)
{
    //第一步：使能GPIOF两个口的时钟 
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);//使能 GPIOF 时钟
	
   //第二步：GPIOF9,F10 初始化设置
   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;//LED0 和 LED1 对应 IO 口
   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式
   GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
   GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);//初始化 GPIO

   //第三步：设置灯的初始状态
   GPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10);//GPIOF9,F10 设置高电平，灯灭
}

因为我们使用固件库中的一系列函数和寄存器结构体的封装，所以，我们必须要引入固件库的头文件，其次，多文件编程，要引入相应的的头文件。这段代码的作用是使能 AHB1 总线上的 GPIOF 时钟。在设置完时钟之后，LED_Init 调用 GPIO_Init 函数完成对 PF9 和 PF10 的初始化配置，然后调用函数 GPIO_SetBits 控制 LED0 和 LED1 输出 1（LED 灭）。至此，两个 LED 的初始化完毕。这样就完成了对这两个 IO 口的初始化。

3.5.2 编写延时函数

在 mydelay.h文件夹下编写如下代码：

利用系统节拍定时器可以实现精准延时（后期博客详细总结），因此我们实现了三个延时任意时间的函数，后续项目使用直接引入头文件，然后直接调用相应的函数即可。

#ifndef __MYDELAY_H__
#define __MYDELAY_H__

void My_Delay_us(uint32_t num); //延时任意微秒
void My_Delay_ms(uint32_t num); //延时任意毫秒
void My_Delay_s(uint32_t num);  //延时任意秒

#endif

在 mydelay.c文件夹下编写如下代码：

#include "stm32f4xx.h"                  // Device header
#include "mydelay.h"


//延时num微秒
void My_Delay_us(uint32_t num)
{
    while(num--)
    {
        SysTick ->CTRL = (1 << 0);
    
        SysTick ->CTRL &= ~(1<<2);
    
        SysTick ->CTRL &= ~(1<<1);
    
        SysTick ->VAL = 0x0;
    
        SysTick ->LOAD = 21;   //1秒 21000000HZ，1毫秒 21000HZ  1微秒 21 HZ
    
        while(!(SysTick ->CTRL & (1<<16)));
        SysTick ->CTRL = ~(1<<0);
    }
}


//延时num毫秒，1毫秒等于1000微秒
void My_Delay_ms(uint32_t num)
{
    while(num--)
    {
        My_Delay_us(1000);
    }
}


//延时num秒，1秒等于1000毫秒
void My_Delay_s(uint32_t num)
{
    while(num--)
    {
        My_Delay_ms(1000);
    }
}

3.5.3 程序主函数/代码主要逻辑

main()函数非常简单，先调用 LED_Init()来初始化 GPIOF.9 和 GPIOF.10 为输出。最后在死循环里面实现 LED0 和 LED1 交替闪烁，间隔为 500ms。编写代码如下：

#include "stm32f4xx.h"                  // Device header
#include "myled.h"
#include "mydelay.h"


int main(void)
{ 
    //1.初始化 LED 端口
     LED_Init();
	
    //2.通过直接操作库函数的方式实现 IO 控制
    while(1)
    {
	  //LED0 对应引脚 GPIOF.9 拉低，点亮 ;
      GPIO_ResetBits(GPIOF,GPIO_Pin_9); 
	  //LED1 对应引脚 GPIOF.10 拉高，熄灭 ;
      GPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_10); 
      My_Delay_ms(500); //延时 500ms
		
	  //LED0对应引脚GPIOF.0拉高，熄灭;
      GPIO_SetBits(GPIOF,GPIO_Pin_9); 
	  //LED1 对应引脚 GPIOF.10 拉低，点亮 
      GPIO_ResetBits(GPIOF,GPIO_Pin_10); 
      My_Delay_ms(500); //延时 500ms
     }
}