GPIO各种点亮LED

# 点亮LED

# 对 CubeMX的配置

对应LED三色光的分别是 PH11, PH12 和 PH13，在设定的时候对其进行更改，OUTPUT模式是必然的，而对于GPIO 的配置也很关键：

如图：三个引脚均为此配置。推挽输出、强电流是常用的模式，但是为什么要在这个地方使用上拉电阻呢？

首先回答这个问题，由于这种弱上拉对输出起到的作用很微小，不能影响其输出高低电位，而其仅有的两个作用则是：（至于这两个特性如何体现，请往下读）

上下拉对输出的作用

提高驱动能力

例如，用单片机输出高电平，但由于后续电路的影响，输出的高电平不高，就是达不到VCC，影响电路工作。所以要接上拉电阻。下拉电阻情况相反，让单片机引脚输出低电平，结果由于后续电路影响输出的低电平达不到GND，所以接个下拉电阻。
在单片机引脚电平不定的时候, 让后面有一个稳定的电平

例如上面接下拉电阻的情况下，在单片机刚上电的时候，电平是不定的，还有就是如果你连接的单片机在上电以后，单片机引脚是输入引脚而不是输出引脚，那这时候的单片机电平也是不定的，R18的作用就是如果前面的单片机引脚电平不定的话，强制让电平保持在低电平。

而需要了解的则是在Robomaster C板中 LED 本身有的一个下拉电阻：

由于 GPIO 本身的输出电流是很低的，所以采取外接电源的方式供电 LED。对于三极管，它的作用就是利用 IO 口输出电平的高低决定线路的通断，而红圈圈出的下拉电阻作用很大：

在输出低电平的时候，将控制级的点位下拉接地
在输出高电平的时候，起分压作用防止控制级电位过低

还记得刚刚提到的上拉电阻的弱上拉作用吗，为了防止输出的电压过低达不到要求，所以此处 GPIO 也设置为上拉pull-up

还有一点就是对于 IO 口的命名，命名的话在生成的工程中也会有一个定义：

如原来的GPIOH，在命名后就是LED_R_GPIO_PORT也就是会在LED_R后面加上一个_GPIO_PORT，但是为了同意组号，还是使用GPIOH比较好
IO 口就更简单，就是在LED_R之后加上_PIN即LED_R_PIN，使用 IO 口的名称将会便于阅读程序

# 实现代码

while (1)
{
    //set GPIO output high level
    HAL_GPIO_WritePin(LED_R_GPIO_Port, LED_R_Pin, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(LED_G_GPIO_Port, LED_G_Pin, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(LED_B_GPIO_Port, LED_B_Pin, GPIO_PIN_SET);
}

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详细的函数说明请见这里，这个操作就是将三原色的灯都点亮，LED 显示白色。

# 闪烁—延时

为了实现 LED 可以闪烁而不是一直亮着，我们需要对程序延时，达到这一目的可以使用自定义或自带函数两种方法：

# 自定义延时函数

自定义延时函数也有两种方法：

第一种方法是执行嵌套的空for语句达到延时的目的：

void user_delay_us(uint16_t us)
{
    for (; us > 0; us--)
    {
        for (uint8_t i = 50; i > 0; i--)
        {
            ;  // Empty loop body
        }
    }
}

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这个函数可以实现毫秒级（1ms = 1000μs）的延时，如果想用这样的方式实现微秒级的延时可以定义函数user_delay_ms，调用微秒级的延时函数，并将参数设为1000即可：

void user_delay_ms(uint16_t ms)
{
    for (; ms > 0; ms--)
    {
        user_delay_us(1000);
    }
}

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第二种方法则是通过执行空指令_nop()来实现的：

void nop_delay_us(uint16_t us)
{
    for (; us > 0; us--)
    {
        for (uint8_t i = 10; i > 0; i--)
        {
            _nop();
            _nop();
            _nop();
            _nop();
            _nop();
            _nop();
            _nop();
            _nop();
            _nop();
            _nop();
            _nop();
            _nop();
            _nop();
            _nop();
            _nop();
        }
    }
}

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这个也会实现毫秒级的延时，如果要实现微秒级，方法与上面相同；

# 库函数

就是函数HAL_Delay()关于它本身不再多说，请见这里。而我们要了解它背后是什么：

我们需要简要的介绍一下滴答计时器（SysTick）：

在main函数中有一个HAL_INIT()，在这这个函数中STM32实现了 SysTick 以及底层硬件的初始化。对 SysTick 的初始化为：HAL_InitTick(TICK_INT_PRIORITY)，这个函数将设定 SysTick 的定时周期为1ms，即频率为1000Hz，并使SysTick开始工作。每当滴答计时器递减到 0 时，会触发中断，使程序进入SysTick中断处理函数SysTick_Handler(void)，这个函数中又只会调用HAL_IncTick()函数，其内容是：

__weak void HAL_IncTick(void)
{
    uwTick += uwTickFreq;
}

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由于每个1ms的中断都会为uwTick加上1ms的值，所以uwTick变量中存储的是从STM32的 Systick 初始化以来所经过的时间（ms），uwTick的存在相当于给整个程序提供了一个绝对的时间基准，而HAL_Delay()函数延时功能便是通过uwTick的值完成的

如果想要在你的程序中也访问uwTick的值，可以使用HAL_GetTick()函数

HAL_Delay()的优点是不用我们自己去自定义，而缺点在于只能到毫秒级

# 底层

# GPIO外设结构体

HAL 库为每个外设(GPIO 除外)创建了两个结构体，一个是外设初始化结构体，一个是外设句柄结构体，其中 GPIO 没有句柄结构体。这两个结构体都是定义在外设对应的驱动头文件中，比如stm32f4xx_hal_usart.h 文件。

初始化结构一般是做为句柄结构体的一个成员通过指针被引用，而句柄结构体则在外设 HAL 函数库实现被使用，比如在stm32f4xx_hal_usart.c 文件。这两个结构体内容几乎包括了外设的所有可选属性，理解这两个结构体内容对我们编程非常有帮助。 GPIO 外设只有一个初始化结构体，没有句柄结构体，所以 GPIO 初始化结构体直接在stm32f4xx_hal_gpio.c文件中与相关初始化函数配合使用完成 GPIO 外设初始化配置

其代码如下：

typedef struct {
02 uint32_t Pin;       /*GPIO 引脚编号选择 */
03 uint32_t Mode;      /*GPIO 引脚工作模式 */
04 uint32_t Pull;      /*GPIO 引脚上拉、下拉配置 */
05 uint32_t Speed;     /*GPIO 引脚最大输出速度 */
06 uint32_t Alternate; /*GPIO 引脚的复用 */
07 } GPIO_InitTypeDef;

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# 对GPIO编程的流程

如果使用 CubeMX 直接生成代码的话，这些过程是直接被省略的，但是为了深入理解它到底是如何工作的，我们还是来学习一下：

首先需要定义一个硬件初始化结构体：
```
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
```
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有标准库那味儿了吧
随后需要开启 LED 对应引脚对应的 IO 端口时钟：
```
__HAL_RCC_GPIOx_CLK_ENABLE()
```
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设置对应引脚首先输出低电位

HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO, LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);

初始化结构体内参数

/* 设定LED1 对应引脚IO 编号 */
GPIO_InitStruct.Pin = LED1_GPIO_PIN;
/* 设定LED1 对应引脚IO 为输出模式 */
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
/* 设定LED1 对应引脚IO 操作速度 */
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
/* 初始化LED1 对应引脚IO */
HAL_GPIO_Init(LED1_GPIO, &GPIO_InitStruct);

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配置到硬件

HAL_GPIO_Init(LED3_GPIO, &GPIO_InitStruct);

# 参考

[1] Robomaster 开发板C型教程

[2] HAL 用户手册

[3] 硬石科技 YS-F4Pro 开发手册

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上次更新: 2020/11/18, 13:11:00

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