飛控開發基礎-[1] STM32 GPIO（LED航情燈、信號燈控制）

ID:716213 · 發表于 2020-3-26 15:12

GPIO（LED航情燈、信號燈控制）一、LED1.1 LED簡介

LED（Light Emitting Diode）即為發光二極管的縮寫。LED是一種在生活中非常常見的照明發光器件。LED的在我們生活中形態種類非常的多，如下圖所示。

盡管LED在我們生活中形態非常地多，但這所有的LED在電路里均使用如下圖所示的符號來表示。

1.2 LED發光原理

LED最重要的一個發光結構就是燈內如綠豆大小般的燈珠。雖然它的體積很小，但它卻內有乾坤，如下圖所示為LED內部構造。

這個結構極其復雜，一共分為好幾層：最上層叫做P型半導體層、中間層為發光層、最下層叫做N型半導體層。

從物理學角度來理解：當電流通過晶片時，N型半導體內的電子與P型半導體內的空穴在發光層劇烈地碰撞復合產生光子，以光子的形式發出能量（即大家看見的光）。

二、GPIO2.1 GPIO簡介

GPIO(General-purpose input/output)，通用的輸入輸出的簡稱，單片機的引腳可以供使用者自由使用，可以配置為輸出，也可以配置為輸入。其中輸出又可以是輸出“高電平”或者“低電平”。在電子電路中“高電平”是電壓高的狀態，用邏輯來表示即為1，“低電平”是電壓低的狀態，用邏輯來表示即為0。

STM32F103系列是意法半導體基于ARM Cortex M3內核的32位單片機，飛控上用的主核心是48腳的STM32F103CBT6，其引腳如下圖所示。

STM32F103CBT6的GPIO的功能較多，有A、B、C、D等四組GPIO，每組每個GPIO口都可以作為輸出輸出口使用之外，還能作為復用引腳使用，比如串口、I2C、SPI 等特殊接口的引腳。但是需要注意的是每個引腳的復用功能是有限制的，所以硬件連接時需要注意每個引腳有哪些復用功能，這個可以在 STM32F103的數據手冊中查看。GPIO 口一共有 8 種模式，分別為：浮空輸入，上拉輸入，下拉輸入，模擬輸入，開漏輸出，推挽輸出，推挽式復用功能，開漏式復用功能，如下表所示。

STM32F103GPIO工作模式

GPIO的工作模式
輸入模式	輸出模式	最大輸出速度
（1）GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空輸入（2）GPIO_Mode_IPU 上拉輸入（3）GPIO_Mode_IPD 下拉輸入（4）GPIO_Mode_AIN 模擬輸入	（1）GPIO_Mode_Out_OD 開漏輸出（帶上拉或者下拉）（2）GPIO_Mode_AF_OD 復用開漏輸出（帶上拉或者下拉）（3）GPIO_Mode_Out_PP 推挽輸出（帶上拉或者下拉）（4）GPIO_Mode_AF_PP 復用推挽輸出（帶上拉或者下拉）	（1）10MHZ （2）2MHZ （3）50MHZ

這8種功能我們就不一一介紹了，有興趣可以上網搜索了解一下，這里主要講解一下開漏輸出和推挽輸出的區別。
（1）開漏輸出：
輸出端相當于三極管的集電極. 需要上拉電阻才能得到高電平，利用外部上拉電阻的驅動能力，減少IC內部的驅動，驅動能力強，適合于做電流型的驅動，可達到20mA。
（2）推挽輸出：
可以輸出高，低電平,連接數字器件，是由兩個參數相同的三極管或 MOSFET以推挽方式連接，各負責正負半周的波形放大任務。電路工作時，兩只對稱的功率開關管每次只有一個導通，所以導通損耗小、效率高，既提高電路的負載能力，又提高開關速度。

總結一下：推挽輸出可以輸出強高低電平，連接數字器件；而開漏輸出只可以輸出低電平，高電平得靠外部電阻拉高。輸出端相當于三極管的集電極，要得到高電平狀態需要上拉電阻才行，適合于做電流型的驅動，其吸收電流的能力相對強（一般20ma以內）。

2.2 GPIO相關寄存器

STM32F103的每個GPIO端口有：兩個32位配置寄存器(GPIOx_CRL和GPIOx_CRH)、兩個32位數據寄存器(GPIOx_IDR和GPIOx_ODR)、一個32位置位/復位寄存器(GPIOx_BSRR)、一個16位復位寄存器(GPIOx_BRR)、一個32位鎖定寄存器(GPIOx_LCKR)。

（1）GPIOx_CRL寄存器（x=A~G）

該寄存器用于配置IO0~7的輸入輸出模式以及速率設置。

（2）GPIOx_CRH寄存器（x=A~G）

該寄存器用于配置IO8~15的輸入輸出模式以及速率設置。

（3）GPIOx_IDR寄存器(x=A~G)

IDR是GPIO的輸入數據寄存器。通過IDR寄存器可以讀出IO的狀態。需要注意的是IDR寄存器只能以字（16位）的形式讀出。

（4）GPIOx_ODR寄存器(x=A~G)

ODR是GPIO的輸出數據寄存器。通過ODR寄存器可以輸出高低電平。

（5）GPIOx_BSRR寄存器(x=A~G)

BSRR是GPIO的端口位設置/清除寄存器。BSRR寄存器的高16位是清除IO位，低16位是置位IO位。需要注意的是BSRR只有在寫入1的時候，相應的功能才有作用，寫入0是無效的。

（6）GPIOx_BRR寄存器(x=A~G)

BRR是GPIO的端口位清除寄存器。BRR基礎只有在寫入1的時候，相應的功能才有作用，寫入0無效。

（7）GPIOx_LCKR寄存器(x=A~G)

LCKR是GPIO的端口配置鎖定寄存器。LCKR寄存器用來鎖定IO口的配置，設置后，除了復位后不能再配置IO的狀態。

2.3 GPIO實驗

本節實驗的內容是周期性點亮無人機的航情燈以及信號燈，其中航情燈在四個螺旋槳底下，而信號燈則在開關兩側。

查看原理圖可以得知無人機的航情燈同一接在NPN三極管Q1上，而三極管的基極又接在了單片機的PA8上；兩個信號燈分別接在了PC13和PC14上。

編寫代碼的思路如下表所示

1	管腳配置	1、定義結構體； 2、使能時鐘； 3、填充結構體； 4、裝載結構體。
2	邏輯處理	周期點亮LED

按照代碼思路，編寫代碼（通過調用官方庫）如下圖所示：

完成配置后只需要周期點亮以及關閉LED即可。

其中延時如下圖所示。

保存、編譯、下載，如下圖所示，1為保存，2為編譯，3為下載。

下載代碼到飛控上，就可以看到飛控的LED指示燈以及四個螺旋槳下面的航情燈周期閃爍的現象了，如下圖所示。

2.飛控開發基礎-【1】GPIO.pdf (1.09 MB, 下載次數: 18)

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