实验二：STM32平台-------TrikeBot小车七彩探照灯

1、实验前准备

图1-1 STM32主控板

 图1-2七彩探照灯模块

2、实验目的

STM32单片机上电之后，实验效果为报警灯光模拟和七彩灯轮询，主要是学习STM32的GPIO口控制和PWM控制LED。

3、实验原理

  RGB三色灯和普通的LED灯其实没有什么不同，只是在封装上，RGB灯内封装了三个LED（红，绿，蓝），通过控制三种LED亮度（256种亮度级别可选），可以混合出不同的颜色（256*256*256）。

  由电路原理图可知，本实验中采用的RGB LED灯是共阴LED，一个引脚接地，其余的三个RGB引脚分别接在STM32主控板上的PB1、PB0、PA7引脚上.同时每个LED灯需要串联一个220欧的电阻作为限流电阻，我们只需在STM32主控板上控制相应的引脚为高电平，即可点亮相应的LED。通过调节不同的PWM可以输出不同的颜色值。

这里需要说明一下，我们在讲解固件库之前会首先对重要寄存器进行一个讲解，这样是为了大家对寄存器有个初步的了解。大家学习固件库，并不需要记住每个寄存器的作用，而只是通过了解寄存器来对外设一些功能有个大致的了解，这样对以后的学习也很有帮助。

首先要提一下， 在固件库中， GPIO 端口操作对应的库函数函数以及相关定义在文件stm32f10x_gpio.h 和 stm32f10x_gpio.c 中。

STM32 的 IO 口相比 51 而言要复杂得多，所以使用起来也困难很多。

首先STM32 的 IO 口

可以由软件配置成如下 8 种模式：

1、 输入浮空

2、 输入上拉

3、 输入下拉

4、 模拟输入

5、 开漏输出

6、 推挽输出

7、 推挽式复用功能

8、 开漏复用功能

每个 IO 口可以自由编程， 但 IO 口寄存器必须要按 32 位字被访问。 STM32 的很多 IO 口都是 5V 兼容的，这些 IO 口在与 5V 电平的外设连接的时候很有优势，具体哪些 IO 口是 5V 兼容的，可以从该芯片的数据手册管脚描述章节查到（I/O Level 标 FT 的就是 5V 电平兼容的）。
STM32 的每个 IO 端口都有 7 个寄存器来控制。他们分别是：配置模式的 2 个 32 位的端口配置寄存器 CRL 和 CRH； 2 个 32 位的数据寄存器 IDR 和 ODR； 1 个 32 位的置位/复位寄存器BSRR；一个 16 位的复位寄存器 BRR； 1 个 32 位的锁存寄存器 LCKR。大家如果想要了解每个寄存器的详细使用方法，可以参考《STM32 中文参考手册 V10》 P105~P129。
CRL 和 CRH 控制着每个 IO 口的模式及输出速率。
STM32 的 IO 口位配置表如表 3.1 所示：

表3.1 STM32 的 IO 口位配置表

STM32 输出模式配置如表 3.2 所示：

表 3.2 STM32 输出模式配置表

在固件库开发中， 操作寄存器 CRH 和 CRL 来配置 IO 口的模式和速度是通过 GPIO 初始化

函数完成：

void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx,  GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct)；

这个函数有两个参数， 第一个参数是用来指定 GPIO，取值范围为 GPIOA~GPIOG。

第二个参数为初始化参数结构体指针，结构体类型为 GPIO_InitTypeDef。下面我们看看这个结构体的定义。首先我们打开我们光盘的跑马灯实验，然后找到 FWLib 组下面的 stm32f10x_gpio.c文件，定位到 GPIO_Init 函数体处,双击入口参数类型GPIO_InitTypeDef 后右键选择“Go to definition of …” 可以查看结构体的定义：

typedef struct
{

uint16_t  GPIO_Pin;
GPIOSpeed_TypeDef  GPIO_Speed;
GPIOMode_TypeDef  GPIO_Mode;
}GPIO_InitTypeDef;

下面我们通过一个 GPIO 初始化实例来讲解这个结构体的成员变量的含义。
通过初始化结构体初始化 GPIO 的常用格式是：
GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  =  GPIO_Pin_1;  //RED LED-->PB.1 端口配置
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  =  GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed  =  GPIO_Speed_50MHz;//速度 50MHz
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//根据设定参数配置 GPIO

上面代码的意思是设置 GPIOB 的第 1 个端口为推挽输出模式，同时速度为 50M。 从上面初始化代码可以看出，结构体 GPIO_InitStructure 的第一个成员变量 GPIO_Pin 用来设置是要初始化哪个或者哪些 IO 口； 第二个成员变量 GPIO_Mode 是用来设置对应 IO 端口的输出输入模式,这些模式是上面我们讲解的 8 个模式， 在 MDK 中是通过一个枚举类型定义的：

typedef enum
{

GPIO_Mode_AIN = 0x0, //模拟输入
GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04, //浮空输入
GPIO_Mode_IPD = 0x28, //下拉输入
GPIO_Mode_IPU = 0x48, //上拉输入
GPIO_Mode_Out_OD = 0x14, //开漏输出
GPIO_Mode_Out_PP = 0x10, //通用推挽输出
GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C, //复用开漏输出
GPIO_Mode_AF_PP = 0x18 //复用推挽
}GPIOMode_TypeDef;
第三个参数是 IO 口速度设置， 有三个可选值，在 MDK 中同样是通过枚举类型定义：
typedef enum
{
GPIO_Speed_10MHz = 1,

GPIO_Speed_2MHz,

GPIO_Speed_50MHz

}GPIOSpeed_TypeDef;

要想知道某个 IO 口的电平状态，你只要读这个寄存器，再看某个位的状态就可以了。使用起来是比较简单的。

在固件库中操作 IDR 寄存器读取 IO 端口数据是通过 GPIO_ReadInputDataBit 函数实现的：

uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

比如我要读 GPIOB.1 的电平状态， 那么方法是：

GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1);

返回值是 1(Bit_SET)或者 0(Bit_RESET);

在固件库中设置 ODR 寄存器的值来控制 IO 口的输出状态是通过函数

GPIO_Write 来实现的：

void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal);
该函数一般用来往一次性一个 GPIO 的多个端口设值。

BRR寄存器是端口位清除寄存器。该寄存器的作用跟 BSRR 的高 16 位雷同，这里就不做详细讲解。 在 STM32 固件库中， 通过 BSRR 和 BRR 寄存器设置 GPIO 端口输出是通过函数
GPIO_SetBits()和函数 GPIO_ResetBits()来完成的。

void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

在多数情况下，我们都是采用这两个函数来设置 GPIO 端口的输入和输出状态。 比如我们要设置 GPIOB.1 输出 1，那么方法为：

GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_1);

反之如果要设置 GPIOB.1 输出位 0，方法为：

GPIO_ResetBits (GPIOB, GPIO_Pin_1);

GPIO 相关的函数我们先讲解到这里。 虽然 IO 操作步骤很简单，这里我们还是做个概括性的总结，操作步骤为：

1） 使能 IO 口时钟。调用函数为 RCC_APB2PeriphClockCmd()。

2） 初始化 IO 参数。调用函数 GPIO_Init();

3） 操作 IO。操作 IO 的方法就是上面我们讲解的方法。

上面我们讲解了 STM32  IO 口的基本知识以及固件库操作 GPIO 的一些函数方法，下面我们来讲解我们的七彩探照灯硬件和软件设计。

4、实验步骤

4-1.看懂原理图

图4-1 STM32主控板电路图

图4-2  RGB LED灯

4-2.理解原理图

   由电路原理图可以知道相应的连接电路，LED_R连接到主控板上的数字PB1口，LED_G和LED_B分别接在主控板上的PB0和PA7口。

4-3.烧录程序

如出现小车无法烧录或小车无法动作的情况下可以按一下复位键。

4-4 程序代码如下（简单GPIO控制）：

  详情见TrikeBot小车七彩探照灯代码。