韦东山老师的单片机核心课程学习笔记（二）

上一节课学习了单片机的微控制单元的组成，那么怎么使用这个为控制单元呢

首先我们需要一个类似于Hello,World！的入门课程，在单片机里这个入门课是：点亮一个led灯

想要利用单片机点亮一个LED灯，不同的单片机可能会有不同的实现方法，问题是我们能不能找到一种泛化的操作步骤，让我们面对不同的单片机都可以游刃有余呢

韦东山老师将点亮一个LED这个操作分为了三个步骤：

看原理图，确定控制LED的引脚
看主芯片手册，确定如何控制相应引脚
写控制程序

1、看原理图

下图是利用单片机的一个引脚来控制LED灯的原理图：

上图是利用某款单片机某个引脚控制LED灯点亮的原理图，分为两种情况，图中都说的非常明白

我像记录以下，为什么要加一个电阻，因为上图中单片机引脚输出的电压为3.3V，而LED灯导通所需的电压非常小，3.3V的电压加在LED两端会将其烧坏，因此需要加一个分压的电阻。

那么问题又来了，如果我们使用的单片机无法输出3.3V的电压呢？或者说，我们的单片机驱动能力不足以点亮一个LED灯，那这个电路应该怎么设计呢？

答案是：我们可以引入一个三极管来提高电路的驱动能力！

改进的原理图如下所示：

上图对单片机引脚的驱动能力要求大大降低，从驱动LED灯变成了驱动三极管，只要达到三极管的导通要求便可以。

需要注意其中输入电阻的作用与上面介绍的情况相同，在选型时要注意其阻值是否符合要求！

2、阅读主芯片手册

阅读主芯片手册是为了确定我们如何才能访问到控制LED灯的这个引脚

不同的单片机可能采用不同的控制芯片，因此芯片手册也会有差别，因此我们要阅读对应的手册

但是本质上我们都是操作对应的寄存器，其操作寄存器的思路是不变的

首先我们操作寄存器时要遵循的一个原则是：修改某个寄存器位时不影响到其他位

其具体操作为：

读出对应寄存器的数据val = reg_data
修改该寄存器的某一位的数据val = val | 0x _ _(将对应寄存位设为1)
将修改后的数据写入该寄存器reg_data = val

我们要控制led，就要控制与led相连的引脚，使其作为一个普通引脚（GPIO）来工作，对于控制某一引脚的操作，如果我们想让其作为一个GPIO来使用，可以分为下面几个步骤：

使能对应外设的时钟控制器
设置对应引脚的工作模式（因为具体的引脚可能有不同点多工作模式，如GPIO,UART等等）
设对应置引脚的工作方向（输出/输入）
设置该引脚的输出数据或读取该引脚的当前数据

对于上述四个步骤我们都是读写寄存器来完成的。

我们可以通过上述的操作寄存器的步骤来修改，但是上述的方法需要散布，明显不够高效，对应GPIO这种频繁使用的引脚功能，一般单片机都会做出更加方便的寄存器操作方法。

为了更方便的操作GPIO数据寄存器，很多单片机都提供了另外两个寄存器：Set_reg, Reset_reg

置位寄存器Set_reg中对应位为1时，GPIO数据寄存器中的对应位就被设置成了1

清零寄存器Reset_reg中对应位为1时，GPIO数据寄存器中的对应位就被设置成了0

我们如果想修改某一个GPIO数据寄存器的值，可以找到其对应的置位和清零寄存器，对其进行各位的赋值就可以了。

3、编写程序

在经过上述学习后，我特地找来了一块STM32开发板来实践刚刚的操作

重新走上了为LED电灯的道路

此次我找到的开发板是野火的F103指南者：

野火的STM32F103指南者采用了STM32F103VET6芯片作为主控芯片，具有 512kB Flash，64kB SRAM，系统时钟 72MHz，LQFP100 封装。支持JTAG，SWD，ISP烧录模式。

利用ISP烧录模式简单测试了一下板子，是可以被正常识别出来的：

之后按照上面的步骤，开始点亮第一个LED灯：

我们找到原理图可以看到led灯是由单片机IO直接驱动的，由PB5,PB0,PB1分别控制RGB三种灯色，低电平点亮，高电平熄灭。

要点亮这个led灯就要明白这三个引脚是怎么控制的，虽然上面已经讲了，但是我还是找到了具体的芯片手册，一步步查找了对应的寄存器内容

首先我们找到时钟RCC外设使能寄存器：

使能IOPB的时钟

再找到GPIOB的低位控制寄存器CRL

设置PB0的模式为输出模式，并配置为推挽输出模式

再找到GPIOB数据输出寄存器ODR

设置PB0电平周期反转

我还想试一试GPIO设置/清除寄存器，于是又利用SET/RESET寄存器配置了PB1

代码段如下：

int main(){unsigned int *pReg;/* 使能GPIOB的RCC时钟 */pReg   = (unsigned int *)(0X40021000 + 0x18);*pReg |= (1<<3);/* 设置GPIOB中的PB0引脚工作模式为输出模式，并设置成推挽输出模式 */pReg   = (unsigned int *)(0X40010C00 + 0x00);*pReg |= (1<<0);*pReg &= ~(1<<2);/* 设置GPIOB中的PB1引脚工作模式为输出模式，并设置成推挽输出模式 */pReg   = (unsigned int *)(0X40010C00 + 0x00);*pReg |= (1<<4);*pReg &= ~(1<<6);while(1){/* 设置GPIOB0输出为1 */pReg   = (unsigned int *)(0X40010C00 + 0x0C);*pReg |= (1<<0);pReg   = (unsigned int *)(0X40010C00 + 0x10);        *pReg |= (1<<17);delay(200000);/* 设置GPIOB0输出为0 */pReg   = (unsigned int *)(0X40010C00 + 0x0C);     *pReg &= ~(1<<0);pReg   = (unsigned int *)(0X40010C00 + 0x10);*pReg |= (1<<1);delay(200000);}return 0;
}

测试后可以正常点亮LED_G和LED_B

但是发现两个小问题，或者说是小疑惑：

在配置完PB0和PB1引脚为输出模式后，该引脚默认输出低电平，这是怎么产生的？
在对位运算取反时遇到一个warning

问题1：

为什么配置引脚为输出模式后，该引脚默认输出低电平

因为输出数据寄存器默认全是0，表现出来被配置好的输出引脚就都是低电平

问题2：

warning: implicit conversion changes signedness: 'int' to 'unsigned int' [-Wsign-conversion]

解释：大意是提示在将int转换位unsigned int类型时，隐含一些问题。

拿一句代码举例（*pReg）是一个unsigned int类型的变量，而编译器在进行(1<<0)移位操作时会将其保存为int类型的数据，这样我们就将一个int类型的数据赋值给了unsigned int类型的变量，由于两种类型取值范围不同，所以可能存在隐含的问题。

具体理解可见C integer promotion原理