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第18章 STM32F429的GPIO应用之跑马灯

本章教程为大家介绍STM32F429的GPIO应用之跑马灯，跑马灯作为经典的测试例程，可以让大家对STM32F429应用有个简单的整体认识。

18.1 初学者重要提示

18.2 跑马灯硬件设计

18.2.1 灌电流驱动方式

18.2.2 LED的压降和驱动电流

18.2.3 总线扩展

18.2.4 贴片LED的正负极区分

18.3 跑马灯软件驱动设计

18.4 跑马灯板级支持包（bsp_led.c）

18.4.1 函数bsp_InitLed

18.4.2 函数bsp_LedOn

18.4.3 函数bsp_LedOff

18.4.4 函数bsp_LedToggle

18.4.5 函数bsp_IsLedOn

18.5 跑马灯驱动移植和使用

18.6 实验例程设计框架

18.7 实验例程说明（MDK）

18.8 实验例程说明（IAR）

18.9 总结

18.1 初学者重要提示

学习本章节前，务必保证已经学习了第15，16和17章。
虽然是跑马灯的初级例程，但有必要掌握程序的基本设计框架，后面的例子都是建立在这个框架的基础上。
LED不是用CPU的IO直接驱动，而是由74HC574驱动的，74HC574是一个8路并口缓冲器，挂在FMC总线上，实现IO扩展。也许初学者会问为什么要做IO扩展，不是已经用了208脚的STM32F429BIT6吗？因为开发板使用了32位SDRAM和RGB888硬件接口，消耗IO巨大，所以必须得扩展了。
对于初学者来说，仅需掌握LED驱动的实现方法和对应的API调用即可，需要深入的理解IO扩展部分，会在后面的节进行详细讲解。
FMC总线扩展32路高速IO理解成GPIO的ODR寄存器就很简单了，其实就是一个东西。

FMC扩展IO是对地址0x60001000的32bit数据空间的0和1的操作。GPIOA的ODR寄存器是对地址 0x40000000 + 0x18020000 + 0x14 空间的操作。但只能操作16个引脚。

使用总线的优势就在这里了，相当于在GPIOA到GPIOK的基础上，又扩展出GPIOL和GPIOM。

#define PERIPH_BASE            ((uint32_t)0x40000000)
#define D3_AHB1PERIPH_BASE     (PERIPH_BASE + 0x18020000)
#define GPIOA_BASE             (D3_AHB1PERIPH_BASE + 0x0000)
#define GPIOA                  ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE)typedef struct
{__IO uint32_t MODER;    /*!< GPIO port mode register,               Address offset: 0x00      */__IO uint32_t OTYPER;   /*!< GPIO port output type register,        Address offset: 0x04      */__IO uint32_t OSPEEDR;  /*!< GPIO port output speed register,       Address offset: 0x08      */__IO uint32_t PUPDR;    /*!< GPIO port pull-up/pull-down register,  Address offset: 0x0C      */__IO uint32_t IDR;      /*!< GPIO port input data register,         Address offset: 0x10      */__IO uint32_t ODR;      /*!< GPIO port output data register,        Address offset: 0x14      */__IO uint16_t BSRRL;    /*!< GPIO port bit set/reset low register,  Address offset: 0x18      */__IO uint16_t BSRRH;    /*!< GPIO port bit set/reset high register, Address offset: 0x1A      */__IO uint32_t LCKR;     /*!< GPIO port configuration lock register, Address offset: 0x1C      */__IO uint32_t AFR[2];   /*!< GPIO alternate function registers,     Address offset: 0x20-0x24 */
} GPIO_TypeDef;

18.2 跑马灯硬件设计

跑马灯的硬件设计如下：

通过这个硬件设计，有如下四点需要学习：

18.2.1 灌电流驱动方式

关于拉电流、灌电流和相关的电气特性，在第15章的15.4小节做了专门的讲解。对于STM32F429来说，使用拉电流和灌电流驱动LED都是可以的，因为拉电流和灌电流时，STM32F429总的拉电流和灌电流都是不可超过120mA，单个引脚最大不可超过25mA。

开发板这里是采用的灌电流方式。

18.2.2 LED的压降和驱动电流

这种采用的是灌电流方式，而流经LED的电流大小是多少呢？这里需要先补充一个基础的知识点。

直插超亮发光二极管压降，主要有三种颜色，然而三种发光二极管的压降都不相同，具体压降参考值如下：

红色发光二极管的压降为2.0V-2.2V。
黄色发光二极管的压降为1.8V-2.0V。
绿色发光二极管的压降为3.0V-3.2V。
正常发光时的额定电流约为20mA。

贴片LED压降：

红色的压降为1.82-1.88V，电流5-8mA。
绿色的压降为1.75-1.82V，电流3-5mA。
橙色的压降为1.7-1.8V，电流3-5mA。
蓝色的压降为3.1-3.3V，电流8-10mA。
白色的压降为3-3.2V，电流10-15mA。

实际测试开发板红色贴片LED的压降的确是1.8V左右，那么流过LED的电流就是

（3.3 – 1.8）/ 1K = 1.4mA

在不考虑二极管本身电阻的情况下，流过LED的电流就是1.4mA。

18.2.3 总线扩展

在教程第XX章节详细讲解了这个问题（后面会补上具体章节），对于初学者来说，可以先不用看，等后面学习了FMC总线后再去看，就容易掌握多了。

18.2.4 贴片LED的正负极区分

仔细查看开发板版上面所使用的贴片LED，会发现一端有绿点，有绿点的这端是负极，而另一端就是正级了。

18.3 跑马灯软件驱动设计

跑马灯的软件驱动实现比较简单，主要是IO初始化，LED亮，LED灭，LED翻转。对应的驱动文件也是实现了这几个功能，没有特别的技巧，所以大家看源代码也比较省事。

18.4 跑马灯板级支持包（bsp_led.c）

LED驱动文件bsp_led.c主要实现了如下几个API：

bsp_InitLed
bsp_LedOn
bsp_LedOff
bsp_LedToggle
bsp_IsLedOn

下面将这几个API逐一进行说明。

18.4.1 函数bsp_InitLed

函数原型：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_InitLed
*    功能说明: 配置LED指示灯相关的GPIO,  该函数被 bsp_Init() 调用。
*    形    参:  无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_InitLed(void)
{bsp_LedOff(1);bsp_LedOff(2);bsp_LedOff(3);bsp_LedOff(4);
}

函数描述：

此函数主要用于LED初始化。由于将GPIO设置为输出时，GPIO输出寄存器的值缺省是0，因此会驱动LED点亮，因此在改变GPIO为输出前，先关闭LED指示灯。

注意事项：

大家会有疑惑，为什么这里没有初始化GPIO。这是因为V6开发板是由74HC574驱动的，不是用CPU的IO直接驱动，74HC574是一个8路并口缓冲器，挂在FMC总线上，实现IO扩展。
通过FMC总线扩展出的IO来驱动，不是GPIO直接驱动。
调用此函数前，要优先调用函数bsp_InitExtIO()，此函数用于初始化FMC扩展接口，关于这方面的知识在第XX章节详细讲解了这个问题（后面会补上具体章节）

使用举例：

调用此函数前，务必优先调用函数bsp_InitExtIO()。这里底层驱动初始化一般都是在bsp.c文件的函数bsp_Init里面调用。

18.4.2 函数bsp_LedOn

函数原型：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_LedOn
*    功能说明: 点亮指定的LED指示灯。
*    形    参:  _no : 指示灯序号，范围 1 - 4
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_LedOn(uint8_t _no)
{if (_no == 1){HC574_SetPin(LED1, 0);}else if (_no == 2){HC574_SetPin(LED2, 0);}else if (_no == 3){HC574_SetPin(LED3, 0);}else if (_no == 4){HC574_SetPin(LED4, 0);}
}

函数描述：

此函数主要用于点亮LED。

函数参数：

第1个参数用于指定点亮那个LED，范围1-4。

使用举例：

此函数的使用比较简单，需要调用的时候直接调用即可。另外使用前记得先调用函数bsp_InitExtIO()和bsp_InitLed。

18.4.3 函数bsp_LedOff

函数原型：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_LedOff
*    功能说明: 熄灭指定的LED指示灯。
*    形    参:  _no 指示灯序号，范围 1 - 4
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_LedOff(uint8_t _no)
{if (_no == 1){HC574_SetPin(LED1, 1);}else if (_no == 2){HC574_SetPin(LED2, 1);}else if (_no == 3){HC574_SetPin(LED3, 1);}else if (_no == 4){HC574_SetPin(LED4, 1);}
}

函数描述：

此函数主要用于熄灭LED。

函数参数：

第1个参数用于指定熄灭那个LED，范围1-4。

使用举例：

此函数的使用比较简单，需要调用的时候直接调用即可。另外使用前记得先调用函数bsp_InitExtIO()和bsp_InitLed。

18.4.4 函数bsp_LedToggle

函数原型：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_LedToggle
*    功能说明: 翻转指定的LED指示灯。
*    形    参:  _no 指示灯序号，范围 1 - 4
*    返 回 值: 按键代码
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_LedToggle(uint8_t _no)
{uint32_t pin;if (_no == 1){pin = LED1;}else if (_no == 2){pin = LED2;}else if (_no == 3){pin = LED3;}else if (_no == 4){pin = LED4;}else{return;}if (HC574_GetPin(pin)){HC574_SetPin(pin, 0);}else{HC574_SetPin(pin, 1);}
}

函数描述：

此函数主要用于翻转LED。

函数参数：

第1个参数用于指定翻转那个LED，范围1-4。

使用举例：

此函数的使用比较简单，需要调用的时候直接调用即可。另外使用前记得先调用函数bsp_InitExtIO()和bsp_InitLed。

18.4.5 函数bsp_IsLedOn

函数原型：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_IsLedOn
*    功能说明: 判断LED指示灯是否已经点亮。
*    形    参:  _no 指示灯序号，范围 1 - 4
*    返 回 值: 1表示已经点亮，0表示未点亮
*********************************************************************************************************
*/
uint8_t bsp_IsLedOn(uint8_t _no)
{uint32_t pin;if (_no == 1){pin = LED1;}else if (_no == 2){pin = LED2;}else if (_no == 3){pin = LED3;}else if (_no == 4){pin = LED4;}else{return 0;}if (HC574_GetPin(pin)){return 0;    /* 灭 */}else{return 1;    /* 亮 */}
}

函数描述：

此函数主要用于获取LED亮灭状态。

函数参数：

第1个参数用于指定获取那个LED的亮灭状态，范围1-4。

使用举例：

此函数的使用比较简单，需要调用的时候直接调用即可。另外使用前记得先调用函数bsp_InitExtIO()和bsp_InitLed。

18.5 跑马灯驱动移植和使用

跑马灯控制是基于FMC扩展IO实现的，所以跑马灯的移植需要看第xxx章的移植方式（后面会补上具体章节）。

18.6 实验例程设计框架

通过程序设计框架，让大家先对配套例程有一个全面的认识，然后再理解细节，本次实验例程的设计框架如下：

第1阶段，上电启动阶段：

这部分在第14章进行了详细说明。

第2阶段，进入main函数：

第1部分，硬件初始化，主要是HAL库，系统时钟，滴答定时器和LED。
第2部分，应用程序设计部分，实现了一个简易的跑马灯效果。

18.7 实验例程说明（MDK）

配套例子：

V6-002_跑马灯

实验目的：

学习F429平台的跑马灯实现。

实验内容：

启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED1和LED2。
再启动一个自动重装软件定时器，每500ms翻转一次LED3和LED4。

上电后串口打印的信息：

波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1

程序设计：

系统栈大小分配：

硬件外设初始化

硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_Init
*    功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
*    形    参：无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{/* STM32H429 HAL 库初始化，此时系统用的还是F429自带的16MHz，HSI时钟:- 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。- 设置NVIV优先级分组为4。*/HAL_Init();/* 配置系统时钟到168MHz- 切换使用HSE。- 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。*/SystemClock_Config();/* Event Recorder：- 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。- 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V5开发板用户手册第8章*/
#if Enable_EventRecorder == 1  /* 初始化EventRecorder并开启 */EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);EventRecorderStart();
#endifbsp_InitKey();        /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */bsp_InitExtIO();   /* 初始化扩展IO */bsp_InitLed();        /* 初始化LED */
}

主功能：

主功能的实现主要分为两部分：

启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED1和LED2。
再启动一个自动重装软件定时器，每500ms翻转一次LED3和LED4。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: c程序入口
*    形    参: 无
*    返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{bsp_Init();        /* 硬件初始化 */PrintfLogo();    /* 打印例程名称和版本等信息 */PrintfHelp();    /* 打印操作提示 *//* 先做个LED1的亮灭显示 */bsp_LedOn(1);bsp_DelayMS(100);bsp_LedOff(1);bsp_DelayMS(100);bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */bsp_StartAutoTimer(1, 500);    /* 启动1个500ms的自动重装的定时器 *//* 进入主程序循环体 */while (1){bsp_Idle();        /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 *//* 判断定时器超时时间 */if (bsp_CheckTimer(0))    {/* 每隔100ms 进来一次 */  bsp_LedToggle(1);            }/* 判断定时器超时时间 */if (bsp_CheckTimer(1))    {/* 每隔500ms 进来一次 */ bsp_LedToggle(2);            bsp_LedToggle(3);            bsp_LedToggle(4);}}
}

18.8 实验例程说明（IAR）

配套例子：

V6-002_跑马灯

实验目的：

学习F429平台的跑马灯实现。

实验内容：

启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED1和LED2。
再启动一个自动重装软件定时器，每500ms翻转一次LED3和LED4。

上电后串口打印的信息：

波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1

程序设计：

系统栈大小分配：

硬件外设初始化

硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_Init
*    功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
*    形    参：无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{/* STM32H429 HAL 库初始化，此时系统用的还是F429自带的16MHz，HSI时钟:- 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。- 设置NVIV优先级分组为4。*/HAL_Init();/* 配置系统时钟到168MHz- 切换使用HSE。- 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。*/SystemClock_Config();/* Event Recorder：- 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。- 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V5开发板用户手册第8章*/
#if Enable_EventRecorder == 1  /* 初始化EventRecorder并开启 */EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);EventRecorderStart();
#endifbsp_InitKey();        /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */bsp_InitExtIO();   /* 初始化扩展IO */bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    }

主功能：

主功能的实现主要分为两部分：

启动一个自动重装软件定时器，每100ms翻转一次LED1和LED2。
再启动一个自动重装软件定时器，每500ms翻转一次LED3和LED4。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: c程序入口
*    形    参: 无
*    返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{bsp_Init();        /* 硬件初始化 */PrintfLogo();    /* 打印例程名称和版本等信息 */PrintfHelp();    /* 打印操作提示 *//* 先做个LED1的亮灭显示 */bsp_LedOn(1);bsp_DelayMS(100);bsp_LedOff(1);bsp_DelayMS(100);bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */bsp_StartAutoTimer(1, 500);    /* 启动1个500ms的自动重装的定时器 *//* 进入主程序循环体 */while (1){bsp_Idle();        /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 *//* 判断定时器超时时间 */if (bsp_CheckTimer(0))    {/* 每隔100ms 进来一次 */  bsp_LedToggle(1);            }/* 判断定时器超时时间 */if (bsp_CheckTimer(1))    {/* 每隔500ms 进来一次 */ bsp_LedToggle(2);            bsp_LedToggle(3);            bsp_LedToggle(4);}}
}

18.9 总结

虽然是跑马灯的初级例程，但有必要掌握程序的基本设计框架，后面的例子都是建立在这个框架的基础上。建议初学者掌握好。

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