第5章通用輸入/輸出

接口GPIO本章講述了通用輸入/輸出接口GPIO，包括通用輸入／輸出接口概述、GPIO的功能、GPIO常用庫函數(shù)、GPIO使用流程、GPIO輸出應(yīng)用實例和GPIO輸入應(yīng)用實例。幾乎在所有的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中，都涉及開關(guān)量的輸入和輸出功能，例如狀態(tài)指示、報警輸出、繼電器閉合和斷開、按鈕狀態(tài)讀入、開關(guān)量報警信息的輸入等。這些開關(guān)量的輸入和控制輸出都可以通過通用輸入／輸出接口實現(xiàn)。STM32F103VET6有80根多功能雙向能承受5V電壓的快速I/O口線。每16根口線分為一組，分別為PA、PB、PC、PD、PE。每個GPIO端口有兩個32位配置寄存器（GPIOx_CRL，GPIOx_CRH），兩個32位數(shù)據(jù)寄存器（GPIOx_IDR和GPIOx_ODR），一個32位置位／復(fù)位寄存器（GPIOx_BSRR），一個16位復(fù)位寄存器（GPIOx_BRR）和一個32位鎖定寄存器（GPIOx_LCKR）。5.1通用輸入/輸出接口概述GPIO端口的每個位都可以由軟件分別配置成以下模式。1）輸入浮空：浮空（floating）就是邏輯器件的輸入引腳既不接高電平，也不接低電平。由于邏輯器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，當(dāng)它輸入引腳懸空時，相當(dāng)于該引腳接了高電平。一般實際運(yùn)用時，引腳不建議懸空，易受干擾。2）輸入上拉：上拉就是把電壓拉高，比如拉到Vcc。上拉就是將不確定的信號通過一個電阻嵌位在高電平。電阻同時起限流作用。弱強(qiáng)只是上拉電阻的阻值不同，沒有什么嚴(yán)格區(qū)分。3）輸入下拉：就是把電壓拉低，拉到GND。與上拉原理相似。4）模擬輸入：模擬輸入是指傳統(tǒng)方式的模擬量輸入。數(shù)字輸入是輸入數(shù)字信號，即0和1的二進(jìn)制數(shù)字信號。5）開漏輸出：輸出端相當(dāng)于三極管的集電極。要得到高電平狀態(tài)需要上拉電阻才行。適合于做電流型的驅(qū)動，其吸收電流的能力相對強(qiáng)（一般20mA以內(nèi)）。6）推挽式輸出：可以輸出高低電平，連接數(shù)字器件；推挽結(jié)構(gòu)一般是指兩個三極管分別受兩個互補(bǔ)信號的控制，總是在一個三極管導(dǎo)通的時候另一個截止。7）推挽式復(fù)用功能。8）開漏復(fù)用功能。復(fù)用功能可以理解為GPIO口被用作第二功能時的配置情況（即并非作為通用I/O口使用）。每個I/O可以自由編程，而I/O口寄存器必須按32位字訪問（不允許半字或字節(jié)訪問）。GPIOx_BSRR和GPIOxBRR寄存器允許對任何GPIO寄存器的讀/更改的獨立訪問，這樣，在讀和更改訪問之間產(chǎn)生中斷（IRQ）時不會發(fā)生危險。一個I/O口的基本結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。圖5-1一個I/O口位的基本結(jié)構(gòu)I/O口位的基本結(jié)構(gòu)包括以下幾部分。包括輸入數(shù)據(jù)寄存器和輸入驅(qū)動器。在接近I/O引腳處連接了兩只保護(hù)二極管，假設(shè)保護(hù)二極管的導(dǎo)通電壓降為Vd，則輸入到輸入驅(qū)動器的信號電壓范圍被鉗位在：Vss-Vd<Vin<Vdd+Vd

由于Vd的導(dǎo)通壓降不會超過0.7V，若電源電壓Vdd為3.3V，則輸入到輸入驅(qū)動器的信號最低不會低于－0.7V，最高不會高于4V，起到了保護(hù)作用。5.1.1輸入通道輸出通道中包括位設(shè)置/清除寄存器、輸出數(shù)據(jù)寄存器、輸出驅(qū)動器。要輸出的開關(guān)量數(shù)據(jù)首先寫入到位設(shè)置／清除存器，通過讀寫命令進(jìn)入輸出數(shù)據(jù)寄存器，然后進(jìn)入輸出驅(qū)動的輸出控制模塊。輸出控制模塊可以接收開關(guān)量的輸出和復(fù)用功能輸出。輸出的信號通過由P-MOS和N-MOS場效應(yīng)管電路輸出到引腳。通過軟件設(shè)置，由P-MOS和N-MOS場效應(yīng)管電路可以構(gòu)成推挽方式、開漏方式或者關(guān)閉。5.1.2輸出通道5.2GPIO的功能復(fù)位期間和剛復(fù)位后，復(fù)用功能未開啟，I/O口被配置成浮空輸入模式。復(fù)位后，JTAG引腳被置于輸入上拉或下拉模式。1）PA13：JTMS置于上拉模式。2）PA14：JTCK置于下拉模式。3）PA15：JTDI置于上拉模式。4）PB4：JNTRST置于上拉模式。當(dāng)作為輸出配置時，寫到輸出數(shù)據(jù)寄存器（GPIOx_ODR）上的值輸出到相應(yīng)的I/O引腳?？梢砸酝仆炷Ｊ交蜷_漏模式（當(dāng)輸出0時，只有N-MOS被打開）使用輸出驅(qū)動器。5.2.1普通I/O功能輸入數(shù)據(jù)寄存器（GPIOx_IDR）在每個APB2時鐘周期捕捉I/O引腳上的數(shù)據(jù)。所有GPIO引腳有一個內(nèi)部弱上拉和弱下拉，當(dāng)配置為輸入時，它們可以被激活也可以被斷開。5.2.2單獨的位設(shè)置或位清除當(dāng)對GPIOx_ODR的個別位編程時，軟件不需要禁止中斷：在單次APB2寫操作中，可以只更改一個或多個位。這是通過對“置位／復(fù)位寄存器”（GPIOx_BSRR，復(fù)位是GPIOx_BRR）中想要更改的位寫1來實現(xiàn)的。沒被選擇的位將不被更改。所有端口都有外部中斷能力。為了使用外部中斷線，端口必須配置成輸入模式。5.2.3外部中斷/喚醒線5.2.4復(fù)用功能（AF）使用默認(rèn)復(fù)用功能前必須對端口位配置寄存器編程。1）對于復(fù)用輸入功能，端口必須配置成輸入模式（浮空、上拉或下拉）且輸入引腳必須由外部驅(qū)動。2）對于復(fù)用輸出功能，端口必須配置成復(fù)用功能輸出模式（推挽或開漏）。3）對于雙向復(fù)用功能，端口位必須配置復(fù)用功能輸出模式（推挽或開漏）。此時，輸入驅(qū)動器被配置成浮空輸入模式。如果把端口配置成復(fù)用輸出功能，則引腳和輸出寄存器斷開，并和片上外設(shè)的輸出信號連接。如果軟件把一個GPIO腳配置成復(fù)用輸出功能，但是外設(shè)沒有被激活，那么它的輸出將不確定。5.2.5軟件重新映射I/O復(fù)用功能為了使不同封裝器件的外設(shè)I/O功能的數(shù)量達(dá)到最優(yōu)，可以把一些復(fù)用功能重新映射到其他一些引腳上。這可以通過軟件配置AFIO寄存器來完成，這時，復(fù)用功能就不再映射到它們的原始引腳上了。5.2.6GPIO鎖定機(jī)制鎖定機(jī)制允許凍結(jié)I/O配置。當(dāng)在一個端口位上執(zhí)行了鎖定（LOCK）程序，在下一次復(fù)位之前，將不能再更改端口位的配置。這個功能主要用于一些關(guān)鍵引腳的配置，防止程序跑飛引起災(zāi)難性后果。5.2.7輸入配置當(dāng)I/O口配置為輸入時：1）輸出緩沖器被禁止。2）施密特觸發(fā)輸入被激活。3）根據(jù)輸入配置（上拉，下拉或浮動）的不同，弱上拉和下拉電阻被連接。4）出現(xiàn)在I/O引腳上的數(shù)據(jù)在每個APB2時鐘被采樣到輸入數(shù)據(jù)寄存器。5）對輸入數(shù)據(jù)寄存器的讀訪問可得到I/O狀態(tài)。I/O口位的輸入配置如圖5-2所示。圖5-2輸入浮空／上拉/下拉配置5.2.8輸出配置當(dāng)I/O口被配置為輸出時：1）輸出緩沖器被激活。①開漏模式：輸出寄存器上的0激活N-MOS，而輸出寄存器上的1將端口置于高阻狀態(tài)（P-MOS從不被激活）。②推挽模式：輸出寄存器上的0激活N-MOS，而輸出寄存器上的1將激活P-MOS。2）施密特觸發(fā)輸入被激活。3）弱上拉和下拉電阻被禁止。4）出現(xiàn)在I/O引腳上的數(shù)據(jù)在每個APB2時鐘被采樣到輸入數(shù)據(jù)寄存器。5）在開漏模式時，對輸入數(shù)據(jù)寄存器的讀訪問可得到I/O狀態(tài)。6）在推挽式模式時，對輸出數(shù)據(jù)寄存器的讀訪問得到最后一次寫的值。I/O口位的輸出配置如圖5-3所示。圖5-3輸出配置5.2.9復(fù)用功能配置當(dāng)I/O口被配置為復(fù)用功能時：1）在開漏或推挽式配置中，輸出緩沖器被打開。2）內(nèi)置外設(shè)的信號驅(qū)動輸出緩沖器（復(fù)用功能輸出）3）施密特觸發(fā)輸入被激活。4）弱上拉和下拉電阻被禁止。5）在每個APB2時鐘周期，出現(xiàn)在I/O引腳上的數(shù)據(jù)被采樣到輸入數(shù)據(jù)寄存器。6）開漏模式時，讀輸入數(shù)據(jù)寄存器時可得到I/O口狀態(tài)7）在推挽模式時，讀輸出數(shù)據(jù)寄存器時可得到最后一次寫的值。一組復(fù)用功能I/O寄存器允許用戶把一些復(fù)用功能重新映像到不同的引腳。I/O口位的復(fù)用功能配置如圖5-4所示。圖5-4復(fù)用功能配置I/O口位的復(fù)用功能配置如圖5-4所示。5.2.10模擬輸入配置當(dāng)I/O口被配置為模擬輸入配置時：1）輸出緩沖器被禁止。2）禁止施密特觸發(fā)輸入，實現(xiàn)了每個模擬I/O引腳上的零消耗。施密特觸發(fā)輸出值被強(qiáng)置為0。3）弱上拉和下拉電阻被禁止。4）讀取輸入數(shù)據(jù)寄存器時數(shù)值為0。I/O口位的高阻抗模擬輸入配置如圖5-5所示。圖5-5高阻抗的模擬輸入配置5.3GPIO常用庫函數(shù)STM32標(biāo)準(zhǔn)庫中提供了幾乎覆蓋所有GPIO操作的函數(shù)，如表5-1所示。為了理解這些函數(shù)的具體使用方法，下面對標(biāo)準(zhǔn)庫中的函數(shù)做詳細(xì)介紹。GPIO操作的函數(shù)一共有17個，這些函數(shù)都被定義在stm32f10x_gpio.c中，使用stm32f10x_gpio.h頭文件。表5-1GPIO函數(shù)庫主要功能高級控制定時器GPIO_DeInit將外設(shè)GPIOx寄存器重設(shè)為缺省值GPIO_AFIODeInit將復(fù)用功能（重映射事件控制和EXTI設(shè)置）重設(shè)為缺省值GPIO_Init根據(jù)GPIO_InitStruct中指定的參數(shù)初始化外設(shè)GPIOx寄存器GPIO_StructInit把GPIO_InitStruct中的每一個參數(shù)按缺省值填入GPIO_ReadInputDataBit讀取指定端口引腳的輸入GPIO_ReadInputData讀取指定的GPIO端口輸入GPIO_ReadOutputDataBit讀取指定端口引腳的輸出GPIO_ReadOutputData讀取指定的GPIO端口輸出主要功能高級控制定時器GPIO_SetBits設(shè)置指定的數(shù)據(jù)端口位GPIO_ResetBits清除指定的數(shù)據(jù)端口位GPIO_WriteBit設(shè)置或清除指定的數(shù)據(jù)端口位GPIO_Write向指定GPIO數(shù)據(jù)端口寫入數(shù)據(jù)GPIO_PinLockConfig鎖定GPIO引腳設(shè)置寄存器GPIO_EventOutputConfig選擇GPIO引腳用作事件輸出GPIO_EventOutputCmd使能或者失能事件輸出GPIO_PinRemapConfig改變指定引腳的映射GPIO_EXTILineConfig選擇GPIO引腳用作外部中斷線路表5-1GPIO函數(shù)庫（續(xù)表）1．GPIO_Delnit函數(shù)函數(shù)名：GPIO_DeInit。函數(shù)原型：voidGPIO_DeInit（GPIO_TypeDef*GPIOx）。功能描述：將GPIOx外設(shè)寄存器重設(shè)為它們的默認(rèn)值。輸入?yún)?shù)：GPIOx：x可以是(A..G)來選擇GPIO外設(shè)。輸出參數(shù)：無。返回值：無。例如：/*重置GPIOA外設(shè)寄存器為默認(rèn)值*/GPIO_DeInit（GPIOA）；2．GPIO_AFIODelnit函數(shù)函數(shù)名：GPIO_AFIODeInit。函數(shù)原型：voidGPIO_AFIODeInit（void）。功能描述：將復(fù)用功能(重映射時間控制和EXTI配置)重設(shè)為默認(rèn)值。輸入?yún)?shù)：無。輸出參數(shù)：無。返回值：無。例如：/*復(fù)用功能寄存器復(fù)位為默認(rèn)值*/GPIO_AFIODeInit（）；3．GPIO_Init函數(shù)函數(shù)名：GPIO_Init。函數(shù)原型：voidGPIO_Init（GPIO_TypeDef*GPIOx，GPIO_InitTypeDef*GPIO_InitStruct）。功能描述：根據(jù)GPIOInitStruct中指定已賦值初始化外設(shè)GPIOx寄存器。輸入?yún)?shù)1：GPIOx，x可以是(A..G)來選擇外設(shè)。輸入?yún)?shù)2：GPIO_InitStruct，指向結(jié)構(gòu)GPIO_InitTypeDef的指針，包含了外設(shè)GPIO的配置信息。輸出參數(shù)：無。返回值：無。例如：/*配置所有的GPIOA引腳為輸入浮動模式*/GPIO_InitTypeDef

GPIO_InitStructure；GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_ALL；GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_10MHz；GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING；GPIO_Init（GPIOA，＆GPIO_InitStructure）；其中，GPIO_InitTypeDef是結(jié)構(gòu)體。GPIO_InitTypeDef定義于文件stm32f10x_gpio.h：

typedef

struct｛uint16_tGPIO_Pin；GPIOSpeed_TypeDef

GPIO_Speed；GPIOMode_TypeDef

GPIO_Mode；｝GPIO_InitTypeDef；GPIO_Pin參數(shù)用于選擇待設(shè)置的GPIO引腳，使用操作符“∣”可以一次選中多個引腳。可以使用下面的任意組合。GPIO_Pin定義于文件stm32f10x_gpio.h：#defineGPIO_Pin_0（（uint16_t）0x0001）/*！<PinOselected*/#defineGPIO_Pin_1（（uint16_t）0x0002）/*！<Pin1selected*/#defineGPIO_Pin_2（（uint16_t）0x0004）/*！<Pin2selected*/#defineGPIO_Pin_3（（uint16_t）0x0008）/*！<Pin3selected*/#defineGPIO_Pin_4（（uint16_t）0x0010）/*!<Pin4selected*/#defineGPIO_Pin_5（（uint16_t）0x0020）/*！<Pin5selected*/#defineGPIO_Pin_6（（uint16_t）0x0040）/*！<Pin6selected*/#defineGPIO_Pin_7((uint16_t)0x0080)/*!<Pin7selected*/#defineGPIO_Pin_8((uint16_t)0x0100)/*!<Pin8selected*/#defineGPIO_Pin_9((uint16_t)0x0200)/*!<Pin9selected*/#defineGPIO_Pin_10((uint16_t)0x0400)/*!<Pin10selected*/#defineGPIO_Pin_11((uint16_t)0x0800)/*!<Pin11selected*/#defineGPIO_Pin_12((uint16_t)0x1000)/*!<Pin12selected*/#defineGPIO_Pin_13((uint16_t)0x2000)/*!<Pin13selected*/#defineGPIO_Pin_14((uint16_t)0x4000)/*!<Pin14selected*/#defineGPIO_Pin_15((uint16_t)0x8000)/*!<Pin15selected*/#defineGPIO_Pin_A11((uint16_t)0xFFEF)/*!<Allpinsselected*/GPIO＿Speed用于設(shè)置選中引腳的速率。typedefenum{GPIO_Speed_10MHz=1,/*最高輸出速率10MHz*/GPIO_Speed_2MHz,/*最高輸出速率2MHz*/GPIO_Speed_50MHz/*最高輸出速率50MHz*/}GPIOSpeed_TypeDef;GPIO＿M(jìn)ode用于設(shè)置選中引腳的工作狀態(tài)。typedefenun{GPIO_Mode_AIN=0x0,/*模擬輸入*/GPIO_Mode_IN_FLOATING=0x04,/*浮空輸入*/GPIO_Mode_IPD=0x28,/*下拉輸入*/GPIO_Mode_IPU=0x48,/*上拉輸入*/GPIO_Mode_Out_OD=0x14,/*開漏輸出*/GPIO_Mode_Out_PP=0x10,/*推挽輸出*/GPIO_Mode_AF_OD=0x1C,/*復(fù)用開漏輸出*/GPIO_Mode_AF_PP=0x18/*復(fù)用推挽輸出*/}GPIOMode_TypeDef;4.GPIO＿Structlnit函數(shù)函數(shù)名：GPIO_StructInit。函數(shù)原型：voidGPIO_StructInit（GPIO_InitTypeDef*GPIO_InitStruct）。功能描述：把GPIO_InitStruct中成員設(shè)置為它的默認(rèn)值。輸入?yún)?shù)：GPIO_InitStruct，一個GPIO_InitTypeDef結(jié)構(gòu)體指針，指向待初始化的GPIO_InitTypeDef結(jié)構(gòu)體。輸出參數(shù)：無。返回值：無。例如：/*使GPIO的參數(shù)設(shè)置為初始化參數(shù)初始化結(jié)構(gòu)*/GPIO_InitTypeDefGPIOInitStructure;GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);其中，GPIO_InitStruct默認(rèn)值為：GPIO_Pin

GPIO_Pin_ALLGPIO_SpeedGPIO_Speed_2MHzGPIO_Mode

GPIO_Mode_IN_FLOATING5.GPIO＿ReadinputDataBit

函數(shù)函數(shù)名：GPIO_ReadInputDataBit。函數(shù)原型：u8GPIO_ReadInputDataBit（GPIO_TypeDef*GPIOx，u16GPIO_Pin）。功能描述：讀取指定端口引腳的輸入。輸入?yún)?shù)1：GPIOx，x可以是(A..G)，來選擇外設(shè)。輸入?yún)?shù)2：GPIO_Pin，讀取指定的端口位，這個參數(shù)的值是GPIO_Pin_x，其中x是（0..15）。輸出參數(shù)：無。返回值：輸入端口引腳值。例如：/*讀出PB5的輸入數(shù)據(jù)并將它存儲在變量ReadValue中*/u8ReadValue;ReadValue=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_5);6.GPIO＿ReadlnputData

函數(shù)函數(shù)名：GPIO_ReadInputData。函數(shù)原型：u16GPIO_ReadInputData（GPIO_TypeDef*GPIOx）。功能描述：讀取指定端口的輸入值。輸入?yún)?shù)：GPIOx，x可以是(A..G)，來選擇外設(shè)。輸出參數(shù)：無。返回值：GPIO端口輸入值。例如：/*讀出GPIOB端口的輸入數(shù)據(jù)并將它存儲在變量ReadValue中*/u16ReadValue;ReadValue=GPIO_ReadInputData(GPIOB);7.GPIO_ReadOutputDataBit函數(shù)函數(shù)名：GPIO_ReadOutputDataBit。函數(shù)原型：u8GPIO_ReadOutputDataBit（GPIO_TypeDef*GPIOx，u16GPIO_Pin）。功能描述：讀取指定端口引腳的輸出。輸入?yún)?shù)1：GPIOx：x可以是(A..G)，來選擇外設(shè)。輸入?yún)?shù)2：GPIO_Pin：讀取指定的端口位，這個參數(shù)的值是GPIO_Pin_x，其中x是（0..15）。輸出參數(shù)：無。返回值：輸出端口引腳值。例如：/*讀出PB5的輸出數(shù)據(jù)并將它存儲在變量ReadValue中*/u8ReadValue；ReadValue=GPIO_ReadOutputDataBit（GPIOB，GPIO_Pin_5）；8．GPIO_ReadOutputData函數(shù)函數(shù)名：GPIO_ReadOutputData。函數(shù)原型：u16GPIO_ReadOutputData（GPIO_TypeDef*GPIOx）。功能描述：讀取指定GPIO端口的輸出值。輸入?yún)?shù)：GPIOx，x可以是(A..G)，來選擇外設(shè)。輸出參數(shù)：無。返回值：GPIO端口輸出值。例如：/*讀出GPIOB的輸出數(shù)據(jù)并將它存儲在變量ReadValue中*/u16ReadValue；ReadValue=GPIO_ReadOutputData（GPIOB）；9．GPIO_SetBits函數(shù)函數(shù)名：GPIO_SetBits。函數(shù)原型：voidGPIO_SetBits（GPIO_TypeDef*GPIOx，u16GPIO_Pin）。功能描述：設(shè)置指定的GPIO端口位。輸入?yún)?shù)1：GPIOx，x可以是(A..G)，來選擇外設(shè)。輸入?yún)?shù)2：GPIO_Pin，待設(shè)置的端口位，這個參數(shù)的值是GPIO_Pin_x，其中x是（0..15）。輸出參數(shù)：無。返回值：無。例如：/*設(shè)置GPIOB端口的PB5和PB9引腳*/GPIO_SetBits（GPIOB，GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_9）；10．GPIO_ResetBits

函數(shù)函數(shù)名：GPIO_ResetBits。函數(shù)原型：voidGPIO_ResetBits（GPIO_TypeDef*GPIOx，u16GPIO_Pin）。功能描述：清除指定的GPIO端口位。輸入?yún)?shù)1：GPIOx，x可以是(A..G)，來選擇外設(shè)。輸入?yún)?shù)2：GPIO_Pin，待清除的端口位，這個參數(shù)的值是GPIO_Pin_x，其中x是（0..15）。輸出參數(shù)：無。返回值：無。例如：/*清除GPIOB端口的PB5和PB9引腳*/GPIO_ResetBits（GPIOB，GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_9）；11．GPIO_WriteBit

函數(shù)函數(shù)名：GPIO_WriteBit。函數(shù)原型：voidGPIO_WriteBit（GPIO_TypeDef*GPIOx，u16GPIO_Pin，BitAction

BitVal）。功能描述：設(shè)置或清除指定的GPIO端口位。輸入?yún)?shù)1：GPIOx，x可以是(A..G)，來選擇外設(shè)。輸入?yún)?shù)2：GPIO_Pin，待設(shè)置或清除的端口位，這個參數(shù)的值是GPIO_Pin_x，其中x是（0..15）。輸入?yún)?shù)3：BitVal，指定待寫入的值，該參數(shù)是BitAction枚舉類型，取值必須是：BitRESET，清除端口位，或者Bit_SET，設(shè)置端口位。輸出參數(shù)：無。返回值：無。例如：/*設(shè)置GPIOB端口的PB5引腳*/GPIO_WriteBit（GPIOB，GPIO_Pin_5，Bit_SET）；12．GPIO_Write

函數(shù)函數(shù)名：GPIO_Write。函數(shù)原型：voidGPIO_Write（GPIO_TypeDef*GPIOx，u16PortVal）。功能描述：向指定的GPIO端口寫入值。輸入?yún)?shù)1：GPIOx，x可以是(A..G)，來選擇外設(shè)。輸入?yún)?shù)2：PortVal，待寫入指定端口的值。輸出參數(shù)：無。返回值：無。例如:/*將數(shù)據(jù)寫入GPIOB數(shù)據(jù)端口*/GPIO_Write（GPIOB，0x1101）；13．GPIO_PinLockConfig

函數(shù)函數(shù)名：GPIO_PinLockConfig。函數(shù)原型：voidGPIO_PinLockConfig（GPIO_TypeDef*GPIOx，u16GPIO_Pin）。功能描述：鎖定GPIO端口引腳的寄存器設(shè)置。輸入?yún)?shù)1：GPIOx，x可以是(A..G)，來選擇外設(shè)。輸入?yún)?shù)2：GPIO_Pin，待鎖定的端口位，這個參數(shù)的值是GPIO_Pin_x，其中x是（0..15）。輸出參數(shù)：無。返回值：無。例如：/*鎖定GPIOB端口PB5和PB9引腳的值*/GPIO_PinLockConf

ig（GPIOB，GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_9）；14．GPIO_EventOutputConfig

函數(shù)函數(shù)名：GPIO_EventOutputConfig。函數(shù)原型：voidGPIO_EventOutputConfig（u8GPIO_PortSource，u8GPIO_PinSource）。功能描述：選擇GPIO端口引腳用于事件輸出。輸入?yún)?shù)1：GPIO_PortSource，選擇用于事件輸出的端口。輸入?yún)?shù)2：GPIO_PinSource，選擇事件輸出的引腳。輸出參數(shù)：無。返回值：無。例如:/*選擇GPIOB的PB5引腳作為事件輸出的引腳*/GPIO_EventOutputConfig（GPIO_PortSourceGPIOB，GPIO_PinSource5）；15．GPIO＿EventOutputCmd函數(shù)函數(shù)名：GPIO_EventOutputCmd，函數(shù)原型：voidGPIO_EventOutputCmd（FunctionalState

NewState）。功能描述：使能或禁止事件輸出。輸入?yún)?shù)：NewState，事件輸出狀態(tài)。必須是下面其中一個值：ENABLE或DISABLE。輸出參數(shù)：無。返回值：無。例如：/*使能GPIOB的PB10的事件輸出*/例如：/*使能GPIOB的PB10的事件輸出*/GPIO_InitStructure,GPIO_Pin

=GPIO_Pin_10;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure,GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);GPIO_EventOutputConfig(GPIO_PortSourceGPIOB,GPIO_PinSource10);GPIO_EventOutputCmd(ENABLE);16．GPIO＿PinRemapConfig

函數(shù)函數(shù)名：GPIO_PinRemapConfig。函數(shù)原型：voidGPIO_PinRemapConfig（u32GPIO_Remap，F(xiàn)unctionalState

NewState）。功能描述：改變指定引腳的映射。輸入?yún)?shù)1：GPIO_Remap，選擇重映射的引腳。輸入?yún)?shù)2：NewStat，：事件輸出狀態(tài)。必須是下面其中一個值：ENABLE或DISABLE。輸出參數(shù)：無。返回值：無。例如:/*I2C1_SCL映射到PB8，I2C1_SDA映射到PB9*/GPIO_PinRenapConfig（GPIO_Remap_I2C1，ENABLE）；GPIO_Remap用于選擇用作事件輸出的GPIO端口。17．GPIO_EXTILineConfig

函數(shù)函數(shù)名：GPIO_EXTILineConfig。函數(shù)原型：voidGPIO_EXTILineConfig（u8GPIO_PortSource，u8GPIO_PinSource）。功能描述：選擇GPIO引腳用作外部中斷線。輸入?yún)?shù)1：GPIO_PortSource，選擇用作外部中斷線源的GPIO端口。輸入?yún)?shù)2：GPIO_PinSource，待設(shè)置的指定中斷線。輸出參數(shù)：無。返回值：無。例如:/*選擇GPIOB的PB8引腳為EXTI的8號線*/GPIO_EXTILineConfig（GPIO_PortSource_GPIOB，GPIO_PinSource8）；5.4GPIO使用流程根據(jù)IO端口的特定硬件特征，IO端口的每個引腳都可以由軟件配置成多種工作模式。在運(yùn)行程序之前必須對每個用到的引腳功能進(jìn)行配置。1）如果某些引腳的復(fù)用功能沒有使用，可以先配置為通用輸入輸出GPIO。2）如果某些引腳的復(fù)用功能被使用，需要對復(fù)用的IO端口進(jìn)行配置。3）IO具有鎖定機(jī)制，允許凍結(jié)IO。當(dāng)在一個端口位上執(zhí)行了鎖定（LOCK）程序后，在下一次復(fù)位之前，將不能再更改端口位的配置。5.4.1普通GPIO配置GPIO是最基本的應(yīng)用，其基本配置方法為：1）配置GPIO時鐘，完成初始化。2）利用函數(shù)GPIO_Init配置引腳，包括引腳名稱、引腳傳輸速率、引腳工作模式。3）完成GPIO_Init的設(shè)置。5.4.2IO復(fù)用功能AFIO配置IO功能AFIO常對應(yīng)到外設(shè)的輸入輸出功能。使用時，需要先配置I0為復(fù)用功能，打開AFIO時鐘，然后再根據(jù)不同的復(fù)用功能進(jìn)行配置。對應(yīng)外設(shè)的輸入輸出功能有下述3情況：1）外設(shè)對應(yīng)的引腳為輸出：需要根據(jù)外圍電路的配置選擇對應(yīng)的引腳為復(fù)用功能的推挽輸出或復(fù)用功能的開漏輸出。2）外設(shè)對應(yīng)的引腳為輸入：根據(jù)外圍電路的配置可以選擇浮空輸入、帶上拉輸入或帶下拉輸入。3）ADC對應(yīng)的引腳：配置引腳為模擬輸入。5.5GPIO輸出應(yīng)用實例STM32F103與LED的連接如圖5-6所示。這是一個RGBLED燈，由紅藍(lán)綠3個LED燈構(gòu)成，使用PWM控制時可以混合成256種不同的顏色。5.5.1GPIO輸出應(yīng)用的硬件設(shè)計GPIO輸出應(yīng)用實例是使用固件庫點亮LED燈。圖5-6LED燈硬件電路這些LED的陰極都連接到STM32F103的GPIO引腳，只要控制GPIO引腳的電平輸出狀態(tài)，即可控制LED的亮滅。如果使用的開發(fā)板中LED的連接方式或引腳不一樣，只需修改程序的相關(guān)引腳即可，程序的控制原理相同。5.5.2GPIO輸出應(yīng)用的軟件設(shè)計為了使工程更加有條理，把LED控制相關(guān)的代碼獨立分開存儲，方便以后移植。在“工程模板”之上新建bsp_led.c及bsp_led.h文件，其中的bsp即BoardSupportPacket的縮寫（板級支持包）。編程要點：1）使能GPIO端口時鐘；2）初始化GPIO目標(biāo)引腳為推挽輸出模式；3）編寫簡單測試程序，控制GPIO引腳輸出高、低電平。5.6

GPIO輸入應(yīng)用實例按鍵的硬件設(shè)計同外部中斷設(shè)計實例的硬件設(shè)計，如圖4-8所示。5.6.1

硬件設(shè)計GPIO輸入應(yīng)用實例是使用固件庫的按鍵檢測。5.6.2軟件設(shè)計為了使工程更加有條理，把與按鍵相關(guān)的代碼獨立分開存儲，方便以后移植。在“工程模板”之上新建bsp_key.c及bsp_key.h文件。編程要點：1）使能GPIO端口時鐘；2）初始化GPIO目標(biāo)引腳為輸入模式（浮空輸入）；3）編寫簡單測試程序，檢測按鍵的狀態(tài)，實現(xiàn)按鍵控制LED。

第6章定時器本章講述了定時器，包括STM32F103定時器概述、基本定時器、通用定時器、高級定時器、定時器庫函數(shù)和定時器應(yīng)用實例和SysTick系統(tǒng)滴答定時器。6.1STM32F103定時器概述定時與計數(shù)的應(yīng)用十分廣泛。在實際生產(chǎn)過程中，許多場合都需要定時或者計數(shù)操作。例如產(chǎn)生精確的時間，對流水線上的產(chǎn)品進(jìn)行計數(shù)等。因此，定時／計數(shù)器在嵌入式單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中十分重要。定時和計數(shù)可以通過以下方式實現(xiàn)：1.軟件延時單片機(jī)是在一定時鐘下運(yùn)行的，可以根據(jù)代碼所需的時鐘周期來完成延時操作，軟件延時會導(dǎo)致CPU利用率低。因此主要用于短時間延時，如高速A/D轉(zhuǎn)換器。2.可編程定時／計數(shù)器微控制器中的可編程定時／計數(shù)器可以實現(xiàn)定時和計數(shù)操作，定時／計數(shù)器功能由程序靈活設(shè)置，重復(fù)利用。設(shè)置好后由硬件與CPU并行工作，不占用CPU時間，這樣在軟件的控制下，可以實現(xiàn)多個精密定時／計數(shù)。嵌入式處理器為了適應(yīng)多種應(yīng)用，通常集成多個高性能的定時／計數(shù)器。微控制器中的定時器本質(zhì)上是一個計數(shù)器，可以對內(nèi)部脈沖或外部輸入進(jìn)行計數(shù)，不僅具有基本的延時／計數(shù)功能，還具有輸入捕獲、輸出比較和PWM波形輸出等高級功能。在嵌入式開發(fā)中，充分利用定時器的強(qiáng)大功能，可以顯著提高外設(shè)驅(qū)動的編程效率和CPU利用率，增強(qiáng)系統(tǒng)的實時性。STM32內(nèi)部集成了多個定時/計數(shù)器。根據(jù)型號不同，STM32系列芯片最多包含8個定時／計數(shù)器。其中，TIM6和TIM7為基本定時器，TIM2～TIM5為通用定時器，TIM1和TIM8為高級控制定時器，功能最強(qiáng)。三種定時器具備的功能如表6-1所示。此外，在STM32中還有兩個看門狗定時器和一個系統(tǒng)滴答定時器。表6-1STM32定時器的功能主要功能高級控制定時器通用定時器基本定時器內(nèi)部時鐘源（8MHz）●●●帶16位分頻的計數(shù)單元●●●更新中斷和DMA●●●計數(shù)方向向上、向下、雙向向上、向下、雙向向上外部事件計數(shù)●●○其他定時器觸發(fā)或級聯(lián)●●○4個獨立輸入捕獲、輸出比較通道●●○單脈沖輸出方式●●○正交編碼器輸入●●○霍爾傳感器輸入●●○輸出比較信號死區(qū)產(chǎn)生●○○制動信號輸入●○○STM32F103定時器相比于傳統(tǒng)的51單片機(jī)要完善和復(fù)雜得多，它是專為工業(yè)控制應(yīng)用量身定做，具有延時、頻率測量、PWM輸出、電機(jī)控制及編碼接口等功能。6.2基本定時器STM32F103基本定時器TIM6和TIM7各包含一個16位自動裝載計數(shù)器，由各自的可編程預(yù)分頻器驅(qū)動。它們可以作為通用定時器提供時間基準(zhǔn)，特別是可以為數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）提供時鐘。實際上，它們在芯片內(nèi)部直接連接到DAC并通過觸發(fā)輸出直接驅(qū)動DAC，這2個定時器是互相獨立的，不共享任何資源。6.2.1基本定時器簡介TIM6和TIM7定時器的主要功能包括：1）16位自動重裝載累加計數(shù)器。2）16位可編程（可實時修改）預(yù)分額器，用于對輸入的時鐘按系數(shù)為1～65536之間的任意數(shù)值分頻。3）觸發(fā)DAC的同步電路。4）在更新事件（計數(shù)益詢品）時產(chǎn)生中斷／DMA請求?；径〞r器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6-1所示。6.2.2基本定時器的主要特性圖6-1基本定時器結(jié)構(gòu)框圖1.時基單元這個可編程定時器的主要部分是一個帶有自動重裝錢的16位累加計數(shù)器，計數(shù)器的時鐘通過一個預(yù)分頻器得到。軟件可以讀寫計數(shù)器、自動重裝載寄存器和預(yù)分頻寄存器，即使計數(shù)器運(yùn)行時也可以操作。時基單元包含：1）計數(shù)器寄存器（TIMx_CNT）。2）預(yù)分頻寄存器（TIMx_PSC）。3）自動重裝載寄存器（TIMx_ARR）。6.2.3基本定時器的功能2.時鐘源從STM32F103基本定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖可以看出，基本定時器TIM6和TIM7只有一個時鐘源，即內(nèi)部時鐘CK_INT。對于STM32F103所有的定時器，內(nèi)部時鐘CK_INT都來自RCC的TIMxCLK，但對于不同的定時器，TIMxCLK的來源不同?；径〞r器TIM6和TIM7的TIMxCLK來源于APB1預(yù)分頻器的輸出，系統(tǒng)默認(rèn)情況下，APB1的時鐘頻率為72MHz。3.預(yù)分頻器預(yù)分頻可以以系數(shù)介于1～65536之間的任意數(shù)值對計數(shù)器時鐘分頻。它是通過一個16位寄存器（TIMx_PSC）的計數(shù)實現(xiàn)分頻。因為TIMx_PSC控制寄存器具有緩沖作用，可以在運(yùn)行過程中改變它的數(shù)值，新的預(yù)分頻數(shù)值將在下一個更新事件時起作用。圖6-2是在運(yùn)行過程中改變預(yù)分頻系數(shù)的例子，預(yù)分頻系數(shù)從1變到2。圖6-2預(yù)分頻系數(shù)從1變到2的計數(shù)器時序圖4.計數(shù)模式STM32F103基本定時器只有向上計數(shù)工作模式，其工作過程如圖6-3所示，其中↑表示產(chǎn)生溢出事件。圖6-3向上計數(shù)工作模式基本定時器工作時，脈沖計數(shù)器TIMx_CNT從0累加計數(shù)到自動重裝載數(shù)值（TIMx_ARR寄存器），然后重新從0開始計數(shù)并產(chǎn)生一個計數(shù)器溢出事件。由此可見，如果使用基本定時器進(jìn)行延時，延時時間可以由以下公式計算：延時時間＝（TIMx_ARR＋1）*（TIMx_PSC+1）/TIMxCLK當(dāng)發(fā)生一次更新事件時，所有寄存器會被更新并設(shè)置更新標(biāo)志：傳送預(yù)裝載值（TIMx_PSC寄存器的內(nèi)容）至預(yù)分頻器的緩沖區(qū)，自動重裝載影子寄存器被更新為預(yù)裝載值（TIMx_ARR）。以下是一些在TIMx_ARR＝0x36時不同時鐘頻率下計數(shù)器工作的圖示例子。圖6-4內(nèi)部時鐘分頻系數(shù)為1，圖6-5內(nèi)部時鐘分頻系數(shù)為2。圖6-4計數(shù)器時序圖（內(nèi)部時鐘分頻系數(shù)為1）圖6-5計數(shù)器時序圖（內(nèi)部時鐘分頻系數(shù)為2）現(xiàn)將STM32F103基本定時器相關(guān)寄存器名稱介紹如下，可以用半字（16位）或字（32位）的方式操作這些外設(shè)寄存器，由于是采用庫函數(shù)方式編程，故不作進(jìn)一步的探討。（1）TIM6和TIM7控制寄存器1（TIMx_CR1）。（2）TIM6和TIM7控制寄存器2（TIMx_CR2）。（3）TIM6和TIM7DMA/中斷使能寄存器（TIMx_DIER）。（4）TIM6和TIM7狀態(tài)寄存器（TIMx_SR）。（5）TIM6和TIM7事件產(chǎn)生寄存器（TIMx_EGR）。（6）TIM6和TIM7計數(shù)器（TIMx_CNT）．（7）TIM6和TIM7預(yù)分頻器（TIMx_PSC）。（8）TIM6和TIM7自動重裝載寄存器（TIMx_ARR）。6.2.4基本定時器寄存器6.3通用定時器通用定時器（TIM2、TIM3、TIM4和TIM5）是一個通過可編程預(yù)分頻器驅(qū)動的16位自動裝載計數(shù)器構(gòu)成。它適用于多種場合，包括測量輸入信號的脈沖長度（輸入捕獲）或者產(chǎn)生輸出波形（輸出比較和PWM）。使用定時器預(yù)分頻器和RCC時鐘控制器預(yù)分頻器，脈沖長度和波形周期可以在幾微秒到幾毫秒間調(diào)整。每個定時器都是完全獨立的，沒有互相共享任何資源。它們可以同步操作。6.3.1通用定時器簡介通用TIMx（TIM2、TIM3、TIM4和TIM5）定時器功能包括：1）16位向上、向下、向上／向下自動裝載計數(shù)器。2）16位可編程（可以實時修改）預(yù)分頻器，計數(shù)器時鐘頻率的分頻系數(shù)為1～65536之間的任意數(shù)值。3）4個獨立通道：①輸入捕獲。②輸出比較。③PWM生成（邊緣或中間對齊模式）。④單脈沖模式輸出。4）使用外部信號控制定時器和定時器互連的同步電路。6.3.2通用定時器主要功能5）如下事件發(fā)生時產(chǎn)生中斷／DMA：①更新，計數(shù)器向上溢出/向下溢出，計數(shù)器初始化（通過軟件或者內(nèi)部／外部觸發(fā)）。②觸發(fā)事件（計數(shù)器啟動、停止、初始化或者由內(nèi)部／外部觸發(fā)計數(shù)）。③輸入捕獲。④輸出比較。6）支持針對定位的增量（正交）編碼器和霍爾傳感器電路。7）觸發(fā)輸入作為外部時鐘或者按周期的電流管理。通用定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6-6所示。相比于基本定時器其內(nèi)部結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多，其中最顯著的地方就是增加了4個捕獲／比較寄存器TIMx_CCR，這也是通用定時器之所以擁有那么多強(qiáng)大功能的原因。6.3.3通用定時器功能描述圖6-6通用定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖1.時基單元可編程通用定時器的主要部分是一個16位計數(shù)器和與其相關(guān)的自動裝載寄存器。這個計數(shù)器可以向上計數(shù)、向下計數(shù)或者向上向下雙向計數(shù)。此計數(shù)器時鐘由預(yù)分頻器分頻得到。計數(shù)器、自動裝載寄存器和預(yù)分頻器寄存器可以由軟件讀寫，在計數(shù)器運(yùn)行時仍可以讀寫。時基單元包含：計數(shù)器寄存器（TIMx_CNT）、預(yù)分頻器寄存器（TIMx_PSC）和自動裝載寄存器（TIMx_ARR）。預(yù)分頻器可以將計數(shù)器的時鐘頻率按1～65536之間的任意值分頻。它是基于一個（在TIMx_PSC寄存器中的）16位寄存器控制的16位計數(shù)器。這個控制寄存器帶有緩沖器，它能夠在工作時被改變。新的預(yù)分頻器參數(shù)在下一次更新事件到來時被采用。2.計數(shù)模式1）向上計數(shù)模式向上計數(shù)模式工作過程同基本定時器向上計數(shù)模式，工作過程如圖6-7所示。在向上計數(shù)模式中，計數(shù)器在時鐘CK_CNT的驅(qū)動下從0計數(shù)到自動重裝載寄存器TIMx_ARR的預(yù)設(shè)值，然后重新從0開始計數(shù)，并產(chǎn)生一個計數(shù)器溢出事件，可觸發(fā)中斷或DMA請求。當(dāng)發(fā)生一個更新事件時，所有的寄存器都被更新，硬件同時設(shè)置更新標(biāo)志位。對于一個工作在向上計數(shù)模式下的通用定時器，當(dāng)自動重裝載寄存器T1Mx_ARR的值為0x36，內(nèi)部預(yù)分頻系數(shù)為4（預(yù)分頻奇存器TIMx_PSC的值為3）的計數(shù)器時序圖如圖6-7所示。圖6-7計數(shù)器時序圖（內(nèi)部時鐘分頻因子位4）2）向下計數(shù)模式通用定時器向下計數(shù)模式工作過程如圖6-8所示。在向下計數(shù)模式中，計數(shù)器在時鐘CK_CNT的驅(qū)動下從自動重裝載寄存器TIMx_ARR的預(yù)設(shè)值開如向下計數(shù)到0，然后從自動重裝載寄存器TIMx_ARR的預(yù)設(shè)值重新開始計數(shù)，并產(chǎn)生一個計數(shù)器溢出事件，可觸發(fā)中斷或DMA請求。當(dāng)發(fā)生一個更新事件時，所有的寄存器都被更新，硬件同時設(shè)置更新標(biāo)志位。圖6-8向下計數(shù)工作模式對于一個工作在向下計數(shù)模式下的通用定時器，當(dāng)自動重裝載寄存器TIMx_ARR的值為0x36，內(nèi)部預(yù)分頻系數(shù)為2（預(yù)分頻寄存器TIMx_PSC的值為1）的計數(shù)器時序圖如圖6-9所示。圖6-9計數(shù)器時序圖（內(nèi)部時鐘分頻因子位4）3）向上／向下計數(shù)模式向上/向下計數(shù)模式又稱為中央對齊模式或雙向計數(shù)模式，其工作過程如圖6-10所示，計數(shù)器從0開始計數(shù)到自動加載的值（TIMx_ARR寄存器）－1，產(chǎn)生一個計數(shù)器溢出事件，然后向下計數(shù)到1并且產(chǎn)生一個計數(shù)器下溢事件；然后再從0開始重新計數(shù)。在這個模式，不能寫入TIMx_CR1中的DIR方向位。它由硬件更新并指示當(dāng)前的計數(shù)方向?？梢栽诿看斡嫈?shù)上溢和每次計數(shù)下溢時產(chǎn)生更新事件，觸發(fā)中斷或DMA請求。圖6-10向上/向下計數(shù)模式對于一個工作在向上／向下計數(shù)模式下的通用定時器，當(dāng)自動重裝載寄存器TIMx_ARR的值為0x06，內(nèi)部預(yù)分頻系數(shù)為1（預(yù)分頻寄存器TIMx_PSC的值為0）的計數(shù)器時序圖如圖6-11所示。圖6-11計數(shù)器時序圖（內(nèi)部時鐘分頻因子為1）3.時鐘選擇相比于基本定時器單一的內(nèi)部時鐘源，STM32F103通用定時器的16位計數(shù)器的時鐘源有多種選擇，可由以下時鐘源提供。1）內(nèi)部時鐘（CK_INT）內(nèi)部時鐘CK_INT來自RCC的TIMxCLK，根據(jù)STM32F103時鐘樹，通用定時器TIM2～TIM5內(nèi)部時鐘CK_INT的來源TIM_CLK，與基本定時器相同，都是來自APB1預(yù)分頻器的輸出，通常情況下，其時鐘頻率是72MHz2）外部輸入捕獲引腳TIx（外部時鐘模式1）外部輸入捕獲引腳TIx（外部時鐘模式1）來自外部輸入捕獲引腳上的邊沿信號。計數(shù)器可以在選定的輸入端（引腳1:TI1FP1或TI1F_ED，引腳2:TI2FP2）的每個上升沿或下降沿計數(shù)。3）外部觸發(fā)輸入引腳ETR（外部時鐘模式2）外部觸發(fā)輸入引腳ETR（外部時鐘模式2）來自外部引腳ETR。計數(shù)器能在外部觸發(fā)輸入ETR的每個上升沿或下降沿計數(shù)。4）內(nèi)部觸發(fā)器輸入ITRx內(nèi)部觸發(fā)輸入ITRx來自芯片內(nèi)部其他定時器的觸發(fā)輸入，使用一個定時器作為另個定時器的預(yù)分頻器，例如，可以配置TIM1作為TIM2的預(yù)分頻器。4.捕獲/比較通道每一個捕獲/比較通道都是圍繞一個捕獲/比較寄存器（包含影子寄存器），包括捕獲的輸入部分（數(shù)字濾波、多路復(fù)用和預(yù)分頻器）和輸出部分（比較器和輸出控制）。輸入部分對相應(yīng)的TIx輸入信號采樣，并產(chǎn)生一個濾波后的信號TIxF。然后，一個帶極性選擇的邊緣檢測器產(chǎn)生一個信號（TIxFPx），它可以作為從模式控制器的輸入觸發(fā)或者作為捕獲控制。該信號通過預(yù)分頻進(jìn)入捕獲寄存器（ICxPS）。輸出部分產(chǎn)生一個中間波形OCxRef（高有效）作為基準(zhǔn)，鏈的末端決定最終輸出信號的極性。1.輸入捕獲模式在輸入捕獲模式下，當(dāng)檢測到ICx信號上相應(yīng)的邊沿后，計數(shù)器的當(dāng)前值被鎖存到捕獲／比較寄存器（TIMx_CCRx）中。當(dāng)捕獲事件發(fā)生時，相應(yīng)的CCxIF標(biāo)志（TIMx_SR寄存器）被置為1，如果使能了中斷或者DMA操作，則將產(chǎn)生中斷或者DMA操作。如果捕獲事件發(fā)生時CCxIF標(biāo)志已經(jīng)為高，那么重復(fù)捕獲標(biāo)志CCxOF（TIMx_SR寄存器）被置為1。寫CCxIF＝0可清除CCxIF，或讀取存儲在TIMx_CCRx寄存器中的捕獲數(shù)據(jù)也可清除CCxIF。寫CCxOF＝0可清除CCxOF。6.3.4通用定時器工作模式2.PWM輸入模式該模式是輸入捕獲模式的一個特例，除下列區(qū)別外，操作與輸入捕獲模式相同：1）2個ICx信號被映射至同一個TIx輸入。2）這2個ICx信號為邊沿有效，但是極性相反。3）其中一個TIxFP信號被作為觸發(fā)輸入信號，而從模式控制器被配置成復(fù)位模式。例如，需要測量輸入到TI1上的PWM信號的長度（TIMx_CCR1寄存器）和占空比（TIMx_CCR2寄存器），具體步驟如下（取決于CK_INT的頻率和預(yù)分頻器的值）：1）選擇TIMx_CCR1的有效輸入：置TIMx_CCMR1寄存器的CC1S＝01（選擇TI1）。2）選擇TI1FP1的有效極性（用來捕獲數(shù)據(jù)到TIMx_CCR1中和清除計數(shù)器）：置CC1P＝0（上升沿有效）。3）選擇TIMx_CCR2的有效輸入：置TIMx_CCMR1寄存器的CC2S＝10（選擇144784）選擇T11FP2的有效極性（捕獲數(shù)據(jù)到TIMx_CCR2）：置CC2P＝1（下降沿有效）。5）選擇有效的觸發(fā)輸入信號：置TIMx_SMCR寄存器中的TS＝101（選擇TI1FP1）。6）配置從模式控制器為復(fù)位模式：置TIMx_SMCR中的SMS＝100。7）使能捕獲：置TIMx_CCER寄存器中CC1E＝1且CC2E＝1。3.強(qiáng)置輸出模式在輸出模式（TIMx_CCMRx寄存器中CCxS＝00）下，輸出比較信號（OCxREF和相應(yīng)的OCx）能夠直接由軟件強(qiáng)置為有效或無效狀態(tài)，而不依賴于輸出比較寄存器和計數(shù)器間的比較結(jié)果。置TIMx_CCMRx寄存器中相應(yīng)的OCxM＝101，即可強(qiáng)置輸出比較信號（OCxREF/OCx）為有效狀態(tài)。這樣OCxREF被強(qiáng)置為高電平（OCxREF

始終為高電平有效），同時OCx得到CCxP極性位相反的值。例如，CCxP＝0（OCx高電平有效），則OCx被強(qiáng)置為高電平。置TIMx_CCMRx寄存器中的OCxM＝100，可強(qiáng)置OCxREF信號為低。該模式下，在TIMx_CCRx影子寄存器和計數(shù)器之間的比較仍然在進(jìn)行，相應(yīng)的標(biāo)志也會被修改。因此仍然會產(chǎn)生相應(yīng)的中斷和DMA請求。4.輸出比較模式此項功能是用來控制一個輸出波形，或者指示一段給定的的時間已經(jīng)到時。當(dāng)計數(shù)器與捕獲／比較寄存器的內(nèi)容相同時，輸出比較功能做如下操作：1）將輸出比較模式（TIMx_CCMRx寄存器中的OCxM位）和輸出極性（TIMx_CCER寄存器中的CCxP位）定義的值輸出到對應(yīng)的引腳上。在比較匹配時，輸出引腳可以保持它的電平（OCxM＝000）、被設(shè)置成有效電平（OCxM＝001）、被設(shè)置成無效電平OCxM＝010）或進(jìn)行翻轉(zhuǎn)（OCxM＝011）。2）設(shè)置中斷狀態(tài)寄存器中的標(biāo)志位（TIMx_SR寄存器中的CCxIF位）。3）若設(shè)置了相應(yīng)的中斷屏蔽（TIMx_DIER寄存器中的CCxIE位），則產(chǎn)生一個中斷，4）若設(shè)置了相應(yīng)的使能位（TIMx_DIER寄存器中的CCxDE位，TIMx_CR2寄存著中的CCDS位選擇DMA請求功能），則產(chǎn)生一個DMA請求。輸出比較模式的配置步驟：①選擇計數(shù)器時鐘（內(nèi)部，外部，預(yù)分頻器）。②將相應(yīng)的數(shù)據(jù)寫入TIMx_ARR和TIMx_CCRx寄存器中③如果要產(chǎn)生一個中斷請求和／或一個DMA請求，設(shè)置CCxIE位和／或CCxDE位。④選擇輸出模式，例如，當(dāng)計數(shù)器CNT與CCRx匹配時翻轉(zhuǎn)OCx的輸出引腳，CCRx預(yù)裝載未用，開啟OCx輸出且高電平有效，則必須設(shè)置OCxM＝011、OCxPE＝0，CCxP＝0和CCxE＝1。⑤設(shè)置TIMx_CR1寄存器的CEN位啟動計數(shù)器。TIMx_CCRx寄存器能夠在任何時候通過軟件進(jìn)行更新以控制輸出波形，條件是未使用預(yù)裝載寄存器（OCxPE＝0，否則TIMx_CCRx影子寄存器只能在發(fā)生下一次更新事件時被更新）。5.PWM模式PWM輸出模式是一種特殊的輸出模式，在電力、電子和電機(jī)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。1）PWM簡介PWM是PulseWidthModulation的縮寫，中文意思就是脈沖寬度調(diào)制，簡稱脈寬調(diào)制。它是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，其控制簡單、靈活和動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點而成為電力、電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，其應(yīng)用領(lǐng)域包括測量、通信、功率控制與變換，電動機(jī)控制、伺服控制、調(diào)光、開關(guān)電源，甚至某些音頻放大器，因此研究基于PWM技術(shù)的正負(fù)脈寬數(shù)控調(diào)制信號發(fā)生器具有十分重要的現(xiàn)實意義，PWM是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有（ON），要么完全無（OFF），電壓或電流源是以一種通（ON）或斷（OFF）的重復(fù)脈沖序列被加載到模擬負(fù)載上去的。通的時候即是直流供電被加到負(fù)載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。2）PWM實現(xiàn)目前，在運(yùn)動控制系統(tǒng)或電動機(jī)控制系統(tǒng)中實現(xiàn)PWM的方法主要有傳統(tǒng)的數(shù)字電路、微控制器普通I/O模擬和微控制器的PWM直接輸出等。①傳統(tǒng)的數(shù)字電路方式：用傳統(tǒng)的數(shù)字電路實現(xiàn)PWM（如555定時器），電路設(shè)計較復(fù)雜，體積大，抗干擾能力差，系統(tǒng)的研發(fā)周期較長。②微控制器普通I/O模擬方式:對于微控制器中無PWM輸出功能情況（如51單片機(jī)），可以通過CPU操控普通I/O口來實現(xiàn)PWM輸出。但這樣實現(xiàn)PWM將消耗大量的時間，大大降低CPU的效率，而且得到的PWM的信號精度不太高。③微控制器的PWM直接輸出方式：對于具有PWM輸出功能的微控制器，在進(jìn)行簡單的配置后即可在微控制器的指定引腳上輸出PWM脈沖。這也是目前使用最多的PWM實現(xiàn)方式。STM32F103就是這樣一款具有PWM輸出功能的微控制器，除了基本定時器TIM6和TIM7。其他的定時器都可以用來產(chǎn)生PWM輸出。其中高級定時器TIM1和TIM8可以同時產(chǎn)生多達(dá)7路的PWM輸出。而通用定時器也能同時產(chǎn)生多達(dá)4路的PWM輸出，STM32最多可以同時產(chǎn)生30路PWM輸出。3）PWM輸出模式的工作過程STM32F103微控制器脈沖寬度調(diào)制模式可以產(chǎn)生一個由TIMx_ARR寄存器確定頻率、由TIMx_CCRx寄存器確定占空比的信號，其產(chǎn)生原理如圖6-12所示。圖6-12STM32F103微控制器PWM產(chǎn)生原理通用定時器PWM輸出模式的工作過程如下：①若配置脈沖計數(shù)器TIMx_CNT為向上計數(shù)模式，自動重裝載寄存器TIMx_ARR的預(yù)設(shè)為N，則脈沖計數(shù)器TIMx_CNT的當(dāng)前計數(shù)值X在時鐘CK_CNT（通常由TIMACLK經(jīng)TIMx_PSC分頻而得）的驅(qū)動下從0開始不斷累加計數(shù)。②在脈沖計數(shù)器TIMx_CNT隨著時鐘CK_CNT觸發(fā)進(jìn)行累加計數(shù)的同時，脈沖計數(shù)M_CNT的當(dāng)前計數(shù)值x與抽獲/比較寄存器TIMx_CCR的預(yù)設(shè)值A(chǔ)進(jìn)行比較；如果X＜A，輸出高電平（或低電平）；如果X≥A，輸出低電平（或高電平）。③當(dāng)脈沖計數(shù)器TIMx_CNT的計數(shù)值X大于自動重裝載寄存器TIMXARR的m值N時，膚沖計數(shù)器TIMx_CNT的計數(shù)值清零并重新開始計數(shù)。如此循環(huán)往復(fù)，得到的PWM的輸出信號周期為（N＋1）xTCK_CNT，其中，N為自動重裝載寄存器TIMx_ARR的預(yù)設(shè)值，TCK_CNT為時鐘CK_CNT的周期。PWM輸出信號脈沖寬度為AXTCKCNT，其中，A為捕獲／比較寄存器TIMx_CCR的預(yù)設(shè)值，TCK_CNT為時鐘CK_CNT的周期。PWM輸出信號的占空比為A/（N＋1）。下面舉例具體說明，當(dāng)通用定時器被設(shè)置為向上計數(shù)，自動重裝載寄存器TIMx_ARR的預(yù)設(shè)值為8，4個捕獲／比較寄存器TIMx_CCRx分別設(shè)為0、4、8和大于8時，通過用定時器的4個PWM通道的輸出時序OCxREF和觸發(fā)中斷時序CCxIF，如圖6-13所示。例如，在TIMx_CCR＝4情況下，當(dāng)TIMx_CNT＜4時，OCxREF輸出高電平；當(dāng)TIMx_CNT≥4時，OCxREF輸出低電平，并在比較結(jié)果改變時觸發(fā)CCxIF中斷標(biāo)志。此PWM的占空比為4/（8＋1）。圖6-13向上計數(shù)模式PWM輸出時序圖需要注意的是，在PWM輸出模式下，脈沖計數(shù)器TIMx_CNT的計數(shù)模式有向上計數(shù)、向下計數(shù)和向上／向下計數(shù)（中央對齊）3種。以上僅介紹其中的向上計數(shù)方式，但是讀者在掌握了通用定時器向上計數(shù)模式的PWM輸出原理后，由此及彼，通用定時器的其他兩種計數(shù)模式的PWM輸出也就容易推出了。現(xiàn)將STM32F103通用定時器相關(guān)寄存器名稱介紹如下，可以用半字（16位）或字（位）的方式操作這些外設(shè)寄存器，由于是采用庫函數(shù)方式編程，故不做進(jìn)一步的探討。1）控制寄存器1（TIMx_CR1）。2）控制寄存器2（TIMx_CR2）。3）從模式控制寄存器（TIMx_SMCR）。4）DMA/中斷使能寄存器（TIMx_DIER）。5）狀態(tài)寄存器（TIMx_SR）。6）事件產(chǎn)生寄存器（TIMx_EGR）。7）捕獲／比較模式寄存器1（TIMx_CCMR1）。8）捕獲／比較模式寄存器2（TIMx_CCMR2）。9）捕獲／比較使能寄存器（TIMx_CCER）。6.3.5通用定時器寄存器10）計數(shù)器（TIMx_CNT）。11）預(yù)分頻器（TIMx_PSC）。12）自動重裝載寄存器（TIMx_ARR）。13）捕獲／比較寄存器1（TIMx_CCR1）。14）捕獲／比較寄存器2（TIMx_CCR2）。15）捕獲／比較寄存器3（TIMx_CCR3）。16）捕獲／比較寄存器4（TIMx_CCR4）。17）DMA控制寄存器（TIMx_DCR）。18）連續(xù)模式的DMA地址（TIMx_DMAR）。6.4高級定時器高級控制定時器（TIM1和TIM8）由一個16位的自動裝載計數(shù)器組成，它由一個可編程的預(yù)分頻器驅(qū)動，適合多種用途，包含測量輸入信號的脈沖寬度（輸入捕獲），或者產(chǎn)生輸出波形（輸出比較、PWM、嵌入死區(qū)時間的互補(bǔ)PWM等）。使用定時器預(yù)分頻器和RCC時鐘控制預(yù)分頻器，可以實現(xiàn)脈沖寬度和波形周期從幾微秒到幾毫秒的調(diào)節(jié)。高級控制定時器（TIM1和TIM8）和通用定時器（TIMx）是完全獨立的，它們不共享任何資源，可以同步操作。9.4.2高級定時器特性6.4.1高級定時器簡介TIM1和TIM8定時器的功能包括：1）16位向上、向下、向上／下自動裝載計數(shù)器。2）16位可編程（可以實時修改）預(yù)分頻器，計數(shù)器時鐘頻率的分頻系數(shù)為1～65536之間的任意數(shù)值。3）多達(dá)4個獨立通道：輸入捕獲、輸出比較、PWM生成（邊緣或中間對齊模式）、單脈沖模式輸出。4）死區(qū)時間可編程的互補(bǔ)輸出。5）使用外部信號控制定時器和定時器互聯(lián)的同步電路。6）允許在指定數(shù)目的計數(shù)器周期之后更新定時器寄存器的重復(fù)計數(shù)器。7）剎車輸入信號可以將定時器輸出信號置于復(fù)位狀態(tài)或者一個已知狀態(tài)。8）如下事件發(fā)生時產(chǎn)生中斷／DMA：①更新，計數(shù)器向上溢出/向下溢出，計數(shù)器初始化。②觸發(fā)事件（計數(shù)器啟動、停止、初始化或者由內(nèi)部／外部觸發(fā)計數(shù)）。③輸入捕獲。④輸出比較。⑤剎車信號輸入。9）支持針對定位的增量（正交）編碼器和霍爾傳感器電路。10）觸發(fā)輸入作為外部時鐘或者按周期的電流管理。STM32F103高級定時器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)要比通用定時器復(fù)雜一些，但其核心仍然與基本定時器、通用定時器相同，是一個由可編程的預(yù)分頻器驅(qū)動的具有自動重裝載功能的16位計數(shù)器。與通用定時器相比，STM32F103高級定時器主要多了BRK和DTG兩個結(jié)構(gòu)，因而具有了死區(qū)時間的控制功能。因為高級定時器的特殊功能，在普通應(yīng)用中一般較少使用，所以不作為本書討論的重點，如需詳細(xì)了解可以查閱STM32中文參考手冊。6.4.2高級定時器結(jié)構(gòu)6.5定時器庫函數(shù)TIM固件庫支持72種庫函數(shù)，如表6-2所示。為了理解這些函數(shù)的具體使用方法，本節(jié)將對其中的部分庫函數(shù)做詳細(xì)介紹。STM32F10x的定時器庫函數(shù)存放在STM32F10x標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫的STM32F10x_tim.h和STM32F10x_tim.c文件中。其中，頭文件STM32F10x_tim.h用來存放定時器相關(guān)結(jié)構(gòu)體和宏定義以及定時器庫函數(shù)聲明，源代碼文件STM32F10x_tim.c用來存放定時器庫函數(shù)定義。函數(shù)名稱功能TIM_DeInit將外設(shè)TIMx寄存器重設(shè)為缺省值TIM_TimeBaseInit根據(jù)TIM_TimeBaseInitStruct中指定的參數(shù)，初始化TIMx的時間基數(shù)單位TIM_OCInit根據(jù)TIM_OCInitStruct中指定的參數(shù)，初始化外設(shè)TIMxTIM_ICInit根據(jù)TIM_ICInitStruct中指定的參數(shù)，初始化外設(shè)TIMxTIM_TimeBaseStructInit把TIM_TimeBaseInitStruct中的每一個參數(shù)按缺省值填入TIM_OCStructInit把TIM_OCInitStruct中的每一個參數(shù)按缺省值填入TIM_ICStructInit把TIM_ICInitStruct中的每一個參數(shù)按缺省值填入TIM_Cmd使能或者失能TIMx外設(shè)TIM_ITConfig使能或者失能指定的TIM中斷TIM_DMAConfig設(shè)置TIMx的DMA接口TIM_DMACmd使能或者失能指定的TIMx的DMA請求TIM_InternalClockConfig設(shè)置TIMx內(nèi)部時鐘TIM_ITRxExternalClockConfig設(shè)置TIMx內(nèi)部觸發(fā)為外部時鐘模式TIM_TIxExternalClockConfig設(shè)置TIMx觸發(fā)為外部時鐘TIM_ETRClockMode1Config配置TIMx外部時鐘模式1TIM_ETRClockMode2Config配置TIMx外部時鐘模式2TIM_ETRConfig配置TIMx外部觸發(fā)TI