stm32f103 GPIO——一灯大师之I/O口输出模式的寄存器配置

在讲述寄存器配置之前，我们先来看看二进制中，在不改变其他位的条件下，对某个位的置1和清零。

先看口诀：

清零用&            （对某一位，进行”与”操作。与0相与，会清零。与1相与，不改变）

置1用 |              （对某一位，进行”或”操作。与0相或，不改变。与1相或，会置1）

例如：

二进制：0001 1100，我想要在不改变其他位的情况下，将第四位清零。因为，清零用&，与0相与，会清零，与1相与，不改变。所以：

0001 1100  &   ~(0x01<<3)  ==  0001 0100

注意：0x01<<3  ==  0000 1000（这里由于要和8位的二进制数相与，所以这里会自动扩展成8位）(而且注意这里的移动是指16进制转换成二进制的移动，而不是对16进制进行移动)，所以 ~(0x01<<3)  ==  1111 0111， 

所以0001 1100  &   ~(0x01<<3) ==  0001 1100  &  1111 0111 ==  0001 0100

这样，在不改变其他位的情况下，第四位就被清零了。

二进制：0001 0100，我想要在不改变其他位的情况下，将第四位置1。因为，置1用 | ，与0相或，不改变。与1相或，会置1。所以：

0001 0100  |   0x01<<3  ==  0001 1100

注意：0x01<<3  ==  0000 1000（这里由于要和8位的二进制数相与，所以这里会自动扩展成8位）

所以0001 0100  |   0x01<<3 ==  0001 0100  |  0000 1000 ==  0001 1100

这样，在不改变其他位的情况下，第四位就被置1了。

上述是某一位的改变，但是如果我想一下清零四个位呢？那我们就用0x0f来进行左移

如：0x0f << 4 == 0000 1111 << 4  ==  1111 0000

所以，1011 0100  &   ~(0x0f<<4)   ==  1011 0100  &  0000 1111  ==  0000 0100

前面的四位一下就被清零了。

如何读取寄存器中某个位的值？

上面我们讲述了如何置位/清零寄存器中的值，现在我们来看如何读取寄存器中的值

假设某寄存器的值为：0000011010，这串数据被关在黑黑的寄存器中，我又没开天眼，我要怎样才能知道寄存器中的第4位（注意：第一个数为第0位）是1还是0？

又上面可知，与0相与，会清零。与1相与，不改变。

所以：   0000011010与0000010000进行”&”操作，如果结果为真，则0000010000中的第4位就为1，如果结果为假，则0000011010中的第4位就为0

就像这样： 这两个数相与，一定为0，即：为假

注意：   0000011010与0000010000进行”&”操作，其结果是为真

而不是为1，因为”&”操作得出的结果为0000010000，0000010000不等于1，而是等于16

程序：do{

                temp = GPIOA_CRL;      

          }while( ! (temp & (1<<16)))

该程序是读取GPIOA_CRL中的第16位是1还是0，如果是1，则为真。由于非 “!” 的存在，所以 ! (temp & (1<<16))为假，所以此时do.....while循环不再循环下去。注意：这里需要用do....while而不用while，是因为需要先执行temp = GPIOA_CRL; 将GPIOA_CRL寄存器中的值放在变量temp中，然后再对temp进行真假判断。

下面我们来看I/O口输出模式的寄存器配置：

1.端口配置低寄存器

注意：在寄存器配置的时候，我们都是先将对应的位清零后，再置1。

端口配置低位寄存器是用来配置某一组I/O的P0~P7引脚（一组I/O有16个I/O口）的I/O口的模式和最大输出速度的。

其中MODE是用来配置输出模式的最大输出速度的，而CNF是用来配置I/O口的工作模式的。所以，该寄存器是每4个位 配置一个I/O口。

输出速度：   

1，最大速度—-引脚上的电平最大翻转速度

2，频率和周期是互为倒数的关系

        1MHZ=1000000Hz 

        1s=1000Ms=10000000us

I/O口输出模式下有三种输出速度可选（2MHz，10MHz，50MHz），这个速度是指I/O⼝驱动电路的响应速度；I/O管脚内部有多个响应

不同的驱动电路，⽤户可以根据⾃⼰的需要选择合适的驱动电路。

⾼低频⽐较 

⾼频驱动电路：输出频率⾼，噪⾳⼤，功耗⾼，电磁⼲扰强； 

低频驱动电路：输出频率低，噪⾳⼩，功耗低，电磁⼲扰弱；提⾼系统EMI（电磁⼲扰）性能；

总结：通过选择速度来选择不同的输出驱动模块，达到最佳的噪⾳控制和降低功耗的⽬的如果需要选择较⾼频率信号，但是却选择了低频驱

动模块，很有可能会失真的输出信号；所以GPIO的引脚速度应与应⽤匹配。

举⼏个栗⼦： 

1. 对于串⼝来说，加⼊最⼤波特率为115200，这样只需要⽤2M的GPIO的引脚速度就可以了，省电噪⾳⼜⼩； 

2. 对于I2C接⼝，假如使⽤400 000波特率，若想把余量留⼤⼀些，2M的GPIO引脚速度或许是不够，这时可以选⽤10M的GPIO引脚速度； 

3. 对于SPI接⼝，假如使⽤18M或9M的波特率，⽤10M的GPIO⼝也不够⽤了，需要选择呢50M的GPIO引脚速度 

4. GPIO⼝设置为输⼊时，输出驱动电路与端⼝是断开的，所以这时配置输出速度是⽆意义的； 

5. 在复位期间和刚复位后，复位功能未开启，I/O端⼝被配置成浮空输⼊模式； 

6. 所有端⼝都有外部中断能⼒，当使⽤外部中断功能时，端⼝必须设置成输⼊模式； 

7. GPIO的配置具有上锁的功能，当配置好GPIO后，可以通过程序锁住配置组合，知道下次芯⽚复位才能解开；

图中的x表示，这个寄存器可以对GPIOA~GPIOE I/O组的I/O口进行配置。

寄存器中有一个偏移地址：

我们大家都知道有一个寻址方式叫： 基地址 + 偏移地址 寻址。STM32中就是通过基地址 + 偏移地址寻找方式来找到对应的寄存器的。

这个偏移地址表示的是在某I/O组中，该寄存器的首地址，就是以I/O口组中的基地址为标准，加上偏移量得到的。我们假设是GPIOA组，从图中我们知道GPIOA组的基地址为0x4001 0800，而端口配置低位寄存器的偏移量为0x00，所以基地址 + 偏移地址 = 0x4001 0800 +  0x00 = 0x4001 0800，这个0x4001 0800就是端口配置低位寄存器的首地址。

寄存器中还有一个复位值：

        复位值，指的是：在单片机复位后，该寄存器中被默认初始化的值。图中，该寄存器的复位值是0x4444 4444 ，所以在复位后，该寄存器被默认赋值为0x4444 4444。

我们现在给GPIOC组中的I/O口Pin7配置为推挽输出模式，输出速度为2MHZ：

        清零用&，与0相与，会清零，与1相与，不改变。 

        置1用|，与0相或，不改变。与1相或，会置1

         GPIOC->CRL  &= ~( (uint32_t) 0xf << 28 );       //将28~31位清零

        GPIOC->CRL |= 0x2 << 28;        //设置I/O口模式

        即：1111 << 28 == 1111 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000，所以 ~(0xf << 28 ) == 0000 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111

注意：这里要加上(uint32_t) 写成~( (uint32_t) 0xf << 28 )，否则会报警告 warning: #61-D: integer operation result is out of range

因为编译器默认signed int 即32位有符号整数类型,而0xf << 28实际为0xf0000000,这样就有可能改写了符号位(最高位)。所以，我们将其强转为无符号整数类型uint32_t

2.端口配置高寄存器

端口配置高位寄存器是用来配置某一组I/O的P8~P15引脚（一组I/O有16个I/O口）的I/O口的模式和输出速度的。

3.端口输入数据寄存器

4.端口输出数据寄存器

端口输出数据一共有16位，分别对应GPIO组中的Pin0~Pin15，写1则对应的I/O口输出1，写0则I/O口输出0。注意：设置/清除的意思就是置1/清零。

如：GPIOC->ODR |= 0x111 << 6;

即：使GPIOC组中的Pin6~Pin8都输出高电平。

5.端口位设置/清除寄存器

端口位设置/清除寄存器的功能和ODR寄存器的功能一样，都是为了设置I/O口的输出电平。实际上往端口位设置/清除寄存器写1/0后，端口位设置/清除寄存器就会往ODR寄存器对应的位写1/0，所以对端口位设置/清除寄存器操作，就是间接的对ODR寄存器进行操作。

注意：我们由上述可以知道，每个I/O口都有上面所描述的寄存器组。

寄存器版——点灯函数：

void LED_Config(void)        //初始化函数，配置GPIOC的PC6~PC8为通用推挽输出模式，输出速度为2Mhz

{

    RCC->APB2ENR |=0X1<<4;        //打开GPIOC时钟

    GPIOC->CRH &= ~0xf;                //设置PC8

    GPIOC->CRH |= 0x1<<1;

    GPIOC->CRL &= ~((uint32_t)0xff<<24);        //设置PC6与PC7

    GPIOC->CRL |= 0x22<<24;

    GPIOC->ODR |= 0x7 << 6;    //关灯  

}

void LED_Open(void)

{

    GPIOC->ODR &= ~(0x7 << 6);     //开灯，即I/O口输出低电平

}

void LED_Close(void)

{

    GPIOC->ODR |= 0x7 << 6;    //关灯，即I/O口输出高电平    

}