【遥控器开发基础1】疯壳·开源编队无人机-GPIO(遥控器指示灯控制)

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——疯壳·无人机·系列

GPIO(遥控器指示灯控制)

  u2 N" W; ]  p8 p% P( z, R, U% @
2 m; g, _5 E( R) I4 b
图1
2 m3 T6 V( S2 K$ S: |
+ c' v) S" S* Q+ v( n  _# N一、GPIO 简介
2 S$ J5 U9 ~' C9 OGPIO(General-purpose input/output)，通用的输入输出的简称，单片机的引脚可以供使用者自由使用，可以配置为输出，也可以配置为输入。其中输出又可以是输出“高电平”或者“低电平”。在电子电路中“高电平”是电压高的状态， 用逻辑来表示即为 1，“低电平”是电压低的状态，用逻辑来表示即为 0。
STM32F103 系列是意法半导体基于 ARM Cortex M3 内核的 32 位单片机， 遥控器上用的主核心是 48 脚的 STM32F103C8T6，其片上的资源与飞控主板上的主核心 STM32F103CBT6 基本一致，不同点在于TM32F103C8T6 的 RAM 为20kBytes、Flash 为 64kBytes，而 STM32F103CBT6 的 RAM 为 20kBytes、Flash 为 128kBytes。其引脚如下图所示。
4 P0 Z: M( {9 @. T& {. C* v

! e* Z) K1 F' ~; O图2
8 P' }8 B7 d# H* m: rSTM32F103C8T6 的 GPIO 的功能较多，有 A、B、C、D 等四组 GPIO，每组每个 GPIO 口都可以作为输出输出口使用之外， 还能作为复用引脚使用， 比如串口、I2C、SPI 等特殊接口的引脚。 但是需要注意的是每个引脚的复用功能是有限制的， 所以硬件连接时需要注意每个引脚有哪些复用功能， 这个可以在STM32F103 的数据手册中查看。GPIO 口一共有 8 种模式，分别为：浮空输入， 上拉输入，下拉输入，模拟输入， 开漏输出， 推挽输出，推挽式复用功能，开漏式复用功能如下表所示。
' z, B& ?1 R5 K( _/ w3 QSTM32F103GPIO 工作模式


表1
这 8 种功能我们就不一一介绍了， 有兴趣可以上网搜索了解一下，这里主要讲解一下开漏输出和推挽输出的区别。
6 I# i5 P1 g, n" _8 J/ [（1）开漏输出：
输出端相当于三极管的集电极. 需要上拉电阻才能得到高电平， 利用外部上拉电阻的驱动能力，减少 IC 内部的驱动，驱动能力强，适合于做电流型的驱动， 可达到 20mA。
4 [% ]+ z$ ?! T（2）推挽输出：
可以输出高，低电平,连接数字器件，是由两个参数相同的三极管或MOSFET 以推挽方式连接，各负责正负半周的波形放大任务。电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小、效率高，既提高电路的负载能力， 又提高开关速度。
总结一下：推挽输出可以输出强高低电平，连接数字器件；而开漏输出只可以输出低电平，高电平得靠外部电阻拉高。输出端相当于三极管的集电极，要得到高电平状态需要上拉电阻才行，适合于做电流型的驱动，其吸收电流的能力相对强（一般 20ma 以内）。
二、GPIO 相关寄存器
, P" o. W' T# R' [STM32F103 的每个 GPIO 端口有：两个 32 位配置寄存器(GPIOx_CRL 和GPIOx_CRH)、两个 32 位数据寄存器(GPIOx_IDR 和 GPIOx_ODR)、一个 32 位置位/复位寄存器(GPIOx_BSRR)、一个 16 位复位寄存器(GPIOx_BRR)、一个 32 位锁定寄存器(GPIOx_LCKR)。
1 A0 B6 v, T0 |! v; L  T（1）GPIOx_CRL 寄存器（x=A~G）

; O' C% r* q6 U: v' Z6 f+ C  N
4 i5 m3 _7 D: N1 W图3
该寄存器用于配置 IO0~7 的输入输出模式以及速率设置。
（2）GPIOx_CRH 寄存器（x=A~G）
" K- l2 S& n" y8 O
6 u3 k# ^- s& H; M
图4
该寄存器用于配置 IO8~15 的输入输出模式以及速率设置。
0 ~1 M/ j" ~5 h（3）GPIOx_IDR 寄存器(x=A~G)
: A  i* H+ \! m1 R: ]; W8 h- ^

2 L. l: T9 I& y' }图5
, S+ m3 r- X& I# l+ |2 N, XIDR 是 GPIO 的输入数据寄存器。通过 IDR 寄存器可以读出 IO 的状态。需要注意的是 IDR 寄存器只能以字（16 位）的形式读出。
/ U  g$ @  g; W/ W$ J（4）GPIOx_ODR 寄存器(x=A~G)


图6
ODR 是 GPIO 的输出数据寄存器。通过 ODR 寄存器可以输出高低电平。
（5）GPIOx_BSRR 寄存器(x=A~G)


8 W) k! R8 p+ S3 L, h# {图7
: v7 W$ h; M8 PBSRR 是GPIO 的端口位设置/清除寄存器。BSRR 寄存器的高 16 位是清除IO 位，低 16 位是置位 IO 位。需要注意的是 BSRR 只有在写入 1 的时候，相应的功能才有作用，写入 0 是无效的。
（6）GPIOx_BRR 寄存器(x=A~G)
4 C$ D, G# n# R; c( l
; r2 _* w: C$ P3 Y4 k$ k8 @/ d
图8
( B+ C6 d% J2 x6 P! J" H! H" x% ^BRR 是 GPIO 的端口位清除寄存器。BRR 基础只有在写入 1 的时候，相应的功能才有作用，写入 0 无效。
（7）GPIOx_LCKR 寄存器(x=A~G)

* ]8 c2 s' V; B# P
7 q/ O& V% ]9 h: [3 f# n图9
& v$ g! D8 l8 x5 ^3 k3 k8 X
& |! C- B9 ]7 _. X1 }- o: nLCKR 是GPIO 的端口配置锁定寄存器。LCKR 寄存器用来锁定IO 口的配置， 设置后，除了复位后不能再配置 IO 的状态。
三、GPIO 实验
本节实验的内容是对遥控上的指示灯进行控制，这里和在飞控实验中周期点亮航情灯一样，也是周期点亮遥控手柄上的指示灯。
3 V- |- I( Z; h( F遥控手柄上接到 STM32F103C8T6 上的 GPIO 管脚的指示灯有四颗，分别是电源指示灯、连接无人机指示灯、cocobit 编程模式指示灯以及紧急降落指示灯， 如下图所示。
) j' [- o4 v3 m2 y0 \

图10
" e# I  o, V8 c! }* D2 d' R3 N( g3 x查看原理图，可知四个 LED 指示灯分别对应 PA8、PC13、PB4、PB5。


! p7 h0 A: b$ C) d7 j( E- _图11
- E- s" l7 u! t' S' m/ V编写代码的思路如下表所示：
2 Q. q& k. U9 z) L0 K代码思路

/ U9 J2 y1 i$ f) w& k# V
4 o& K: g. l' D7 f9 T表2
按照代码思路，编写代码（通过调用官方库） 如下图所示为 GPIO 的初始化部分代码：
5 F+ A: b, T$ O) o. y

% P  M1 j# z& B2 r6 F* G0 F4 L: L8 q图12
5 k; G7 [" @# L/ [; b5 r. n完成配置后只需要周期点亮以及关闭 LED 即可，如下图所示。


; P* w8 N) Q. W- u/ j; H2 [图13
其中延时函数，如下图所示。

1 R& E% t" u9 {$ s* j! ?' B7 e
图14
保存、编译、下载，就可以看到遥控手柄的四个 LED 指示灯周期性闪烁， 如下图所示。
) k8 I, ?! X$ b& W% [5 u2 g
4 Q" H' X* H2 k1 i& {2 h
- h; Z3 ?) `7 O! S9 q# ?' l. Z图15


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- x% k. {  o! L  ~7 P
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2022-7-16 11:28 上传

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