第十二章 跑马灯实验

       本章将通过一个经典的跑马灯程序，带大家开启STM32H562之旅。通过本章的学习，我们将了解到STM32H562的IO口作为输出使用的方法。我们将通过代码控制开发板上的LED灯：LED0和LED1交替闪烁，实现类似跑马灯的效果。

       本章分为如下4个小节：

       12.1 STM32H5 GPIO简介

       12.2 硬件设计

       12.3 程序设计

       12.4 下载验证

        12.1 STM32H5 GPIO简介

       GPIO是控制或者采集外部器件信息的外设，既负责输入输出。它按组分配，每组16个IO口，组数视芯片而定。STM32H562VIT6芯片是100脚的芯片，它的IO口有80个，IO口分为5组，分别是GPIOA-GPIOE。这里GPIOA-GPIOE，16*5=80个IO口。PH0和PH1用于连接外部高速晶振，这里并没有算入IO的数量里面。如果它们不作为晶振引脚，是可以用作IO口的。

       这里重点说一下STM32H562的IO电平兼容性问题，STM32H562的绝大部分IO口，都兼容5V，至于到底哪些是兼容5V的，请看STM32H562VIT6.pdf的数据手册（注意是数据手册，不是参考手册），见表：Table 13. Legend/abbreviations used in the pinout table，凡是有FT标志的，都是兼容5V电平的IO口，可以直接接5V（注意：如果引脚设置的是模拟输入模式，则不能接5V！)，凡是不是FT标志的，大家就不要接5V了，可能烧坏MCU。对Table 13符号的描述如下：

表12.1.1 IO口属性缩写符号表

       12.1.1 GPIO功能模式

       GPIO有八种工作模式，分别是：

       1、输入浮空

       2、输入上拉

       3、输入下拉

       4、模拟

       5、开漏输出

       6、推挽输出

       7、开漏式复用功能

       8、推挽式复用功能

       12.1.2 GPIO基本结构分析

       我们知道了GPIO有八种工作模式，具体这些模式是怎么实现的？下面我们通过GPIO的基本结构图来分别进行详细分析，先看看总的框图，如图12.1.2.1 所示。

图12.1.2.1 GPIO的基本结构图

       如上图所示，可以看到右边只有I/O引脚，这个I/O引脚就是我们可以看到的芯片实物的引脚，其他部分都是GPIO的内部结构。

       ① 静电保护电路和保护二极管

       静电保护电路和保护二极管，用于保护引脚外部过高或过低的电压输入。虽然有它们的保护，但这样的保护却很有限，大电压大电流的接入很容易烧坏芯片。所以在实际的设计中我们要考虑设计引脚的保护电路。

       ② 上拉、下拉电阻

       它们阻值大概在30~50K欧之间，可以通过上、下两个对应的开关控制，这两个开关由寄存器控制。当引脚外部的器件没有干扰引脚的电压时，即没有外部的上、下拉电压，引脚的电平由引脚内部上、下拉决定，开启内部上拉电阻工作，引脚电平为高，开启内部下拉电阻工作，则引脚电平为低。同样，如果内部上、下拉电阻都不开启，这种情况就是我们所说的浮空模式。浮空模式下，引脚的电平是不可确定的。引脚的电平可以由外部的上、下拉电平决定。需要注意的是，STM32的内部上拉是一种“弱上拉”，这样的上拉电流很弱，如果有要求大电流还是得外部上拉。

       ③ 施密特触发器

       对于标准施密特触发器，当输入电压高于正向阈值电压，输出为高；当输入电压低于负向阈值电压，输出为低；当输入在正负向阈值电压之间，输出不改变，也就是说输出由高电准位翻转为低电准位，或是由低电准位翻转为高电准位对应的阈值电压是不同的。只有当输入电压发生足够的变化时，输出才会变化，因此将这种元件命名为触发器。这种双阈值动作被称为迟滞现象，表明施密特触发器有记忆性。从本质上来说，施密特触发器是一种双稳态多谐振荡器。

       施密特触发器可作为波形整形电路，能将模拟信号波形整形为数字电路能够处理的方波波形，而且由于施密特触发器具有滞回特性，所以可用于抗干扰，其应用包括在开回路配置中用于抗扰，以及在闭回路正回授/负回授配置中用于实现多谐振荡器。

       下面看看比较器跟施密特触发器的作用的比较，就清楚的知道施密特触发器对外部输入信号具有一定抗干扰能力，如图12.1.2.2所示。

图12.1.2.2 比较器的（A）和施密特触发器（B）作用比较

       ④ P-MOS管和N-MOS管

       这个结构控制GPIO的开漏输出和推挽输出两种模式。开漏输出：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。推挽输出：这两只对称的MOS管每次只有一只导通，所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流，也可以从负载拉电流。推拉式输出既能提高电路的负载能力，又能提高开关速度。

       上面我们对GPIO的基本结构图中的关键器件做了介绍，下面分别介绍GPIO八种工作模式对应结构图的工作情况。

       l 1、输入浮空

       输入浮空模式：上拉/下拉电阻为断开状态，施密特触发器打开，输出被禁止。输入浮空模式下，IO口的电平完全是由外部电路决定。如果IO引脚没有连接其他的设备，那么检测其输入电平是不确定的。该模式可以用于按键检测，RX1等。

图12.1.2.3 输入浮空模式

       l 2、输入上拉

       输入上拉模式：上拉电阻导通，施密特触发器打开，输出被禁止。在需要外部上拉电阻的时候，可以使用内部上拉电阻，这样可以节省一个外部电阻，但是内部上拉电阻的阻值较大，所以只是“弱上拉”，不适合做电流型驱动。

图12.1.2.4 输入上拉模式

       l 3、输入下拉

       输入下拉模式：下拉电阻导通，施密特触发器打开，输出被禁止。在需要外部下拉电阻的时候，可以使用内部下拉电阻，这样可以节省一个外部电阻，但是内部下拉电阻的阻值较大，所以不适合做电流型驱动。

图12.1.2.5 输入下拉模式

       l 4、模拟功能

       模拟功能：上下拉电阻断开，施密特触发器关闭，双MOS管也关闭。该模式用于ADC采集或者DAC输出，或者低功耗下省电。

图12.1.2.6 模拟功能

       l 5、开漏输出

       开漏输出模式：STM32的开漏输出模式是数字电路输出的一种，从结果上看它只能输出低电平Vss或者高阻态。根据《STM32H5xx参考手册_V1（英文版）.pdf》第567页关于“GPIO输出配置”的描述，我们可以推知开漏模式下输出电路大致是这样工作的：

       l P-MOS被“输出控制”控制在截止状态，因此IO的状态取决于N-MOS的导通状况。

       l 只有N-MOS还受控制于输出寄存器，“输出控制器”对输入信号进行了逻辑非的操作。

       l IO到输入电路的采样电路仍被打开，且可以选择是否使用上下拉电阻。 

       根据参考手册的描述，我们替换了“输出控制”部分，作出了如图12.1.2.7的开漏模式下的简化等效图，图中①的输入对应的②的输出是我们最关心的开漏输出的结果。简化后的图12.1.2.7能更好地表示开漏输出模式的输出关系。

       开漏输出的具体的理解描述如下： 

       开漏模式下，P-MOS管是一直截止的，所以P-MOS管的栅极一直接VSS。如果输出数据寄存器设置为0时，经过“输出控制”的逻辑非操作后，输出逻辑1到N-MOS管的栅极，这时N-MOS管就会导通，使得I/O引脚接到VSS，即输出低电平。

       如果输出数据寄存器设置为1时，经过“输出控制器”的逻辑非操作后，输出逻辑0到N-MOS管的栅极，这时N-MOS管就会截止。因为P-MOS管是一直截止的，使得I/O引脚呈现高阻态，即不输出低电平，也不输出高电平。因此要I/O引脚输出高电平就必须接上拉电阻。这时可以接内部上拉电阻，或者接一个外部上拉电阻。由于内部上拉电阻的阻值较大，所以只是“弱上拉”。需要大电流驱动，请接外部的上拉电阻。此外，上拉电阻具有线与特性，即如果有很多开漏模式的引脚连在一起的时候，只有当所有引脚都输出高阻态，电平才为1，只要有其中一个为低电平时，就等于接地，使得整条线路都为低电平0。我们的IIC通信（IIC_SDA）就用到这个原理。

       另外在开漏输出模式下，施密特触发器是打开的，所以IO口引脚的电平状态会被采集到输入数据寄存器中，如果对输入数据寄存器进行读访问可以得到IO口的状态。也就是说开漏输出模式下，我们可以对IO口进行读数据。

图12.1.2.7 开漏输出模式

       l 6、推挽输出

       推挽输出模式：STM32的推挽输出模式，从结果上看它会输出低电平VSS或者高电平VDD。推挽输出跟开漏输出不同的是，推挽输出模式P-MOS管和N-MOS管都用上。同样地，我们根据参考手册推挽模式下的输出描述，列出等效原理如图12.1.2.8所示，根据手册描述可以把“输出控制”简单地等效为一个非门。

       推挽输出的具体的理解描述如下：

       如果输出数据寄存器设置为0时，经过“输出控制”的逻辑非操作后，输出逻辑1到P-MOS管的栅极，这时P-MOS管就会截止，同时也会输出逻辑1到N-MOS管的栅极，这时N-MOS管就会导通，使得I/O引脚接到VSS，即输出低电平。

       如果输出数据寄存器设置为1时，经过“输出控制”的逻辑非操作后，输出逻辑0到N-MOS管的栅极，这时N-MOS管就会截止，同时也会输出逻辑0到P-MOS管的栅极，这时P-MOS管就会导通，使得I/O引脚接到VDD，即输出高电平。

       上面的描述可以知道，推挽输出模式下，P-MOS管和N-MOS管同一时间只能有一个MOS管是导通的。当引脚高低电平切换时，两个管子轮流导通，一个负责灌电流，一个负责拉电流，使其负载能力和开关速度都有很大的提高。

       另外在推挽输出模式下，施密特触发器也是打开的，我们可以读取IO口的电平状态。

       由于推挽输出模式输出高电平时，是直接连接VDD ，所以驱动能力较强，可以做电流型驱动，驱动电流最大可达20mA。该模式也是最常用的输出模式。

图12.1.2.8 推挽输出模式

       l 7、开漏式复用功能

       开漏式复用功能：一个IO口可以是通用的IO口功能，还可以是其他外设的特殊功能引脚，这就是IO口的复用功能。一个IO口可以是多个外设的功能引脚，我们需要选择作为其中一个外设的功能引脚。当选择复用功能时，引脚的状态是由对应的外设控制，而不是输出数据寄存器。除了复用功能外，其他的结构分析请参考开漏输出模式。

       另外在开漏式复用功能模式下，施密特触发器也是打开的，我们可以读取IO口的电平状态，同时外设可以读取IO口的信息。

图12.1.2.9 开漏式复用功能

       l 8、推挽式复用功能

       推挽式复用功能：复用功能介绍请查看开漏式复用功能，结构分析请参考推挽输出模式，这里不再赘述。

图12.1.2.10 推挽式复用功能

       12.1.3 GPIO寄存器介绍

       STM32H5每组通用GPIO口有13个32位寄存器控制，包括 ：

       4 个 32 位配置寄存器（MODER、OTYPER、OSPEEDR 和 PUPDR）

       2 个 32 位数据寄存器（IDR 和 ODR）

       1 个 32 位置位/复位寄存器 (BSRR)

       1 个 32 位锁定寄存器 (LCKR)

       2 个 32 位复用功能选择寄存器（AFRH 和 AFRL）

       1 个 32 位复位寄存器 (BRR)

       1 个 32 位高速低压寄存器 (HSLVR)

       1 个 32 位安全配置寄存器 (SECCFGR)

       下面我们将带大家理解本章用到的寄存器，没有介绍到的寄存器后面用到会继续介绍。这里主要是带大家学会怎么理解这些寄存器的方法，其他寄存器理解方法是一样的。因为寄存器太多不可能一个个列出来讲，以后基本就是只会把重要的寄存器拿出来讲述，希望大家尽快培养自己学会看手册的能力。下面先看GPIO的4个32位配置寄存器：

       l GPIO端口模式寄存器 (GPIOx_MODER) (x =A..I)

       该寄存器是GPIO口模式控制寄存器，用于控制GPIOx（STM32H5最多有9组IO，用大写字母表示，即x=A/B/C/D/E/F/G/H/I，下同）的工作模式，寄存器描述如图12.1.3.1所示。

图12.1.3.1 MODER寄存器描述

       每组GPIO下有16个IO口，该寄存器共32位，每2个位控制1个IO。该寄存器可以配置IO口的输入模式、通用输出模式、复用模式、模拟模式（默认）。

       l GPIO端口输出类型寄存器 (GPIOx_OTYPER) (x = A..I)

       该寄存器用于控制GPIOx的输出类型，寄存器描述如图12.1.3.2所示。

图12.1.3.2 GPIOx OTYPER寄存器描述

       该寄存器仅用于输出模式，在输入模式（MODER[1:0]=00/11时）下不起作用。该寄存器低16位有效，每一个位控制一个IO口，复位后，该寄存器值均为0，也就是在输出模式下IO口默认为推挽输出。

       l GPIO端口输出速度寄存器 (GPIOx_OSPEEDR) (x = A..I)

       该寄存器用于控制GPIOx的输出速度，寄存器描述如图12.1.3.3所示。

图12.1.3.3 GPIOx OSPEEDR寄存器描述

       该寄存器仅用于输出模式，在输入模式（MODER[1:0]=00/11时）下不起作用。该寄存器低16位有效，每两个位控制一个IO口。该寄存器可配置四种速度模式：低速、中速、高速、超高速。

       l GPIO端口上拉/下拉寄存器 (GPIOx_PUPDR) (x = A..I)

       该寄存器用于控制GPIOx的上拉/下拉，寄存器描述如图12.1.3.4所示。

图12.1.3.4 GPIOx PUPDR寄存器描述

       该寄存器每两个位控制一个IO口，用于设置上下拉，复位后，该寄存器值一般为0，即无上拉或下拉。

       上面这4个配置寄存器就是用来配置GPIO的相关模式和状态，它们通过不同的配置组合方法，就决定我们所说的8种工作模式。下面，我们来列表阐述，如表12.1.3.1所示。

表12.1.3.1 4个配置寄存器组合下的8种工作模式

       因为本章需要GPIO作为输出口使用，所以我们再来看看端口输出数据寄存器。

       l 端口输出数据寄存器（ODR）

       该寄存器用于控制GPIOx的输出高电平或者低电平，寄存器描述如图12.1.3.5所示。

图12.1.3.5 GPIOx ODR寄存器描述

       该寄存器低16位有效，分别对应每一组GPIO的16个引脚。当CPU写访问该寄存器，如果对应的某位写0(ODy=0)，则表示设置该IO口输出的是低电平，如果写1(ODy=1)，则表示设置该IO口输出的是高电平，y=0~15。

       除了ODR寄存器，还有一个寄存器也是用于控制GPIO输出的，它就是BSRR寄存器。

       l 端口置位/复位寄存器（BSRR）

       该寄存器也用于控制GPIOx的输出高电平或者低电平，寄存器描述如图12.1.3.6所示。

图12.1.3.6 GPIOx BSRR寄存器描述

       为什么有了ODR寄存器，还要这个BDRR寄存器呢？我们先看看BSRR的寄存器描述，首先BSRR是只写权限，而ODR是可读可写权限。BSRR寄存器32位有效，对于低16位（0-15），我们往相应的位写1(BSy=1)，那么对应的IO口会输出高电平，往相应的位写0(BSy=0)，对IO口没有任何影响，高16位（16-31）作用刚好相反，对相应的位S写1(BRy=1)会输出低电平，写0(BRy=0)没有任何影响，y=0~15。

       也就是说，对于BSRR寄存器，你写0的话，对IO口电平是没有任何影响的。我们要设置某个IO口电平，只需要相关位设置为1即可。而ODR寄存器，我们要设置某个IO口电平，我们首先需要读出来ODR寄存器的值，然后对整个ODR寄存器重新赋值来达到设置某个或者某些IO口的目的，而BSRR寄存器，我们就不需要先读，而是直接设置即可，这在多任务实时操作系统中作用很大。BSRR寄存器还有一个好处，就是BSRR寄存器改变引脚状态的时候，不会被中断打断，而ODR寄存器有被中断打断的风险。

        12.2 硬件设计

       1. 例程功能

              LED灯：LED0（红）和LED1（绿）每过500ms一次交替闪烁，实现类似跑马灯的效果。

       2. 硬件资源

       1）LED灯

              LED0 - PB4（红）

              LED1 - PB5（绿）

       3. 原理图

       本章用到的硬件用到LED灯：LED0和LED1。电路在开发板上已经连接好，所以在硬件上不需要动任何东西，直接下载代码就可以测试使用。其连接原理图如图12.2.1所示：

图12.2.1 LED与STM32H562连接原理图

       下面，给大家介绍一下LED灯的压降和额定电流，供大家设计硬件参考。

       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。

       LED发光颜色的不同，需要的驱动电压也有差异。我们使用的LED0和LED1是红绿两个颜色的贴片灯珠，它的正常工作驱动电流典型值约为20mA/1.8V。而STM32的GPIO的输出电流也大概是20mA/3.3V，所以可以直接用STM32的IO驱动这种LED。但STM32对总的输出电流有限制，为了经过LED的电流更稳定，我们一般不用STM32的IO直接输出电流驱动LED，而是通过外接上拉电阻的方式限制灌入STM32的电流。如我们使用红灯时灌到IO口的最大电流约为（3.3-1.8）V/510R≈2.94mA。

        12.3 程序设计

       了解了GPIO的结构原理和寄存器，还有我们的实验功能，下面开始设计程序。

       12.3.1 GPIO的HAL库驱动分析

       HAL库中关于GPIO的驱动程序在stm32h5xx_hal_gpio.c文件以及其对应的头文件。

       1. HAL_GPIO_Init函数

       要使用一个外设我们首先要对它进行初始化，所以我们先看外设GPIO的初始化函数。其声明如下：

void  HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef  *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init);

       l 函数描述：

       用于配置GPIO功能模式，还可以设置EXTI功能。

       l 函数形参：

       形参1是端口号，可以有以下的选择：

#define GPIOA               ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE_NS)
#define GPIOB               ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE_NS)
#define GPIOC               ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE_NS)
#define GPIOD               ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE_NS)
#define GPIOE               ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE_NS)
#define GPIOF               ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE_NS)
#define GPIOG               ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE_NS)
#define GPIOH               ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE_NS)
#define GPIOI               ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE_NS)

       这是库里面的选择项，实际上我们的芯片只能从GPIOA~GPIOE，因为我们只有5组IO口，多出来的F\G\H\I组是给其它引脚数更多的芯片型号用的。

       形参2是GPIO_InitTypeDef类型的结构体指针变量，其定义如下：

typedef struct
{
  uint32_t Pin;        /* 引脚号 */
  uint32_t Mode;       /* 模式设置 */
  uint32_t Pull;       /* 上拉下拉设置 */
  uint32_t Speed;      /* 速度设置 */
  uint32_t Alternate; /* 复用功能 */
} GPIO_InitTypeDef;

       该结构体很重要，下面对每个成员介绍一下。

       成员Pin表示引脚号，范围：GPIO_PIN_0到 GPIO_PIN_15，另外还有GPIO_PIN_All和GPIO_PIN_MASK可选。

       成员Mode是GPIO的模式选择，有以下选择项：

#define  GPIO_MODE_INPUT                  (0x00000000U)   /* 输入模式 */
#define  GPIO_MODE_OUTPUT_PP             (0x00000001U)   /* 推挽输出 */
#define  GPIO_MODE_OUTPUT_OD             (0x00000011U)   /* 开漏输出 */
#define  GPIO_MODE_AF_PP                  (0x00000002U)   /* 推挽式复用 */
#define  GPIO_MODE_AF_OD                  (0x00000012U)   /* 开漏式复用 */
 
#define  GPIO_MODE_ANALOG                 (0x00000003U)  /* 模拟模式 */
 
#define  GPIO_MODE_IT_RISING             (0x11110000U)  /* 外部中断，上升沿触发检测 */
#define  GPIO_MODE_IT_FALLING            (0x11210000U)  /* 外部中断，下降沿触发检测 */
/* 外部中断，上升和下降双沿触发检测 */
#define  GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING    (0x11310000U)  
 
#define  GPIO_MODE_EVT_RISING            (0x11120000U) /* 外部事件，上升沿触发检测 */
#define  GPIO_MODE_EVT_FALLING           (0x11220000U) /* 外部事件，下降沿触发检测 */
/* 外部事件，上升和下降双沿触发检测 */
#define  GPIO_MODE_EVT_RISING_FALLING   (0x11320000U)

       成员Pull用于配置上下拉电阻，有以下选择项：

#define  GPIO_NOPULL        (0x00000000U)    /* 无上下拉 */
#define  GPIO_PULLUP        (0x00000001U)    /* 上拉 */
#define  GPIO_PULLDOWN      (0x00000002U)   /* 下拉 */

       成员Speed用于配置GPIO的速度，有以下选择项： 

#define  GPIO_SPEED_FREQ_LOW         (0x00000000U)   /* 低速 */
#define  GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM      (0x00000001U)   /* 中速 */
#define  GPIO_SPEED_FREQ_HIGH        (0x00000002U)   /* 快速 */
#define  GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH  (0x00000003U)   /* 高速 */

       成员Alternate用于配置具体的复用功能，不同的GPIO口可以复用的功能不同，具体可参考数据手册《STM32H562VIT6.pdf》。复用功能的选择在stm32h5xx_hal_gpio_ex.h文件里进行了定义，后面具体用到了，我们在进行讲解。

       l 函数返回值：无

       l 注意事项：

       HAL库的EXTI外部中断的设置功能整合到此函数里面，而不是单独独立一个文件。这个我们到外部中断实验再细讲。

       2. HAL_GPIO_WritePin函数

       HAL_GPIO_WritePin函数是GPIO口的写引脚函数。其声明如下：

void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, 
uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState);

       l 函数描述：

       用于设置引脚输出高电平或者低电平，通过BSRR寄存器复位或者置位操作。

       l 函数形参：

       形参1是端口号，可以选择范围：GPIOA~GPIOI。

       形参2是引脚号，可以选择范围：GPIO_PIN_0到 GPIO_PIN_15。

       形参3是要设置输出的状态，是枚举型有两个选择：GPIO_PIN_SET 表示高电平，GPIO_PIN_RESET表示低电平。

       l 函数返回值：

       无

       3. HAL_GPIO_TogglePin函数

       HAL_GPIO_TogglePin函数是GPIO口的电平翻转函数。其声明如下：

void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

       l 函数描述：

       用于设置引脚的电平翻转，也是通过BSRR寄存器复位或者置位操作。

       l 函数形参：

       形参1是端口号，可以选择范围：GPIOA~GPIOI。

       形参2是引脚号，可以选择范围：GPIO_PIN_0到 GPIO_PIN_15。

       l 函数返回值：

       无

       本实验我们用到上面三个函数，其他的API函数后面用到再进行讲解。

       GPIO输出配置步骤

       1）使能对应GPIO时钟

       STM32在使用任何外设之前，我们都要先使能其时钟（下同）。本实验用到PB4和PB5两个IO口，因此需要先使能GPIOB的时钟，代码如下:

__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

       2）设置对应GPIO工作模式（推挽输出）

       本实验GPIO使用推挽输出模式，控制LED亮灭，通过函数HAL_GPIO_Init设置实现。

       3）控制GPIO引脚输出高低电平 

       在配置好GPIO工作模式后，我们就可以通过HAL_GPIO_WritePin函数控制GPIO引脚输出高低电平，从而控制LED的亮灭了。

       12.3.2 程序流程图

       程序流程图能帮助我们更好的理解一个工程的功能和实现的过程，对学习和设计工程有很好的主导作用。下面看看本实验的程序流程图：

图12.3.2.1 跑马灯实验程序流程图

       12.3.3 程序解析

       1. led驱动代码

       这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。LED驱动源码包括两个文件：led.c和led.h。

       下面我们先解析led.h的程序，我们把它分两部分功能进行讲解。

       由硬件设计小节，我们知道LED灯在硬件上分别连接到PB4和PB5，再结合HAL库，我们做了下面的引脚定义。

/*****************************************************************************/
/* 引脚 定义 */
 
#define LED0_GPIO_PORT                GPIOB
#define LED0_GPIO_PIN                 GPIO_PIN_4
#define LED0_GPIO_CLK_ENABLE()      do{ __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); }while(0)
 
#define LED1_GPIO_PORT                GPIOB
#define LED1_GPIO_PIN                 GPIO_PIN_5
#define LED1_GPIO_CLK_ENABLE()      do{ __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE(); }while(0)
/*****************************************************************************/

       这样的好处是进一步隔离底层函数操作，移植更加方便，函数命名更亲近实际的开发板。比如：当我们看到LED0_GPIO_PORT这个宏定义，我们就知道这是灯LED0的端口号；看到LED0_GPIO_PIN这个宏定义，就知道这是灯LED0的引脚号；看到LED0_GPIO_CLK_ENABLE这个宏定义，就知道这是灯LED0的时钟使能函数。大家后面学习时间长了就会慢慢熟悉这样的命名方式。

       特别注意：这里的时钟使能函数宏定义，使用了do{ }while(0)结构，是为了避免在某些使用场景出错的问题（下同），详见《嵌入式单片机 C代码规范与风格》第六章第2点。

       __HAL_RCC_GPIOx_CLK_ENABLE函数是HAL库的IO口时钟使能函数，x=A到I。

       为了后续对LED灯进行便捷的操作，我们为LED灯操作函数做了下面的定义。

/* LED端口定义 */
#define LED0(x)   do{ x ? \
                          HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_PORT,
LED0_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
                          HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_PORT,                                           LED0_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \
                     }while(0)       /* LED0 = RED */
 
#define LED1(x)   do{ x ? \
                          HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT,
LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \
                          HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_PORT,
LED1_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \
                     }while(0)       /* LED1 = GREEN */
 
/* LED取反定义 */
#define LED0_TOGGLE()    do{ HAL_GPIO_TogglePin(LED0_GPIO_PORT,
LED0_GPIO_PIN); }while(0)   /* LED0 = !LED0 */
#define LED1_TOGGLE()    do{ HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_PORT,
LED1_GPIO_PIN); }while(0)   /* LED1 = !LED1 */

       LED0和LED1这两个宏定义，分别是控制LED0和LED1的亮灭。例如：对于宏定义标识符LED0(x)，它的值是通过条件运算符来确定：当x=0时，宏定义的值为HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_PORT, LED0_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET)，也就是设置PB4输出低电平，当n!=0时，宏定义的值为HAL_GPIO_WritePin (LED0_GPIO_PORT, LED0_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET)，也就是设置PB4输出高电平。所以如果要设置LED0输出低电平，那么调用宏定义LED0(0)即可，如果要设置LED0输出高电平，调用宏定义LED0(1)即可。宏定义LED1(x)同理。

       LED0_TOGGLE和LED1_TOGGLE这连个个宏定义，分别是控制LED0和LED1的翻转。这里利用HAL_GPIO_TogglePin函数实现IO口输出电平取反操作。

       下面我们再解析led.c的程序，这里只有一个函数led_init，这是LED灯的初始化函数，其定义如下：

/**
 * @brief       初始化LED相关IO口, 并使能时钟
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void led_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
    LED0_GPIO_CLK_ENABLE(); /* LED0时钟使能 */
    LED1_GPIO_CLK_ENABLE(); /* LED1时钟使能 */
 
    gpio_init_struct.Pin = LED0_GPIO_PIN;                 /* LED0引脚 */
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;         /* 推挽输出 */
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;                   /* 上拉 */
    gpio_init_struct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM;    /* 中速 */
    HAL_GPIO_Init(LED0_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);  /* 初始化LED0引脚 */
 
    gpio_init_struct.Pin = LED1_GPIO_PIN;                 /* LED1引脚 */
    HAL_GPIO_Init(LED1_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);   /* 初始化LED1引脚 */
        
    LED0(1);    /* 关闭 LED0 */
    LED1(1);    /* 关闭 LED1 */
}

       LED灯的引脚都设置为中速上拉的推挽输出。最后关闭LED0和LED1，防止没有操作灯就亮了。

       2. main.c代码

       在main.c里面编写如下代码：

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
 
int main(void)
{
    HAL_Init();                                            /* HAL库初始化 */
    HAL_ICACHE_Enable();                                 /* 使能指令缓存 */
    sys_stm32_clock_init(250, 4, 2, 2);             /* 系统时钟初始化，250Mhz */
    delay_init(250);                                      /* 延时初始化 */
    usart_init(115200);                                  /* 串口初始化 */
    led_init();                                            /* LED初始化 */
    
    while(1)
    {
        LED0(0);                                           /* LED0 亮 */
        LED1(1);                                           /* LED1 灭 */
        delay_ms(500);
        LED0(1);                                           /* LED0 灭 */
        LED1(0);                                           /* LED1 亮 */
        delay_ms(500);
    }
}

       前面是HAL库初始化、使能指令缓冲、系统时钟初始化、延时初始化和串口初始化等函数，后面把它们统称为“系统初始化函数”。接下来，调用led_init来初始化LED灯。最后在无限循环里面实现LED0和LED1间隔500ms交替闪烁一次。

        12.4 下载验证

       我们先来看看编译结果，如图12.4.1所示。

图12.4.1 编译结果

       可以看到没有0错误，0警告。从编译信息可以看出，我们的代码占用FLASH大小为：15292字节（14606+670+16），所用的SRAM大小为：3040个字节（16+3024）。这里我们解释一下，编译结果里面的几个数据的意义：

       Code：表示程序所占用FLASH的大小（FLASH）。

       RO-data：即Read Only-data，表示程序定义的常量（FLASH）。

       RW-data：即Read Write-data，表示已被初始化的变量（FLASH+SRAM）。

       ZI-data：即Zero Init-data，表示未被初始化的变量（SRAM）。

       有了这个就可以知道你当前使用的flash和sram大小了，所以，一定要注意的是程序的大小不是.hex文件的大小，而是编译后的Code、RO-data和RW-data之和。

       接下来，大家就可以下载验证了。这里我们使用DAP仿真器下载（也可以通过其他仿真器下载）。

       下载完之后，可以看到LED灯的LED0（红）和LED1（绿）交替闪烁。

       至此，我们的跑马灯实验的学习就结束了，本章介绍了STM32H562的IO口的使用及注意事项，是后面学习的基础，希望大家好好理解。