【STM32】STM32单片机总目录

1、简述

在“【STM32】入门（二）：跑马灯-GPIO端口输出控制”中，我们是从代码入手，然后分析的手册及原理。本节将会从原理图入手，查询手册，然后分析代码。体验下实际的开发流程。

2、原理图

原理图如下，实际的按键只有KEY0、KEY1、KEY2以及一个复位按键。

2.1 普通按键

实际中没有KEY3，忽略它。这几个普通按键没有去抖电路，因此，需要在代码中用软件去抖。
按键去抖电路（硬件去抖）可以参见下面下复位按键电路。

KEY0、KEY1、KEY2 分别连接在引脚PF6、PF7、PF8上

2.2 复位按键

复位按键并联一个电容，实现了硬件去抖动设计，如下图所示：

复位按键连接在NRST引脚上：

3、数据手册

GPIOF寄存器映射如下：

外部复位引脚NRST为低电平时，产生系统复位。在手册“复位和时钟控制(RCC)”一章可以看到相关说明。

4、代码分析

4.1 源码如下

KEY0：按下时执行动作；
KEY1：按下抬起后执行动作；
KEY2：长按1秒后执行动作。

int main(void)
{ 
	delay_init();     //延时函数初始化
	LED_Init();		  //LED初始化
	KEY_Init();       //按键初始化

	while(1)
	{
		key_scan(0);	
		#a）KEY0：按下时执行动作
		if(keydown_data==KEY0_DATA)
		{
		  	LED0=0;
			LED1=1;
			LED2=1;
		}
		#b）KEY1：按下抬起后执行动作；
		if(keyup_data==KEY1_DATA)
		{
			LED0=1;
			LED1=0;
			LED2=1;
		}

		#c)KEY2：长按1秒后执行动作，由于延时5ms扫描一次按键，所以5ms*200=1S
		if(key_tem==KEY2_DATA && key_time>200) 
		{
			LED0=1;
			LED1=1;
			LED2=0;
		}

    	delay_ms(5);
	}
}
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相关变量、函数定义在另一个文件中key.h中

#define KEY0 		PFin(6)   
#define KEY1 		PFin(7)		
#define KEY2 		PFin(8)		
#define KEY3 	  PFin(9)		


//按键值定义
#define KEY0_DATA	  1
#define KEY1_DATA	  2
#define KEY2_DATA	  3
#define KEY3_DATA   4

//变量声明
extern u8   keydown_data;    //按键按下后就返回的值
extern u8   keyup_data;      //按键抬起返回值
extern u16  key_time;
extern u8   key_tem; 

//函数声明
void KEY_Init(void);	      //IO初始化
void key_scan(u8 mode);  		//按键扫描函数	
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4.2 delay_init

延时函数初始化，在跑马灯程序中也有，但是没有进一步分析。这里详细分析下，延时相关函数。
延时使用Systick定时器也叫滴答定时器,是内核级别的24位倒计数简单定时器,常用做延迟和系统心跳时钟。

定时器的操作步骤：

• 设置 SysTick 定时器的时钟源
• 设置 SysTick 定时器的重装初始值（如果要使用中断的话，就将中断 使能打开）
• 清零 SysTick 定时器当前计数器的值。
• 打开 SysTick 定时器

delay_init初始化主要是设置 SysTick 定时器的时钟源

void delay_init()
{
	#a）设置 SysTick 定时器的时钟源：采用AHB总线时钟的八分频
 	SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);
	#b）计算SYSCLK的8分频时，经过1us的计数次数
	fac_us=SYSCLK/8;	 
	fac_ms=(u16)fac_us*1000; //每个ms需要的systick时钟数   
}

# c）实际配置函数很简单，最终执行：SysTick->CTRL &= SysTick_CLKSource_HCLK_Div8;
void SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource)
{
  if (SysTick_CLKSource == SysTick_CLKSource_HCLK)
  {
    SysTick->CTRL |= SysTick_CLKSource_HCLK;
  }
  else
  {
    SysTick->CTRL &= SysTick_CLKSource_HCLK_Div8;
  }
}
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手册中关于定时器时钟的描述：

4.3 delay_ms

实际延时函数为delay_xms，但是delay_xms最大只能延时798ms；
在超频到248M的时候,delay_xms最大只能延时541ms。
因此在delay_ms中循环调用delay_ms来实现0~65535ms的延时

void delay_ms(u16 nms)
{	 	 
	u8 repeat=nms/540;	//这里用540,是考虑到某些客户可能超频使用,
						          //比如超频到248M的时候,delay_xms最大只能延时541ms左右了
	u16 remain=nms%540;
	while(repeat)
	{
		delay_xms(540);
		repeat--;
	}
	if(remain)delay_xms(remain);
} 
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SysTick->LOAD为24位寄存器,所以,最大延时为: nms<=0xffffff81000/SYSCLK，对168M条件下,nms<=798ms

void delay_xms(u16 nms)
{	 		  	  
	u32 midtime;
	#a）时间加载(SysTick->LOAD为24bit)，设置 SysTick 定时器的重装初始值
	SysTick->LOAD=(u32)nms*fac_ms;
	#b)清零 SysTick 定时器
	SysTick->VAL =0x00;
	#c）打开 SysTick 定时器 
	SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; 
	do
	{
		midtime=SysTick->CTRL;
	}
	#d）等待时间到达
	while((midtime&0x01)&&!(midtime&(1<<16)));
	#e）关闭SysTick 定时器   
	SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;       
	SysTick->VAL =0X00;	  	    
} 
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相关手册：《STM32F3与F4系列Cortex M4内核编程手册》

4.4 KEY_Init

按键初始化和跑马灯中的初始化相似，不同的是将引脚模式设置为输入模式，输入引脚不需要设置推挽、开漏

void KEY_Init(void)
{
  	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

  	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);    //使能GPIOF时钟
 
  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9; //KEY0 KEY1 KEY2 KEY3对应引脚
  	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;             //普通输入模式
  	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;       //100M
  	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;             //上拉
  	GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);                   //初始化GPIOF6,7,8,9
} 
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4.5 按键定义（位带别名）

#define KEY0 		PFin(6)   
#define KEY1 		PFin(7)		
#define KEY2 		PFin(8)		
#define KEY3 	  	PFin(9)	
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PFin的宏定义：#define PFin(n) BIT_ADDR(GPIOF_IDR_Addr,n) //输入
最终使用的宏定义：#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))
在《STM32F3与F4系列Cortex M4内核编程手册》中有关于位带别名计算公式为：

bit_word_addr = bit_band_base + (byte_offset x 32) + (bit_number × 4)
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和BITBAND宏对应，其中

“+0x2000000”为原地址到位带别名地址的偏移
“(addr &0xFFFFF)<<5”为“byte_offset x 32”（2的五次方=32）；
“bitnum<<2”为bit_number × 4（2的二次方=4）
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关于位带别名的详细说明参见下面“5、位带别名”

//IO口操作宏定义
#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2)) 
#define MEM_ADDR(addr)  *((volatile unsigned long  *)(addr)) 
#define BIT_ADDR(addr, bitnum)   MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum)) 
//IO口地址映射
#define GPIOA_ODR_Addr    (GPIOA_BASE+20) //0x40020014
#define GPIOB_ODR_Addr    (GPIOB_BASE+20) //0x40020414 
#define GPIOC_ODR_Addr    (GPIOC_BASE+20) //0x40020814 
#define GPIOD_ODR_Addr    (GPIOD_BASE+20) //0x40020C14 
#define GPIOE_ODR_Addr    (GPIOE_BASE+20) //0x40021014 
#define GPIOF_ODR_Addr    (GPIOF_BASE+20) //0x40021414    
#define GPIOG_ODR_Addr    (GPIOG_BASE+20) //0x40021814   
#define GPIOH_ODR_Addr    (GPIOH_BASE+20) //0x40021C14    
#define GPIOI_ODR_Addr    (GPIOI_BASE+20) //0x40022014     

#define GPIOA_IDR_Addr    (GPIOA_BASE+16) //0x40020010 
#define GPIOB_IDR_Addr    (GPIOB_BASE+16) //0x40020410 
#define GPIOC_IDR_Addr    (GPIOC_BASE+16) //0x40020810 
#define GPIOD_IDR_Addr    (GPIOD_BASE+16) //0x40020C10 
#define GPIOE_IDR_Addr    (GPIOE_BASE+16) //0x40021010 
#define GPIOF_IDR_Addr    (GPIOF_BASE+16) //0x40021410 
#define GPIOG_IDR_Addr    (GPIOG_BASE+16) //0x40021810 
#define GPIOH_IDR_Addr    (GPIOH_BASE+16) //0x40021C10 
#define GPIOI_IDR_Addr    (GPIOI_BASE+16) //0x40022010 
 
//IO口操作,只对单一的IO口!
//确保n的值小于16!
#define PAout(n)   BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PAin(n)    BIT_ADDR(GPIOA_IDR_Addr,n)  //输入 

#define PBout(n)   BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PBin(n)    BIT_ADDR(GPIOB_IDR_Addr,n)  //输入 

#define PCout(n)   BIT_ADDR(GPIOC_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PCin(n)    BIT_ADDR(GPIOC_IDR_Addr,n)  //输入 

#define PDout(n)   BIT_ADDR(GPIOD_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PDin(n)    BIT_ADDR(GPIOD_IDR_Addr,n)  //输入 

#define PEout(n)   BIT_ADDR(GPIOE_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PEin(n)    BIT_ADDR(GPIOE_IDR_Addr,n)  //输入

#define PFout(n)   BIT_ADDR(GPIOF_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PFin(n)    BIT_ADDR(GPIOF_IDR_Addr,n)  //输入

#define PGout(n)   BIT_ADDR(GPIOG_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PGin(n)    BIT_ADDR(GPIOG_IDR_Addr,n)  //输入

#define PHout(n)   BIT_ADDR(GPIOH_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PHin(n)    BIT_ADDR(GPIOH_IDR_Addr,n)  //输入

#define PIout(n)   BIT_ADDR(GPIOI_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PIin(n)    BIT_ADDR(GPIOI_IDR_Addr,n)  //输入
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4.6 key_scan

当 mode 为 0 的时候， key_scan函数将不支持连续按， 扫描某个按键，该按键按下之后必须要松开，才能第二次触发，否则不会再响应这个按键，这样的好处就是可以防止按一次多次触发，而坏处就是在需要长按的时候比较不合适。

当 mode 为 1 的时候， KEY_Scan 函数将支持连续按，如果某个按键一直按下，则会一直返回这个按键的键值，这样可以方便的实现长按检测。 该函数有返回值，如果有按键按下，则返回非 0 值，如果没有或者按键不正确，则返回 0。

void key_scan(u8 mode)
{	 
	#a）为了保证键抬起值只有一次有效，再次进入扫描时，将键抬起清零  
	keyup_data=0;
	#b）有键正按下
	if(KEY0==0||KEY1==0||KEY2==0||KEY3==0){   
		if(KEY0==0)      key_tem=1;
		else if(KEY1==0) key_tem=2;
		else if(KEY2==0) key_tem=3;
		#c）有键按下后第一次扫描不处理，与else配合第二次扫描有效，这样实现了去抖动
		if (key_tem == key_bak){
			#d）有键按下后执行一次扫描函数，该变量加1
			key_time++;
			#e）按键值赋予keydown_data
			keydown_data=key_tem;
			#f）在单按模式下key_time>1时按键值无效；如果mode为1就为连按
			if( (mode==0)&&(key_time>1) )
				keydown_data=0;
		#g）去抖动
       	}else{
		       key_time=0;
		       key_bak=key_tem;
	    }
	#h）键抬起
	}else{
		#i）按键抬起后返回一次按键值
	    if(key_time>2){
	    	#j）键抬起后按键值赋予keydown_data 
			keyup_data=key_tem;   						
	   	}
		
		#k）清零，不然下次执行扫描程序时按键的值跟上次按的值一样，抖动功能将会失效
		key_bak=0;
	    key_time=0;
		keydown_data=0;		
	}    
}
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执行完后，通过变量 keydown_data、keyup_data、key_tem及key_time 来获取按下、抬起、长按的键

5、位带别名

位带区：支持位带操作的地址区；
位带别名：对别名地址的访问最终作用到位带区的访问上（这中途有一个地址映射过程）；

位带别名操作就是：操作位带别名的一个字相当于操作位带区中一位，映射关系如下图：

设置一个位带别名操作，在《STM32F3与F4系列Cortex M4内核编程手册》中有如下说明：
计算公式为：bit_word_addr = bit_band_base + (byte_offset x 32) + (bit_number × 4)
和代码中 BITBAND 宏对应，其中

“+0x2000000”为原地址到位带别名地址的偏移
“(addr &0xFFFFF)<<5”为“byte_offset x 32”（2的五次方=32）；
“bitnum<<2”为bit_number × 4（2的二次方=4）
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支持位带操作的两个内存区的范围是：

0x2000_0000‐0x200F_FFFF（SRAM 区中的最低 1MB）
0x4000_0000‐0x400F_FFFF（片上外设区中的最低 1MB）
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对 SRAM 位带区的某个比特，记它所在字节地址为 A,位序号为 n(0<=n<=7)，则该比特在别名区的地址为：

AliasAddr=0x22000000+((A-0x20000000)*8+n)*4=0x22000000+(A-0x20000000)*32+n*4
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对于片上外设位带区的某个比特，记它所在字节的地址为 A,位序号为 n(0<=n<=7)，则该比特在别名区的地址为：

AliasAddr=0x42000000+((A-0x40000000)*8+n)*4=0x42000000+(A-0x40000000)*32+n*4
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上式中，“*4”表示一个字为 4 个字节，“*8”表示一个字节中有 8 个比特。