【单片机/嵌入式】【梁山派】学习日志04：寄存器点灯

一、寄存器点亮LED

1.1配置流程

一般我们使用GPIO的端口，都需要有以下几个步骤。

（1）开启GPIO的端口时钟

（2）配置GPIO的模式

（3）配置GPIO的输出

从LED介绍那一章节我们了解到LED1接的是单片机的PE3，LED2接的是单片机的PD7，LED3接的是单片机的PG3，LED4接的是单片机的PA5。我们要使能LED就需要配置GPIOA端口，GPIOD端口，GPIOE端口和GPIOG端口。下面我们就以LED2接的PD7进行介绍，其它也是类似的。

1.1.1开启GPIO的端口时钟

GD32的所有外设资源时钟默认都是关闭的，在配置外设之前需要先开启对应的时钟。

要使能LED2，就要先开启GPIOD的时钟，从用户手册的第38页我们了解到GPIOD挂载在AHB1总线上，那操作GPIOD的时钟肯定要配置AHB1使能寄存器。

GPIOD 基地址：0x4002 0C00

AHB1-GPIOD地址范围：0x4002 0C00 - 0x4002 0FFF

地址偏移量为0x30，那这个基地址是多少呢？因为AHB1使能寄存器是在RCU外设的地址范围内，所以RCU的外设基地址就是AHB1使能寄存器的基地址，在用户手册的第96页有明确说明，RCU基地址：0x4002 3800。

那我们RCU_AHB1EN寄存器的地址就是基地址加上偏移量，0x4002 3800 + 0x30 = 0x4002 3830。

找到要操作的地址了，那我们怎么去配置这个值呢？我们继续看这个寄存器的说明，在用户手册的第116页有寄存器说明，如下

RCU_AHB1EN寄存器的第3位就是GPIOD端口时钟使能，我们要开启GPIOD端口时钟使能，就需要往RCU_AHB1EN的第3位写1，然后为了保持其他位不变，我们可以使用一个或运算，也就是 RCU_AHB1EN |= 0x00000008；也就是相当于拉高RCU_AHB1EN寄存器的第3位，其他位保持不变。其实也可以写为 RCU_AHB1EN |=(1 << 3)；是一样的效果，这里的3就是寄存器的第3位，如果是4就是寄存器的第4位，依次类推。

1.1.2配置GPIO模式

GPIO的模式配置可分为两步，第一步就是通过控制寄存器（GPIOx_CTL）配置功能，输入功能、输出功能、复用功能还是模拟功能。第二步就是通过GPIO 上/下拉寄存器（GPIOx_PUD）配置GPIO的上下拉模式或者浮空。

配置为输出功能

我们要使能LED，自然是配置GPIO为输出模式，找到控制寄存器（GPIOx_CTL），如下图所示。

可以看到GPIOX_CTL的地址偏移是0x00,我们要使能的是GPIOD的引脚，所以要加上GPIOD的基地址0x4002 0C00，即GPIOD_CTL寄存器的地址为0x4002 0C00 + 0x00。我们接着看这个寄存器的介绍说明，如下图所示。

可以看到每一个引脚都由2位控制，我们要操作的是PD7引脚，也就是pin7，也就是GPIOD_CTL寄存器的第15位和第14位。我们要配置为输出模式，也就是把这两位配置为01，我们用二进制来表示一下，0000 0000 0000 0000 0100 0000 0000 0000 ,转换成十六进制就是0x00004000。所以我们将GPIOD_CTL寄存器里面写入0x00004000，就是把PD7这个引脚配置为了输出模式，为了保持其它位的数据不发生变化，我们先清空这两位，然后再往这两位里面写值。操作为：

GPIOD_CTL &= 0xffff3fff; 这句代码是清空第15位和第14位。

GPIOD_CTL |= 0x00004000; 这句代码就是把第15位和第14位配置为01。

这样操作保证了其它位不发生变化。

其实也可以这样配置

GPIOD_CTL &= ~(0x03 << (2*7));

这句代码就是把GPIOD_CTL寄存器的第15位和第14位清零，

GPIOD_CTL |= (0x01 << (2*7)); //因为一个引脚需要2位，故要修改pin7则用2*7作为左移值的书写方式，更便于直观理解

这句代码就是把第15位和第14位配置为01。这里的7就是pin7，如果是pin6的话就配置为6即可。

配置为浮空模式，无上拉下拉

一般输出模式我们都配置为浮空模式，输入模式我们才需要考虑上拉还是下拉，根据默认电平状态进行判断。

第一步配置好为输出模式之后，我们还需要进行第二步配置，配置PD7为浮空模式，无上拉和下拉。关于端口上下拉寄存器如下图所示。

可以看到端口上下拉寄存器的地址偏移是0x0C,那GPIOD_PUD的地址就是0x4002 0C00 + 0x0C。我们接着往下看这个寄存器的介绍，如图1-2-4所示。

可以看到，每一个引脚都由2位进行控制，和GPIOD_CTL寄存器的配置一样，也是先清空这两位，然后再配置这两位为00。转化为下面这两句代码。

GPIOD_PUD &= ~(0x03 << (2*7));

GPIOD_PUD |= (0x00 << (2*7));

其实我们发现，第二句代码其实不用写，因为第一句就把这两位清零了。

1.1.3配置GPIO的输出

配置GPIO的输出也分为两步：

第一步配置端口输出模式寄存器GPIOx_OMODE；

第二步配置端口速度寄存器GPIOx_OSPD。

配置为推挽输出

当我们配置为输出模式的时候，可以有两种输出模式选择，一种是推挽输出模式，一种是开漏输出模式。

推挽输出：可以输出高低电平，推挽结构一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制，总是在一个三极管导通的时候另一个截止。

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，适合做电流型的驱动，其吸收电流的能力相对强（一般20ma以内）。开漏输出可以很方便的调节输出的电平，因为输出电平完全是由上拉电阻连接的电源电平决定。开漏输出可以实现“线与”功能，就是可以把多个信号线连接在一起，只有当所有信号全部为高电平时，合在一起的总线为高电平，否则就为低电平。

由于开漏需要外接上拉电阻才可以输出高电平，这里并不适合，所以需要设置为推挽输出。

端口输出模式寄存器如下图所示。

可以看到端口输出模式寄存器的地址偏移为0x04，那GPIOD_OMODE寄存器的地址就是0x4002 0C00 + 0x04。我们接着往下看这个寄存器的介绍，如图1-3-2所示。

可以看到每一个引脚由1位进行控制，要配置为推挽输出，只需要往对应的寄存器写0即可。转化为代码为GPIOD_OMODE &= ~(0x01 << 7)；

配置速度

我们配置引脚输出模式之后，我们还要选择这个引脚对应的速度，端口输出速度寄存器如下图所示。

可以看到端口输出速度寄存器的地址偏移是0x08，那么GPIOD_OSPD寄存器的地址就是0x4002 0C00 + 0x08。我们接着往下看这个寄存器的介绍，如下图所示。

可以看出每一个引脚由2位进行控制，要配置为多少等级，只需要往对应的位写入对应的值即可。从官方提供的代码中查找到了速度等级对应的频率关系，如下所示。

/* GPIO output max speed value */
#define GPIO_OSPEED_2MHZ           GPIO_OSPEED_LEVEL0        /*!< output max speed 2MHz */
#define GPIO_OSPEED_25MHZ          GPIO_OSPEED_LEVEL1        /*!< output max speed 25MHz */
#define GPIO_OSPEED_50MHZ          GPIO_OSPEED_LEVEL2        /*!< output max speed 50MHz */
#define GPIO_OSPEED_MAX            GPIO_OSPEED_LEVEL3        /*!< GPIO very high output speed, max speed more than 50MHz */

我们这里选择配置为50MHZ，所以需要配置为等级2，需要往对应的位写入10。转化为代码就是

GPIOD_OSPD &= ~(0x03 << (2 * 7));

GPIOD_OSPD |= (0x02 << (2 * 7));

通过这两句我们就可以把PD7引脚的速度配置为50MHZ。

到此，我们关于GPIO的配置就完成了。

1.2配置GPIO输出高电平

配置好GPIO之后，我们就可以进行点灯了。其实也就是让GPIO引脚输出高低电平，到我们的开发板上就是让PD7输出高电平。

如何让PD7输出高电平呢？通过查阅用户手册7.4章节的GPIO寄存器，这里为大家总结了几种操作的方式。

1.2.1端口输出控制寄存器

可以看到端口输出控制寄存器的地址偏移为0x14，那么对应的GPIOD_OCTL寄存器的地址为0x4002 0C00 + 0x14。

GPIOD_OCTL寄存器的低16位有效，每一个引脚对应一位，往对应的位写0就是输出低电平，写1就输出高电平。

输出低电平转换为代码为GPIOD_OCTL &= ~ (0x01 << 7);

输出高电平转换为代码为GPIOD_OCTL |= (0x01 << 7);

1.2.2端口位操作寄存器

端口输出控制寄存器的地址偏移为0x18，那么对应的GPIOD_BOP寄存器的地址为0x4002 0C00 + 0x18。

GPIOD_BOP寄存器的低16位是置1位，高16位是清0位。对于低16位每一个引脚对应一位，往对应的位写1就是输出高电平，写0电平状态不改变。对于高16位每一个引脚对应一位，往对应的位写1就是输出低电平，写0电平状态不改变。

输出低电平转换为代码为GPIOD_BOP |= (0x01 << (7 + 16));//由于共有16个pin，所以7+16=23

输出高电平转换为代码为GPIOD_BOP |= (0x01 << 7);

1.2.3端口位翻转寄存器

使用端口位翻转寄存器也有类似的功能，从名称就可以知道这个寄存器是把对应的位电平进行翻转，这是一个很不错的操作，使用起来也很方便。但前提是我们要知道当下的引脚电平是一个什么状态，然后我们翻转之后又是一个什么状态。

1.3实验

如果用上面的代码需要注意一下，像RCU_BASE这种宏定义其实在GD32的头文件中已经定义了，可以直接使用原来定义的，这样我们就不用再编写，也可以把我们编写的名称稍微修改一下，比如在它们前面加上一个LED或者BSP等等都可。

1.3.1编写工程

具体操作如下：

首先，需要将LED硬件库添加到我们的模板工程目录，即Template\Hardware\led

在工程中添加.c文件

添加头文件路径

编译一次，可看到bsp_led.c文件包含（找到）了很多头文件

1.3.2编写代码

主函数如下

#include "gd32f4xx.h"
#include "systick.h"
#include <stdio.h>
#include "main.h"
#include "bsp_led.h" //添加小灯头文件
int i;
int main(void)
{
    systick_config();    // 滴答定时器初始化
    led_gpio_config();  // led初始化

    while(1) {
        BSP_GPIOD_OCTL|= (0x01 << 7);     // 端口输出控制寄存器        
        delay_1ms (1000);
        for(i=0;i<5;i++){
            delay_1ms(200);
            BSP_GPIOD_TG  |= (0x01 << 7);        // 端口位翻转寄存器         
        }
        delay_1ms(1000);
        BSP_GPIOD_BOP |= (0x01 << 7);        // 端口位操作寄存器
        delay_1ms(1000);
        BSP_GPIOD_BOP |= (0x01 << (7+16));        // 端口位操作寄存器
        delay_1ms(1000);
    }
}

bsp_led.h如下

#ifndef _BSP_LED_H
#define _BSP_LED_H


#include "gd32f4xx.h"
#include "systick.h"

#define BSP_RCU_BASE         (unsigned int)0x40023800U                   // RCU寄存器的基地址
#define BSP_RCU_AHB1EN     *(unsigned int*)(BSP_RCU_BASE + 0x30U)            // AHB1使能寄存器地址

#define BSP_GPIOD_BASE     (unsigned int)0x40020C00U                                    // GPIOD的基地址
#define BSP_GPIOD_CTL     *(unsigned int*)(BSP_GPIOD_BASE + 0x00U)    // GPIOD控制寄存器的地址
#define BSP_GPIOD_PUD     *(unsigned int*)(BSP_GPIOD_BASE + 0x0CU)    // GPIOD的上下拉寄存器的地址
#define BSP_GPIOD_OMODE *(unsigned int*)(BSP_GPIOD_BASE + 0x04U)    // GPIOD的输出模式寄存器的地址
#define BSP_GPIOD_OSPD     *(unsigned int*)(BSP_GPIOD_BASE + 0x08U)    // GPIOD的速度寄存器的地址
#define BSP_GPIOD_OCTL     *(unsigned int*)(BSP_GPIOD_BASE + 0x14U)    // GPIOD的输出控制寄存器的地址
#define BSP_GPIOD_BOP     *(unsigned int*)(BSP_GPIOD_BASE + 0x18U)    // GPIOD的位操作寄存器的地址
#define BSP_GPIOD_TG     *(unsigned int*)(BSP_GPIOD_BASE + 0x2CU)    // GPIOD的位翻转寄存器的地址

void led_gpio_config(void); // led gpio引脚配置
 
#endif  /* BSP_LED_H */