疯壳AI开源无人机GPIO（LED航情灯、信号灯控制）

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一、LED

• • LED简介
    
  
  

LED（Light Emitting Diode）即为发光二极管的缩写。LED是一种在生活中非常常见的照明发光器件。LED的在我们生活中形态种类非常的多，如下图所示。

0 q( L/ O  O/ L( z2 J5 t( I

" {- t. q5 X: W$ Y: U: S

尽管LED在我们生活中形态非常地多，但这所有的LED在电路里均使用如下图所示的符号来表示。

1.2 LED发光原理

LED最重要的一个发光结构就是灯内如绿豆大小般的灯珠。虽然它的体积很小，但它却内有乾坤，如下图所示为LED内部构造。

这个结构极其复杂，一共分为好几层：最上层叫做P型半导体层、中间层为发光层、最下层叫做N型半导体层。

从物理学角度来理解：当电流通过晶片时，N型半导体内的电子与P型半导体内的空穴在发光层剧烈地碰撞复合产生光子，以光子的形式发出能量（即大家看见的光）。

二、GPIO2.1 GPIO简介

GPIO(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，飞控上用的主核心是48脚的STM32F103CBT6，其引脚如下图所示。

STM32F103CBT6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。

STM32F103GPIO工作模式

GPIO的工作模式
输入模式	输出模式	最大输出速度
（1）GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入 （2）GPIO_Mode_IPU 上拉输入 * X3 ~  O4 v( D/ `/ N  I* R0 g（3）GPIO_Mode_IPD 下拉输入 （4）GPIO_Mode_AIN 模拟输入	（1）GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出（带上拉或者下拉）   Y9 v# M; N5 M; a（2）GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出（带上拉或者下拉） （3）GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出（带上拉或者下拉） （4）GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出（带上拉或者下拉）	（1）10MHZ $ Q% @6 P9 \6 R1 F  w（2）2MHZ （3）50MHZ

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。
（1）开漏输出：
& b6 H; p0 U/ s- U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。
（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）。

2.2 GPIO相关寄存器

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)。

• GPIOx_CRL寄存器（x=A~G）
  1 B0 S5 l. R1 H; j/ I( ?

该寄存器用于配置IO0~7的输入输出模式以及速率设置。

• GPIOx_CRH寄存器（x=A~G）
  8 Z( v4 q) F4 {, S

该寄存器用于配置IO8~15的输入输出模式以及速率设置。

（3）GPIOx_IDR寄存器(x=A~G)

IDR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。

（4）GPIOx_ODR寄存器(x=A~G)

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)

BSRR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)

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)

LCKR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。

2.3 GPIO实验

本节实验的内容是周期性点亮无人机的航情灯以及信号灯，其中航情灯在四个螺旋桨底下，而信号灯则在开关两侧。

查看原理图可以得知无人机的航情灯同一接在NPN三极管Q1上，而三极管的基极又接在了单片机的PA8上；两个信号灯分别接在了PC13和PC14上。

编写代码的思路如下表所示

1	管脚配置	1、定义结构体； 2、使能时钟； 3、填充结构体； 4、装载结构体。
2	逻辑处理	周期点亮LED

按照代码思路，编写代码（通过调用官方库） 如下图所示：

完成配置后只需要周期点亮以及关闭LED即可。

其中延时如下图所示。

保存、编译、下载，如下图所示，1为保存，2为编译，3为下载。

下载代码到飞控上，就可以看到飞控的LED指示灯以及四个螺旋桨下面的航情灯周期闪烁的现象了，如下图所示。

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LED是一种在生活中非常常见的照明发光器件