【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)

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图1
. x$ \# \# {) K7 E
一、GPIO 简介
% P! U  d0 q6 h/ V1 M$ 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。

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图2
STM32F103C8T6 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。
6 y; E7 ?7 t) ]STM32F103GPIO 工作模式
/ s, X8 v; o: C0 q' E: M) F# f

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。
（1）开漏输出：
1 z( v/ X5 ^2 Q  Z) u/ B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。
' W/ R1 f2 |* h& Z- y7 }& Z（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
5 Q; _9 W' t1 y! V6 aSTM32F103 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)。
! I' L% D4 N6 _8 t5 n* c' U2 P（1）GPIOx_CRL 寄存器（x=A~G）
) }2 H4 ^6 ~& I& S
. d1 T8 y+ X& s: l7 ^! ]; v  m
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。
. O) i0 n, E- S) z6 ]4 E（2）GPIOx_CRH 寄存器（x=A~G）

0 U4 m$ M3 k, H' R  J3 m
- C! s. G4 D. g1 ?. e图4
- L) c5 i/ I9 x: |* J0 f! N' v该寄存器用于配置 IO8~15 的输入输出模式以及速率设置。
6 I) |% N" W& Z- w6 X& Y  {& e$ \（3）GPIOx_IDR 寄存器(x=A~G)
0 A$ G) h8 d  _0 h5 O

' V( {3 K% n- V( U5 T" T0 Q图5
  m) h+ d- q4 O: w* ?' z: ?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。
, V3 w3 @; p% e5 H（4）GPIOx_ODR 寄存器(x=A~G)
2 u6 Y0 O' |% c" i! W

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)


0 C4 N9 h2 Q5 F* m" @图7
! V0 y- k) A$ U' z; ?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。
0 v( `& B" v+ t（6）GPIOx_BRR 寄存器(x=A~G)
, F; i& ^* S( \6 c6 C

图8
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)
7 O- i# Z/ K4 `" m' j

图9

2 Q; j' i0 j8 gLCKR 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。
) h% f+ ?- B* I" z+ Z$ p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。
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。


图10
. M: q5 I7 o' i# B查看原理图，可知四个 LED 指示灯分别对应 PA8、PC13、PB4、PB5。
5 M2 j% [: G0 Y& d- \8 C

1 y8 t1 v- e- a1 q4 G图11
编写代码的思路如下表所示：
代码思路
8 ~, ]0 K/ a+ Z) g' ?' \# G
7 N4 [- `9 X+ `: j8 U; f# W
表2
6 w1 r& z' Z, X# V- F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：

8 p( m* E7 d1 h, R" `) x& l
图12
1 I9 ]8 Q3 N, z+ C$ g0 e, e& {! M完成配置后只需要周期点亮以及关闭 LED 即可，如下图所示。

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图13
其中延时函数，如下图所示。
# C3 R1 y1 Z2 }( X# z4 K" x
: T, |) \; k- C3 I: X3 I* u
; [" u; t+ p+ ], |8 z9 I8 G6 n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。

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8 V! y0 @8 s* L1 W0 y& c8 m9 c& n图15
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2022-7-16 11:28 上传

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