В этой статье будет рассмотрено программное управление выводами портов STM32 на примере микроконтроллера STM32F407 в корпусе LQFP144 (такой микроконтроллер установлен на платах Olimex STM32-E407 и STM32-P407 [2]). Непонятные термины и сокращения см. в словарике [3].

[Обзор выводов GPIO]

У микроконтроллера STM32F407 всего имеется семь 16-выводных портов: GPIOA, GPIOB, GPIOC, GPIOD, GPIOE, GPIOF, GPIOG (под GPIOx подразумеваются все эти порты). Они распределены по корпусу кристалла, как показано на рисунке. Также есть еще и порт GPIOH, но у него в корпусе LQFP144 представлены только 2 ножки, и те задействованы под кварцевый резонатор, так что скорее GPIOH использоваться будет очень редко.

Любая ножка порта GPIO может быть настроена в одной из четырех возможных конфигураций:

• Input (вход): Floating (плавающий вход с высоким входным сопротивлением, ничем не нагруженный), Pull-up (с верхним нагрузочным резистором), Pull-down (с нижним нагрузочным резистором).
• Output (выход): Push-Pull двухтактный ключ (Pull-up с верхней нагрузкой, Pull-down с нижней нагрузкой или no Pull просто двухтактный выход), Open Drain открытый сток (Pull-up, Pull-down или no Pull). В режиме выхода может быть запрограммирована скорость работы порта: 2 МГц, 25 МГц, 50 МГц или 100 МГц.
• Alternate Function (альтернативная функция): Push-Pull (Pull-up, Pull-down или no Pull), Open Drain (Pull-up, Pull-down или no Pull).
• Analog (аналоговая линия): этот режим необходим, когда вывод используется как канал ADC (АЦП) или выход DAC (ЦАП).

Во время активного сигнала сброса и сразу после его окончания все альтернативные функции на выводах портов не активны (за исключением выводов, задействованных под JTAG), и все порты оказываются сконфигурированными как плавающие входы с высоким сопротивлением.

Выводы генератора LSE (OSC32_IN и OSC32_OUT) могут использоваться как GPIO (PC14 и PC15 соответственно), если генератор LSE выключен. LSE имеет приоритет перед функцией GPIO.

Выводы генератора HSE (OSC_IN и OSC_OUT) могут использоваться как GPIO (PH0 и PH1), когда генератор HSE выключен (основной кварцевый генератор не используется, что бывает очень редко). HSE имеет приоритет над функцией GPIO.

Чтобы порт начал работать в режиме программного ввода/вывода, нужно 2 вещи: разрешить его тактирование, и настроить параметры порта.

[Настройка тактирования порта]

Чтобы порт GPIOx начал работать, и можно было программно управлять состоянием его ножек, нужно включить тактирование порта. Каждый из портов GPIOx подключен к ядру микроконтроллера через шину AHB1, и для управления включения тактирования в нормальном режиме работы служит регистр RCC_AHB1ENR (описание его бит см. [1]). 

Например, чтобы пользоваться ножкой PA3 как портом ввода/вывода, нужно разрешить тактирование GPIOA, для чего в разряд GPIOAEN надо записать единицу. Для этой цели служат удобные библиотечные функции (в этом примере разрешено тактирование порта GPIOA):

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);

[Управление портом как выходом]

Для того, чтобы можно было начать управлять выводом, переводя его в состояние лог. 0 или лог. 1, порт надо настроить. Пример настройки порта PF6 как выхода:

/* Разрешить тактирование GPIOF */
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);
  
/* Конфигурирование ножки PF6, туда подключен светодиод STAT1
 платы разработчика Olimex STM32-P407 */
GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);

После того, как порт настроен, можно его программно переключать в любое нужное состояние. Для переключения порта служат регистры BSRRL и BSRRH, пример:

   /* Бесконечный цикл мигания светодиодом STAT1 */
   while(1)
   {
      GPIOF->BSRRL = GPIO_Pin_6; //STAT==1, светодиод горит
      Delay(3000000L);
      GPIOF->BSRRH = GPIO_Pin_6; //STAT==0, светодиод погас
      Delay(3000000L);
   }

Для управления ножками можно также применять удобные функции GPIO_SetBits и GPIO_ResetBits.

[Чтение состояния порта как входа]

Получить текущее состояние ножки порта, работающей в режиме входа, можно с помощью функции GPIO_ReadInputDataBit(). Но для начала нужно соответствующие ножки настроить как входы, и разрешить тактирование порта. Вот пример настройки портов для чтения джойстика платы Olimex STM32-P407 [2]:

/* Разрешить тактирование GPIOG, туда подключены контакты джойстика. */
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOG, ENABLE);
  
/* Конфигурирование ножек джойстика платы разработчика Olimex STM32-P407. 
 * PG6 RIGHT
 * PG7 UP
 * PG8 DOWN
 * PG11 LEFT
 * PG15 CENT */
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 | GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_11 | GPIO_Pin_15; 
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz; 
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_DOWN; 
GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);

Как опрашивать состояние порта:

if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOG, GPIO_Pin_15))
{
   //сюда попадаем, если с входа прочитана лог. 1.
   ...
}

[Ссылки]

1. STM32F407, разрешение тактирования периферийных устройств.
2. Olimex STM32-P407.
3. STM32: аббревиатуры и термины.