# STM32 - GPIO ## GPIO 是什麼東東 Σ(°Д°; GPIO（General-Purpose Input/Output）是「通用輸入/輸出」的縮寫。 這些引腳可以配置為輸入(Input)模式或輸出(Output)模式，用來與其他電子元件或外部設備進行數位訊號的交換。 <details> <Summary>數位訊號</Summary> - 在製作機器人等等機電整合系統時，我們會需要用到各種不同的訊號去跟 感測器(sensor) 或 制動器(actuator) 溝通，數位訊號便是其中一種。 - 數位訊號是離散的，不是 **HIGH(1)** 就是 **LOW(0)**，不會有介於中間的狀況 - **HIGH** **高電位** **1** 通常會接近 5V or 3.3V - **LOW** **低電位** **0** 大約等於 0V </details> ## OUTPUT ### 腳位初始化設定 在Arduino中，我們會需要定義腳位的功能，那在STM32中當然也是需要的啦！ ```cpp ex. pinMode(D5,OUTPUT); ``` 在STM32中，我們會需要到.ioc中完成設定 Project.ioc -> 左鍵點擊要輸出訊號的腳位 -> 選單中點選 GPIO_Output -> ctrl+s 存檔 <details> <summary>找不到腳位嗎？</summary> - 右下方的搜尋欄可以搜尋 腳位＆功能 等資訊！ ![Screenshot from 2024-07-24 14-49-11](https://hackmd.io/_uploads/r1P7Vm0dC.png) </details> ![Screenshot from 2024-07-24 14-47-39](https://hackmd.io/_uploads/ByW2mXCuR.png) <details> <summary> 這個視窗是問你要不要幫你生成剛剛設定的初始化code，選 "yes" 就對了！ ![Screenshot from 2024-07-24 14-57-58](https://hackmd.io/_uploads/BkyxaEAOA.png) </summary> ::: info 勾 "Remember my decision"，下次就不會再跳出來了！ ::: - 下面就是他幫你生成初始化的code啦，就不用像Arduino一樣自己打了(*´∀`)~♥ ![Screenshot from 2024-07-24 16-43-52](https://hackmd.io/_uploads/rkSGJBCd0.png) </details> <details> <summary>開發板上的腳位在哪 (´･_･`)</summary> - 可以到包裝盒裡的紙板找！ - 也可以到 [User Manual](https://www.st.com/resource/en/user_manual/um2505-stm32g4-nucleo64-boards-mb1367-stmicroelectronics.pdf) 上找！ ![Screenshot from 2024-07-25 15-22-29](https://hackmd.io/_uploads/HJAra_JtC.png) </details> ::: success 到這邊腳位的功能設定就完成了 (ﾉ>ω<)ﾉ 接下來看要怎用程式控制他吧 ！ ::: --- ### 控制函式 ::: info 設定完腳位的功能後，我們便可以到程式中告訴他要做什麼啦！ ::: 如果我們想要讓某個腳位 <font color='Violet'>輸出</font> **<font color='LightSalmon'>高電位</font>** or **<font color='LightSkyBlue'>低電位</font>**，可以使用下方函式達成： <!-- Code1 --> - 使腳位輸出 **<font color='LightSalmon'>高電位</font>** or **<font color='LightSkyBlue'>低電位</font>** ```Cpp= HAL_GPIO_WritePin(GPIOx, GPIO_PIN_x, PinState); ``` - <details> <summary>阿阿阿... 這什麼我看不懂</summary> - GPIOx -> "GPIO" + 腳位的 **英文編號** - GPIO_PIN_x -> "GPIO_PIN_" + 腳位的 **數字編號** - PinState -> 高電位：**GPIO_PIN_SET** , 低電位：**GPIO_PIN_RESET** - ex. 控制腳位 P<font color='orange'>A</font><font color='lime'>5</font> 輸出 <font color='LightSalmon'>高電位</font> ```Cpp= HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET); ``` </details> <!-- Code2 --> - 使腳位輸出 ***<font color='Gold'>與上次相反</font>*** 的電位 ```Cpp= HAL_GPIO_TogglePin(GPIOx, GPIO_PIN_x); ``` - <details> <summary>歐？好像有一點點不同！</summary> - GPIOx -> "GPIO" + 腳位的 **英文編號** - GPIO_PIN_x -> "GPIO_PIN_" + 腳位的 **數字編號** - ex. 控制腳位 P<font color='orange'>A</font><font color='lime'>5</font> 從剛剛的 <font color='LightSalmon'>高電位</font> 切換成 <font color='LightSkyBlue'>低電位</font> ```Cpp= HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_5); ``` ::: warning 使用時要特別注意腳位 **原本的狀態** ::: </details> ::: warning 要特別注意的是，這些程式要放在 **MX_GPIO_Init();** 後面 <details> <summary>為什麼呢？</summary> - MX_GPIO_Init() 這個函式就是剛剛 .ioc 檔生成初始化設定程式碼的地方， 跟 Arduino 一樣，要先跟這個腳位說他的工作是什麼才能使喚他 </details> ::: ::: success 利用這些函式便可以控制腳位 <font color='violet'>輸出</font> **<font color='LightSalmon'>高電位</font>** or **<font color='LightSkyBlue'>低電位</font>** 了！ ::: --- ## INPUT ### 腳位初始化設定 Input 和 Output 大同小異，設置基本上差不多！ Project.ioc -> 左鍵點擊要輸出訊號的腳位 -> 選單中點選 GPIO_Input -> ctrl+s 存檔 ![Screenshot from 2024-07-24 19-38-29](https://hackmd.io/_uploads/rkxJ_DR_R.png) --- ### 控制函式 如果我們想要 <font color='violet'>讀取</font> 某個腳位為 **<font color='LightSalmon'>高電位</font>** or **<font color='LightSkyBlue'>低電位</font>**，可以使用下方函式達成： <!-- Code1 --> - 讀取腳位為 **<font color='LightSalmon'>高電位</font>** or **<font color='LightSkyBlue'>低電位</font>** ```Cpp= HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx, GPIO_PIN_x); ``` - <details> <summary>umm... 跟Output滿像的！</summary> - GPIOx -> "GPIO" + 腳位的 **英文編號** - GPIO_PIN_x -> "GPIO_PIN_" + 腳位的 **數字編號** - 函式會 return <font color='LightSalmon'>GPIO_PIN_SET(1)</font> / <font color='LightSkyBlue'>GPIO_PIN_RESET(0)</font> - ex. 讀取腳位 P<font color='orange'>C</font><font color='lime'>13</font> 輸出 <font color='LightSalmon'>高電位</font> ```Cpp= int val = 0; val = HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13); ``` ::: info 可以宣告一個 **整數（int）** 型態的變數去接收回傳的數值！ ::: </details> ::: warning 一樣要放在 **MX_GPIO_Init();** 後面！ ::: ::: info 利用這些函式便可以 <font color='violet'>讀取</font> 腳位為 **<font color='LightSalmon'>高電位</font>** or **<font color='LightSkyBlue'>低電位</font>** 了！ ::: ::: success 耶！ 恭喜你們學完第一課 **GPIO** 了 ( • ̀ω•́ ) ::: --- ## 實做練習 ::: info 忘記 [C語言](https://hackmd.io/@wang-hsiu-cheng/C_Basic_Learn) 怎麼寫了 ٩(ŏ﹏ŏ、)۶ ::: ### Beginner - Nucleo-G431RB 開發板上，內建了一個 User LED，User Manual 告訴我們他連接到了 **PA5** 腳位，請試著讓他 **亮起 3s 再關掉** ![Screenshot from 2024-07-24 21-46-33](https://hackmd.io/_uploads/H1Y8IFRdR.png) --- ### Basic 1. Nucleo-G431RB 開發板上，內建了一個 User LED，User Manual 告訴我們他連接到了 **PA5** 腳位，請試著讓他 **0.7s亮0.3秒暗** (✪ω✪) ![Screenshot from 2024-07-24 21-46-33](https://hackmd.io/_uploads/H1Y8IFRdR.png) ::: info 高電位(HIGH)可以輸出3.3V訊號讓 User LED 亮起！ ::: <details> <summary>要怎麼讓程式停下來(´・ω・`)</summary> - 在 while(1) 中，程式一般是以 幾MHz - 幾十MHz 的頻率在運行（超快！） - 要讓程式停下來我們可以用到下面的函式讓他等一下再繼續進行： ```Cpp HAL_Delay(millisecond); ``` ::: info 函式中輸入的單位為 **毫秒(ms)**！（1s = 1000ms） ::: </details> 2. Nucleo-G431RB 開發板上，還內建了一個 User Button，User Manual 告訴我們他連接到了 **PC13** 腳位，請試著用 **現場表達式** 讀取這個按鈕是否被按下！ ![Screenshot from 2024-07-24 22-08-50](https://hackmd.io/_uploads/rkVQn50d0.png) <details> <summary>LED & 按鈕 在哪 ( ˘•ω•˘ )</summary> - <font color='Orange'>橘色</font>的是 User LED 的位置 - <font color='Red'>紅色</font>的是 User Botton 的位置 - <font color='LightBlue'>藍色</font>的是 Reser Botton 的位置 - Reset Botton 可以讓開發板重置(不是回原廠設定那種重置），讓程式 **重頭開始** 執行 ![Screenshot from 2024-07-24 22-08-31](https://hackmd.io/_uploads/B1EdRcAOA.png) </details> <details> <summary>還記得怎麼 燒錄 ＆ 執行 嗎？</summary> 給我回去看 ***[STM32 - Introduction](/5YNt97VsR0OXsA0gx8pqKg)*** (╯•̀ὤ•́)╯ </details> --- ### Advanced ::: info 剛剛我們把 **Input** ＆ **Output** 分別練習過了，接下來我們把他整合在一起吧！ ::: - 請試著利用 User Button 控制 User LED 開關 ！ - 按兩下 Button -> LED 開，再按兩下關，再按兩下開，一直重複... ::: info 可以先把基礎練習的Code **註解** 掉！ （ " **ctrl + /** " 可以單行註解 ） ::: <details> <summary>小提示</summary> - 可以宣告一個 **整數變數(int)** 計算按下幾次，再用 **if/else** 判斷是否要 開/關 LED - 按鈕按下可能會有訊號抖動，導致按下時可能會在高低電位來回跳動，詳細內容可以搜尋 **按鈕 + Debounce** - 可以用 邏輯判斷 or 延遲 讓程式在短時間只進行一次 - 也可以利用 [外部中斷](https://drive.google.com/file/d/13jhTRWXI9hQvq5Lg1Rcbk4oFhsoLbdIn/view?usp=sharing) 這個功能達成！ </details> --- ### 範例程式 <details> <summary>Beginner</summary> ```Cpp= HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET); HAL_Delay(3000); ``` </details> <details> <summary>Basic - 1</summary> ```Cpp= HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET); HAL_Delay(700); HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET); HAL_Delay(300); ``` </details> <details> <summary>Basic - 2</summary> ```Cpp= int buttonState = 0; buttonState = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_13); ``` </details> <details> <summary>Advanced</summary> ```Cpp= buttonState = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_13); if(buttonState && !once){ push_cnt++; once = 1; } if(!buttonState && once) once = 0; if(push_cnt == 2){ HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_5); push_cnt = 0; } ``` </details> <details> <summary>完整 main.c</summary> ```Cpp= /* USER CODE BEGIN Header */ /** ****************************************************************************** * @file : main.c * @brief : Main program body ****************************************************************************** * @attention * * Copyright (c) 2024 STMicroelectronics. * All rights reserved. * * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file * in the root directory of this software component. * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS. * ****************************************************************************** */ /* USER CODE END Header */ /* Includes ------------------------------------------------------------------*/ #include "main.h" /* Private includes ----------------------------------------------------------*/ /* USER CODE BEGIN Includes */ /* USER CODE END Includes */ /* Private typedef -----------------------------------------------------------*/ /* USER CODE BEGIN PTD */ /* USER CODE END PTD */ /* Private define ------------------------------------------------------------*/ /* USER CODE BEGIN PD */ /* USER CODE END PD */ /* Private macro -------------------------------------------------------------*/ /* USER CODE BEGIN PM */ /* USER CODE END PM */ /* Private variables ---------------------------------------------------------*/ UART_HandleTypeDef hlpuart1; /* USER CODE BEGIN PV */ int buttonState = 0; int push_cnt = 0; int once = 0; /* USER CODE END PV */ /* Private function prototypes -----------------------------------------------*/ void SystemClock_Config(void); static void MX_GPIO_Init(void); static void MX_LPUART1_UART_Init(void); /* USER CODE BEGIN PFP */ /* USER CODE END PFP */ /* Private user code ---------------------------------------------------------*/ /* USER CODE BEGIN 0 */ /* USER CODE END 0 */ /** * @brief The application entry point. * @retval int */ int main(void) { /* USER CODE BEGIN 1 */ /* USER CODE END 1 */ /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/ /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */ HAL_Init(); /* USER CODE BEGIN Init */ /* USER CODE END Init */ /* Configure the system clock */ SystemClock_Config(); /* USER CODE BEGIN SysInit */ /* USER CODE END SysInit */ /* Initialize all configured peripherals */ MX_GPIO_Init(); MX_LPUART1_UART_Init(); /* USER CODE BEGIN 2 */ /* USER CODE END 2 */ /* Infinite loop */ /* USER CODE BEGIN WHILE */ while (1) { /* USER CODE END WHILE */ /* USER CODE BEGIN 3 */ // Beginners // HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET); // HAL_Delay(3000); // Basic - 1 HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET); HAL_Delay(700); HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET); HAL_Delay(300); // Basic - 2 buttonState = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_13); // Advanced // buttonState = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_13); // if(buttonState && !once){ // push_cnt++; // once = 1; // } // if(!buttonState && once) once = 0; // if(push_cnt == 2){ // HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_5); // push_cnt = 0; // } } /* USER CODE END 3 */ } /** * @brief System Clock Configuration * @retval None */ void SystemClock_Config(void) { RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0}; RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0}; /** Configure the main internal regulator output voltage */ HAL_PWREx_ControlVoltageScaling(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1_BOOST); /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters * in the RCC_OscInitTypeDef structure. */ RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI; RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON; RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSI; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = RCC_PLLM_DIV4; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 85; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = RCC_PLLQ_DIV2; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLR = RCC_PLLR_DIV2; if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK) { Error_Handler(); } /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks */ RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2; RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK; RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1; RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1; RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1; if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_4) != HAL_OK) { Error_Handler(); } } /** * @brief LPUART1 Initialization Function * @param None * @retval None */ static void MX_LPUART1_UART_Init(void) { /* USER CODE BEGIN LPUART1_Init 0 */ /* USER CODE END LPUART1_Init 0 */ /* USER CODE BEGIN LPUART1_Init 1 */ /* USER CODE END LPUART1_Init 1 */ hlpuart1.Instance = LPUART1; hlpuart1.Init.BaudRate = 115200; hlpuart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B; hlpuart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1; hlpuart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE; hlpuart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX; hlpuart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE; hlpuart1.Init.OneBitSampling = UART_ONE_BIT_SAMPLE_DISABLE; hlpuart1.Init.ClockPrescaler = UART_PRESCALER_DIV1; hlpuart1.AdvancedInit.AdvFeatureInit = UART_ADVFEATURE_NO_INIT; if (HAL_UART_Init(&hlpuart1) != HAL_OK) { Error_Handler(); } if (HAL_UARTEx_SetTxFifoThreshold(&hlpuart1, UART_TXFIFO_THRESHOLD_1_8) != HAL_OK) { Error_Handler(); } if (HAL_UARTEx_SetRxFifoThreshold(&hlpuart1, UART_RXFIFO_THRESHOLD_1_8) != HAL_OK) { Error_Handler(); } if (HAL_UARTEx_DisableFifoMode(&hlpuart1) != HAL_OK) { Error_Handler(); } /* USER CODE BEGIN LPUART1_Init 2 */ /* USER CODE END LPUART1_Init 2 */ } /** * @brief GPIO Initialization Function * @param None * @retval None */ static void MX_GPIO_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; /* GPIO Ports Clock Enable */ __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE(); __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE(); __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); /*Configure GPIO pin Output Level */ HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET); /*Configure GPIO pin : PC13 */ GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct); /*Configure GPIO pin : PA5 */ GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW; HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); } /* USER CODE BEGIN 4 */ /* USER CODE END 4 */ /** * @brief This function is executed in case of error occurrence. * @retval None */ void Error_Handler(void) { /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */ /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */ __disable_irq(); while (1) { } /* USER CODE END Error_Handler_Debug */ } #ifdef USE_FULL_ASSERT /** * @brief Reports the name of the source file and the source line number * where the assert_param error has occurred. * @param file: pointer to the source file name * @param line: assert_param error line source number * @retval None */ void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line) { /* USER CODE BEGIN 6 */ /* User can add his own implementation to report the file name and line number, ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */ /* USER CODE END 6 */ } #endif /* USE_FULL_ASSERT */ ``` </details>