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COCOFLY 教程——疯壳无人机·系列·飞控开发基础【1】GPIO
2020-4-7 18:24:46  284 无人机
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本帖最后由 疯壳科技 于 2020-4-7 18:54 编辑

图片1.png

GPIOLED航情灯、信号灯控制)

一、LED1.1 LED简介

LEDLight 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。
WechatIMG135.png
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。
图片8.png
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。
图片9.png
这个结构极其复杂,一共分为好几层:最上层叫做P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单片机,飞控上用的主核心是48脚的STM32F103CBT6,其引脚如下图所示。
图片10.png
STM32F103CBT6GPIO的功能较多,有ABCDGPIO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、I2CSPI 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
1GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入
2GPIO_Mode_IPU 上拉输入
3GPIO_Mode_IPD 下拉输入
4GPIO_Mode_AIN 模拟输入
(1)GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出(带上拉或者下拉)
(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)
110MHZ
22MHZ
350MHZ
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

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每个GPIO端口有两个32位配置寄存器(GPIOx_CRLGPIOx_CRH)两个32位数据寄存器(GPIOx_IDRGPIOx_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)
(1)GPIOx_CRL寄存器(x=A~G
图片11.png
该寄存器用于配置IO0~7的输入输出模式以及速率设置。
(2)GPIOx_CRH寄存器(x=A~G
图片12.png
该寄存器用于配置IO8~15的输入输出模式以及速率设置。
3GPIOx_IDR寄存器(x=A~G)
图片13.png
IDRGPIO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。
4GPIOx_ODR寄存器(x=A~G)
图片26.png
ODRGPIO的输出数据寄存器。通过ODR寄存器可以输出高低电平。
5GPIOx_BSRR寄存器(x=A~G)
图片14.png
BSRRGPIO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。
6GPIOx_BRR寄存器(x=A~G)
图片15.png
BRRGPIO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。
7GPIOx_LCKR寄存器(x=A~G)
图片16.png
LCKRGPIO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PC13PC14上。
图片17.png
图片18.png 图片19.png
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:
图片20.png
图片21.png
完成配置后只需要周期点亮以及关闭LED即可。
图片22.png
其中延时如下图所示。
图片23.png
保存、编译、下载,如下图所示,1为保存,2为编译,3为下载。
图片24.png
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。
图片25.png
0

2.飞控开发基础-【1】GPIO.pdf

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