STM32 LibOpenCM3：GPIO 輸入

前言

在上一篇中我們介紹了基本的 STM32 GPIO 輸出，並寫了一個簡單的 LED 閃爍程式，還教了 PIO 的多環境設定。

這一篇要接續介紹 LibOpenCM3 的基本 GPIO 輸入寫法，功能為當按下按鈕時 LED 會亮起。

正文

首先一樣以 Nucleo-F446RE 做示範。

首先建立一個 PIO 的專案，選擇 Framework 為「libopencm3」，並在 src/ 資料夾中新增並開啓 main.c 檔案。

完整程式

一樣先打出完整程式：

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/**
 * @file   main.c
 * @brief  Polling button example for STM32 Nucleo-F446RE.
 */

#include <libopencm3/stm32/rcc.h>
#include <libopencm3/stm32/gpio.h>

/* User LED (LD2) connected to Arduino-D13 pin. */
#define RCC_LED_GPIO (RCC_GPIOA)
#define GPIO_LED_PORT (GPIOA)
#define GPIO_LED_PIN (GPIO5)

/* User button (B1) connected to PC13. */
#define RCC_BUTTON_GPIO (RCC_GPIOC)
#define GPIO_BUTTON_PORT (GPIOC)
#define GPIO_BUTTON_PIN (GPIO13)

int main(void)
{
  /* Enable clock. */
  rcc_periph_clock_enable(RCC_LED_GPIO);
  rcc_periph_clock_enable(RCC_BUTTON_GPIO);

  /*
   * Set LED pin to output push-pull,
   * and set button pin to input floating.
   */
  gpio_mode_setup(GPIO_LED_PORT,
                  GPIO_MODE_OUTPUT,
                  GPIO_PUPD_NONE,
                  GPIO_LED_PIN);
  gpio_set_output_options(GPIO_LED_PORT,
                          GPIO_OTYPE_PP,
                          GPIO_OSPEED_2MHZ,
                          GPIO_LED_PIN);

  gpio_mode_setup(GPIO_BUTTON_PORT,
                  GPIO_MODE_INPUT,
                  GPIO_PUPD_NONE,
                  GPIO_BUTTON_PIN);

  while (1)
  {
    /* Read input value. */
    bool pressed = gpio_get(GPIO_BUTTON_PORT, GPIO_BUTTON_PIN) == 0;

    if (pressed)
    {
      gpio_set(GPIO_LED_PORT, GPIO_LED_PIN); /* LED on. */
    }
    else
    {
      gpio_clear(GPIO_LED_PORT, GPIO_LED_PIN); /* LED off. */
    }
  }

  return 0;
}

分段說明

Include

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#include <libopencm3/stm32/rcc.h>
#include <libopencm3/stm32/gpio.h>

Include 的部分和 GPIO 輸入時一樣，引入 rcc.h 與 gpio.h。

定義腳位

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/* User LED (LD2) connected to Arduino-D13 pin. */
#define RCC_LED_GPIO (RCC_GPIOA)
#define GPIO_LED_PORT (GPIOA)
#define GPIO_LED_PIN (GPIO5)

/* User button (B1) connected to PC13. */
#define RCC_BUTTON_GPIO (RCC_GPIOC)
#define GPIO_BUTTON_PORT (GPIOC)
#define GPIO_BUTTON_PIN (GPIO13)

根據 Datasheet (UM1724)，我們得知按鈕 User Button (B1) 在 PC13 腳。一樣使用
#define 定義好接腳和 RCC，方便使用與修改。而 LED 一樣是 PA5。

主程式

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int main(void)
{
  /* Enable clock. */
  rcc_periph_clock_enable(RCC_LED_GPIO);
  rcc_periph_clock_enable(RCC_BUTTON_GPIO);

  /*
   * Set LED pin to output push-pull,
   * and set button pin to input floating.
   */
  gpio_mode_setup(GPIO_LED_PORT,
                  GPIO_MODE_OUTPUT,
                  GPIO_PUPD_NONE,
                  GPIO_LED_PIN);
  gpio_set_output_options(GPIO_LED_PORT,
                          GPIO_OTYPE_PP,
                          GPIO_OSPEED_2MHZ,
                          GPIO_LED_PIN);

  gpio_mode_setup(GPIO_BUTTON_PORT,
                  GPIO_MODE_INPUT,
                  GPIO_PUPD_NONE,
                  GPIO_BUTTON_PIN);

  while (1)
  {
    /* Read input value. */
    bool pressed = gpio_get(GPIO_BUTTON_PORT, GPIO_BUTTON_PIN) == 0;

    if (pressed)
    {
      gpio_set(GPIO_LED_PORT, GPIO_LED_PIN); /* LED on. */
    }
    else
    {
      gpio_clear(GPIO_LED_PORT, GPIO_LED_PIN); /* LED off. */
    }
  }

  return 0;
}

和 GPIO 輸入的時候一樣，先啓用 RCC，然後再設定 GPIO。

由於 Nucleo MB1136 開發板（參考 UM1724）的 User Button 已經有 4.7kΩ 的上拉電阻（平常是 High，按下時為 Low），因此輸入模式選擇 Floating （不用上/下拉電阻，GPIO_PUPD_NONE）就好了。

我們使用最簡單的輪詢（Polling）方式來取得按鈕的輸入值，再依其值改變 LED 的明滅。使用 gpio_get() 來讀取指定的 GPIO 的值。

多環境程式（F446RE + F103RB）

由於 STM32F1 系列的部分函式不同，因此 F103RB 不能直接使用上面那個程式。

以下列出主要的差異部分。完整的程式請看 GitHub repo。

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int main(void)
{
  /* 省略部分程式 */

  /*
   * Set LED pin to output push-pull,
   * and set button pin to input floating.
   */
#if defined(STM32F1)
  gpio_set_mode(GPIO_LED_PORT,
                GPIO_MODE_OUTPUT_2_MHZ,
                GPIO_CNF_OUTPUT_PUSHPULL,
                GPIO_LED_PIN);

  gpio_set_mode(GPIO_BUTTON_PORT,
                GPIO_MODE_INPUT,
                GPIO_CNF_INPUT_FLOAT,
                GPIO_BUTTON_PIN);
#else
  gpio_mode_setup(GPIO_LED_PORT,
                  GPIO_MODE_OUTPUT,
                  GPIO_PUPD_NONE,
                  GPIO_LED_PIN);
  gpio_set_output_options(GPIO_LED_PORT,
                          GPIO_OTYPE_PP,
                          GPIO_OSPEED_2MHZ,
                          GPIO_LED_PIN);

  gpio_mode_setup(GPIO_BUTTON_PORT,
                  GPIO_MODE_INPUT,
                  GPIO_PUPD_NONE,
                  GPIO_BUTTON_PIN);
#endif

  /* 省略部分程式 */
}

成果

小結

這次介紹了最簡單的 GPIO 輸入寫法。說實話，這種用法比較少會實際應用到，因為大多數情況輪詢是一件很沒效率也不夠聰明的方法。通常要使用按鈕輸入時，我都會優先考慮使用外部中斷（EXTI）的方式達成，因此下一篇要介紹的就是外部中斷。

參考資料

本文的程式也有放在 GitHub 上。
本文同步發表於 iT 邦幫忙-2022 iThome 鐵人賽。

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