單片機(jī)的IO引腳就像人的手腳一樣，單片機(jī)通過IO引腳與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。可以輸出電壓信號(hào)來控制外部電路，也可以讀取外部的電壓信號(hào)。我們這一節(jié)主要講解如何控制單片機(jī)的IO引腳輸出高電平和低電平。

使用單片機(jī)的內(nèi)部模塊，一般需要寫五部分代碼：

(1)庫的初始化(如果使用了HAL庫)

(2)系統(tǒng)時(shí)鐘配置代碼

(3)單片機(jī)引腳的配置

(4)外設(shè)的初始化配置

(5)外設(shè)功能實(shí)現(xiàn)代碼

關(guān)于單片機(jī)庫的由來，這個(gè)庫是什么東西呢？其實(shí)庫就是之前別人寫好的代碼，以函數(shù)的形式存在于文件中。比如，黃昏哥之前做過很多項(xiàng)目，其中數(shù)碼管用的比較多。那么，黃昏哥把驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管相關(guān)的代碼單獨(dú)寫在一個(gè)文件里。以后做項(xiàng)目用到數(shù)碼管，那就把那個(gè)文件復(fù)制過去。然后在使用時(shí)，直接調(diào)用相關(guān)的函數(shù)就可以了。

我們都知道單片機(jī)編程，需要和很多寄存器打交道。這些寄存器數(shù)量很多，黃昏哥很難都記住這些寄存器的用法。那怎么辦呢？查手冊(cè)啊，去看看每個(gè)寄存器是干嘛的。但是，黃昏哥每次都去查手冊(cè)太麻煩了。所以，黃昏哥想了下，把單片機(jī)內(nèi)部模塊經(jīng)常使用的功能提前用寄存器寫好。然后，把這些函數(shù)功能記住，以后使用就方便多了。那么，這里就出現(xiàn)了另一個(gè)問題。黃昏哥自己寫的函數(shù)，黃昏哥自己肯定知道這些函數(shù)是干嘛用的。但是，其他人就不一定知道了。所以，使用別人寫的函數(shù)，你首先要通過函數(shù)名來大概猜測(cè)一下函數(shù)的功能。然后就是去看函數(shù)前面的注釋，最后看函數(shù)的內(nèi)部代碼。也就是說，你要熟悉函數(shù)，你才能更好的使用庫。

庫函數(shù)有很多很多，好多初學(xué)者都不知道使用哪一個(gè)庫函數(shù)，也沒法都把所有的庫函數(shù)看一遍。畢竟不現(xiàn)實(shí)，就算是黃昏哥，也沒那個(gè)耐心去把所有的庫函數(shù)看一遍。這里強(qiáng)調(diào)一遍，你用到單片機(jī)哪個(gè)功能，你就去看單片機(jī)的用戶手冊(cè)相對(duì)應(yīng)的那個(gè)部分。

不管是用寄存器編程還是用庫編程你都要去用戶手冊(cè)，你懂了單片機(jī)你才能知道如何編程。為什么這樣說，那是因?yàn)椋还苁菐爝€是寄存器，本質(zhì)上就是配置表。我們知道庫函數(shù)的底層代碼就是寄存器編寫的。寄存器就是相當(dāng)于電腦的配置表，單片機(jī)內(nèi)部模塊是根據(jù)寄存器的內(nèi)容來運(yùn)行的。寄存器就像一個(gè)菜譜一樣，廚師根據(jù)菜譜來做菜。所以，黃昏哥想做酸菜魚，那黃昏哥要去看菜譜，然后才好做酸菜魚。那問題來了，菜譜是誰設(shè)計(jì)的？黃昏哥偷偷告訴你，是單片機(jī)廠家設(shè)計(jì)的。單片機(jī)廠家有一個(gè)菜譜，上面描述了，不同的菜需要配置哪些原材料，需要加什么調(diào)味品等等。單片機(jī)內(nèi)部不同的模塊相當(dāng)于不同的菜類，比如魚類，豬肉類，蔬菜類。同樣的菜類，不同的配料可以做不同的具體的菜。

那么，進(jìn)入到今天的主題。單片機(jī)IO引腳控制這道菜這么做？黃昏哥想控制IO輸出低電平，這個(gè)時(shí)候LED燈就亮了。那么，這個(gè)程序怎么寫呢？

1.黃昏哥先把鍋洗好，做菜前的準(zhǔn)備工作--庫和時(shí)鐘初始化，先讓單片機(jī)滿足正常運(yùn)行的條件。

2.黃昏哥開始點(diǎn)火--IO引腳時(shí)鐘要打開。

3.開始放置各種調(diào)料，以及把魚準(zhǔn)備好--IO配置成輸出模式，速度為低速，推挽模式。

4.把魚和調(diào)料下鍋--具體的功能實(shí)現(xiàn)，輸出低電平。

黃昏哥是怎么知道控制IO需要寫這4個(gè)步驟的呢？通過用戶手冊(cè)知道的唄，所以黃昏哥一直強(qiáng)調(diào)不管你用什么編程你都要看手冊(cè)。你只有熟悉了內(nèi)部功能，你才能知道如何配置內(nèi)部模塊。尤其是在功能函數(shù)編寫這塊，你不熟悉單片機(jī)內(nèi)部功能，你也是無法編程的，你也用不好庫。在實(shí)際工作中，黃昏哥都是庫與寄存器混合編程的。在這里，黃昏哥建議初學(xué)者，在單片機(jī)的早期學(xué)習(xí)中最好用寄存器編程。當(dāng)然了，這里我是指簡(jiǎn)單的內(nèi)部模塊。復(fù)雜的模塊還是用庫編程吧。

其實(shí)吧，庫一開始出現(xiàn)是為了節(jié)省時(shí)間，是給熟悉單片機(jī)的人使用的，并不是為了給初學(xué)者使用。不同的單片機(jī)它們的庫也是不一樣的，比如GD32,LKS32,PIC32,AVR這些單片機(jī)。那么，我們學(xué)單片機(jī)學(xué)的究竟是什么？肯定是學(xué)內(nèi)部模塊的工作原理和使用方法啊，并不是學(xué)庫的使用。單片機(jī)內(nèi)部模塊的原理基本上是一樣的，我們要達(dá)到學(xué)會(huì)一種單片機(jī)就能使用各種單片機(jī)的能力。不管什么單片機(jī)，我們都是根據(jù)那幾個(gè)步驟來編寫程序的。你是標(biāo)準(zhǔn)庫也好，是HAL庫也好，或者其他廠家自己的庫也好，哪怕是沒有庫，我們也能夠根據(jù)那幾個(gè)步驟用寄存器來寫程序。

下面我們來看看點(diǎn)燈程序怎么寫？

LED接的是單片機(jī)的PB15引腳，GPIO_PIN_RESET輸出低電平，GPIO_PIN_SET輸出高電平。我們主要看看MX_GPIO_Init();這個(gè)函數(shù)。

我建議大家使用庫函數(shù)時(shí)，要總結(jié)庫函數(shù)的一些使用規(guī)則。可以看看庫函數(shù)內(nèi)部是怎么寫的，有時(shí)候?yàn)榱颂岣咝剩覀儠?huì)自己重新改寫庫函數(shù)。就像HAL_GPIO_WritePin這個(gè)函數(shù)用起來很不方便。黃昏哥是直接操作寄存器來控制IO輸出電平的，我們先看看庫函數(shù)里關(guān)于IO相關(guān)寄存器的定義，看下圖。

這個(gè)ODR就是輸出寄存器，它的0-15位對(duì)應(yīng)IO的0-15，ODR寄存器寫入0或1就可以控制IO輸出對(duì)應(yīng)的電平。IDR是輸入寄存器，讀取這個(gè)寄存器就可以知道對(duì)應(yīng)IO的電平。下面這幅圖也是在STM32F103xb.h里定義好了，用戶不需要自己定義。

學(xué)過C語言的都知道，結(jié)構(gòu)體的成員在內(nèi)存里都是按照順序連續(xù)依次排列的，而我們IO的寄存器也是連續(xù)依次排列的。因此我們可以把IO相關(guān)的寄存器封裝成結(jié)構(gòu)體的形式，GPIOB_BASE就是B口相關(guān)寄存器的首地址，B口相關(guān)的寄存器就是從這個(gè)地址依次排列的，這里我們定義成結(jié)構(gòu)體指針。比如，輸出寄存器，我們可以這樣訪問。GPIOB->ODR = 0x00;表示PB0到PB15全部輸出低電平。PB15輸出高電平可以這樣寫，GPIOB->ODR |= 1<15，輸出低電平可以這樣寫，GPIOB->ODR &= ~(1<15);有沒有發(fā)現(xiàn)，這樣寫，好像也挺麻煩的。那我們繼續(xù)簡(jiǎn)化。

我們可以定義一個(gè)結(jié)合體類型GPIO_Bit_TypeDef，它的成員變量是位變量，這個(gè)結(jié)構(gòu)體一共有16個(gè)位變量。再用這個(gè)結(jié)構(gòu)體定義一個(gè)指針，這個(gè)指針指向輸出寄存器GPIOB->ODR。我們可以把這些定義寫在頭文件IO.h里，以后直接復(fù)制到項(xiàng)目里面就可以使用了。這個(gè)時(shí)候PB15輸出低電平，可以這樣寫:PORTB_OUT->bit15 = 0。C語言預(yù)處理器有一個(gè)連接符##可以把宏定義里的數(shù)字連接起來:

#define PBout(n) PORTB_OUT->bit##n

當(dāng)我們?cè)诔绦蛑袑慞Bout(15)時(shí)，預(yù)處理器會(huì)直接把PBout(15)用PORTB_OUT->bit15替換，因此，當(dāng)我們PB15想輸出高電平時(shí)，可以直接寫成PBout(15)=1，如果要讓LED閃爍，那就寫成PBout(15) =! PBout(15)就行了。

庫函數(shù)都是別人寫的，有時(shí)候我們自己使用起來不爽的，就可以自己寫一個(gè)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。黃昏哥前面，提到過學(xué)單片機(jī)之前最好先學(xué)一下C語言最好，就是這個(gè)道理，不然，這一節(jié)你不一定看得懂。

我們這一節(jié)主要掌握的知識(shí)點(diǎn)是:C語言中如何定義一個(gè)位結(jié)構(gòu)體，如何把一個(gè)寄存器地址定義成結(jié)構(gòu)體指針。掌握IO如何配置成輸出模式，并實(shí)現(xiàn)IO輸出函數(shù)。下面一節(jié)，將討論如何采用寄存器的方式實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警程序以及LED流水燈程序。