آموزش میکروکنترلر STM32 قسمت دوم: نرم‌افزار Keil

سلام دوستان! در قسمت قبل ، تنظیمات GPIO را برای میکروکنترلر STM32 در محیط نرم‌افزار CubeMX انجام دادیم. در این قسمت از آموزش قصد داریم تا این تنظیمات را به محیط نرم‌افزاری Keil منتقل کنیم و برنامه‌نویسی برای میکروکنترلر STM32 را در این محیط را آغاز کنیم. پس با سیسوگ همراه باشید.  

باز کردن پروژه در نرم‌افزار Keil

پروژه ذخیره‌شده‌ی خود را باز می‌کنیم و از منو project گزینه setting را انتخاب می‌کنیم تا صفحه‌ای مطابق عکس زیر باز شود:   همان‌طور که در عکس بالا مشاهده می‌کنید، باید نام پروژه و محل ذخیره آن و همچنین نام کامپایلر موردنظرمان (keil) را انتخاب کنیم و سپس دکمه OK را بزنیم و بعد از این عمل از همان منو Project گزینه generate code را بزنیم تا کدهای مربوط میکروکنترلر تولید شود و سپس دیالوگ مشابه عکس دوم برای ما ظاهر شود:     حالا باید دکمه open project را بزنیم تا برنامه ما در محیط نرم‌افزار keil مطابق عکس زیر باز شود:     همین ابتدا کار یک نکته خیلی مهم را اعلام می‌کنیم:   در ابتدا دکمه F7 یا دکمه Build را می‌زنیم تا برنامه یک‌بار در محیط Keil کامپایل شود. پس از اتمام کامپایل برنامه، اگر به سمت چپ برنامه Keil توجه کنید، در کادر Project و در شاخه Drivers می‌توانید کتابخانه‌های HAL را که برای راه‌اندازی ادوات مختلف این میکروکنترلر قرار داده شده‌اند، مشاهده کنید:   قرار است توابع کتابخانه های  stm32f1xx_hal_gpio.c و stm32f1xx_hal.c  را مورد بررسی قرار دهیم و از آنها استفاده کنیم. همانطور که در عکس زیر مشاهده می‌کنید اگر در پایین همین کادر روی تب Functions کلیک کنید می‌توانید توابع بکار رفته در هر فایل را ببینید.  

توابع موجود در کتابخانه HAL میکروکنترلر STM32 :

با توضیح کتابخانه stm32f1xx_hal_gpio.c آغاز می‌کنیم: این تابع همانطور که از نامش بر می‌آید برای برگرداندن تنظیمات یک پین مشخص از یک پورت مشخص به حالت پیشفرض است.   در کتابخانه  stm32f1xx_it.c تابع زیر را داریم که در زمان رخ دادن وقفه خارجی به داخل آن می‌رویم. منظور از آرگومان GPIO_Pin پین از پورت مورد نظر است که اینتراپت خارجی روی آن فعال شده و از داخل همین تابع هم هست که ابتدا وقفه اینتراپت پاک می‌شود و سپس تابع HAL_GPIO_EXTI_Callback فراخوانی می‌شود به عنوان مثال به عکسهای زیر توجه کنید:       این تابع هم همان روتین وقفه خارجی است و همانطور که پیش از این گفته شد از داخل تابع HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler فراخوانی می‌شود که با توجه به اینکه کلمه  “weak __”   در ابتدا آن بکار رفته به این معنی است که شما میتوانید همین تابع را به فایل main خودتان انتقال دهید و در آنجا کدهای خودتان را داخل آن جاسازی کنید.  توضیحات بیشتر در مورد وقفه خارجی را موکول می‌کنیم به بخش آموزش کار با وقفه خارجی که در قسمت های بعدی بیان خواهم کرد فقط توجه داشته باشید که همین قضیه کلمه  “weak __”   را در مورد وقفه‌های ادوات دیگر میکروکنترلر مثل رابط‌های سریال و تایمرها و غیره نیز داریم.   این تابع هم برای پیکره بندی یک پین یا پین های خاص از یک پورت مشخص کاربرد دارد پیکره بندی  اعم از ورودی و یا خروجی بودن پورت ،پوش پول یا کلکتورباز بودن آن ، حداکثر سرعت پورت،اینکه ورودی آنالوگ یا غیره باشد است. البته توجه داشته باشد کدهای مربوط به پیکره بندی پورت ها در تابع MX_GPIO_Init داخل main برنامه تولید می‌شود.   توسط این تابع میتوانیم تنظیمات پیکره بندی را روی پین یا پینهای مورد نظر از یک پورت قفل کنیم که دیگر با تغییر مقادیر رجیسترهای پیکره بندی تغییری حاصل نشود.   توسط این تابع می‌توانیم اطلاعات ورودی یک پین از پورت مشخص را در حالتی که بصورت ورودی پیکره بندی شده  به شکل صفر و یا یک بخوانیم.   این تابع همانطور که از نامش بر می آید وظیفه  بالعکس کردن وضعیت یک یا چند پین از پورت مشخص که بصورت خروجی پیکره بندی شده اند را بر عهده دارد.   این تابع وظیفه تغییر وضعیت یک یا چند پین از پورت مشخص که بصورت خروجی پیکره بندی شده اند به صفر یا یک را بر عهده دارد.   تا اینجا با توابع کتابخانه gpio آشنایی مختصری پیدا کردیم ولیکن قرار بر این شد که برای برنامه نویسی اصولی تا آنجا که می‌توایم کمتر از توابع کتابخانه hal استفاده کنیم از اینرو در ادامه به بررسی رجیسترهای رابط gpio می‌پردازیم .  

رجیسترهای رابط GPIO میکروکنترلر STM32:

• رجیسترهای GPIOx->CRH و GPIOx->CRL

دو رجیستر 32 بیتی خواندنی و نوشتنی به همین نامها برای هر پورت میکروکنترلر در نظر گرفته شده، که بدلیل اینکه هر پورت در میکروکنترلر STM32 حداکثر 16 بیتی است برای هر پین از پورت، 4 بیت تنظیمات خواهیم داشت که توسط رجیسترهای GPIOx->CRH و GPIOx->CRL  اعمال می‌گردد. در اسامی رجیسترها منظور از x همان نام پورت خاص است که از A شروع می‌شود تا B   و C  و … برای فهم بیشتر به عکسهای زیر در مورد مشخصات این رجیسترها در رفرنس منوال توجه نمائید:      

• رجیستر GPIOx->IDR

این یک رجیستر خواندنی 32 بیتی هست که 16 بیت اول آن برای ما قابل استفاده است و از طریق این 16 بیت می‌توانیم مقدار لاجیک صفر و یک روی پین های پورت مورد نظرمان را بخوانیم. توجه داشته باشید اگر پورت مورد نظر بجای ورودی بصورت خروجی پیکره بندی شده باشد در هر لحظه مقدار این رجیستر مساوی مقدار رجیستر GPIOx->ODR خواهد بود. برای فهم بیشتر به عکس زیر در مورد مشخصات این رجیستر در رفرنس منوال میکروکنترلر توجه نمائید:    

• رجیستر GPIOx->ODR

این یک رجیستر خواندنی و نوشتنی 32 بیتی هست که 16 بیت اول آن برای ما قابل استفاده است و از طریق این 16 بیت میتوانیم مقدار لاجیک صفر و یک روی پین های پورت مورد نظرمان را تنظیم کنیم. دقیقاً مشابه رجیستر PORT در میکرو کنترولر AVR که هر کدام از بیتها را که صفر کنیم پین متناظر آن صفر منطقی میشود و هر کدام از بیتها را که یک نمائیم پین متناظر آن یک منطقی خواهد شد. برای فهم بیشتر به عکس زیر در مورد مشخصات این رجیستر در رفرنس منوال توجه نمائید:    

• رجیستر GPIOx->BSRR

این یک رجیستر خواندنی و نوشتنی 32 بیتی هست که هر 32 بیت آن برای ما قابل استفاده است و از طریق 16 بیت اول می‌توانیم پین یا پین های مشخص از پورتمان را یک منطقی و از طریق 16 بیت دوم می‌توانیم پین یا پین های مشخص از پورتمان را صفر منطقی کنیم. برای فهم بیشتر مسئله به عکس زیر توجه کنید:     کادر قرمز رنگ برای یک کردن پین مورد نظر استفاده می شود و کادر بنفش رنگ برای صفر کردن پین مورد نظر استفاده می‌شود. نمونه مثال عملی برای کاربرد این رجیستر را میتوانیم در متن تابع HAL_GPIO_WritePin هم ببنیم برای فهم بیشتر به عکس زیر توجه کنید:     کاربرد این رجیستر خیلی ساده و جالب است در عکس بالا اگر توجه کنید از همان 16 بیت اول برای یک کردن استفاده کرده ولی برای صفر کردن با 16 بیت شیفت دادن به سمت چپ و بیتهای پر ارزشتر از 16 بیت دوم استفاده می‌کنیم .توجه داشته باشید در اینجا منظور از GPIO_Pin که پین مورد نظر را مشخص می‌کند عدد 0 و 1 و 2و … تا 15 نیست بلکه همان 1 و 2 و 4 و 8 و … تا 32768 است در شکل زیر قضیه قابل فهم می‌شود که چطور ماکرو پین های مختلف نوشته شده‌اند:    

• رجیستر GPIOx->BRR

این یک رجیستر خواندنی و نوشتنی 32 بیتی هست که 16 بیت اول آن برای ما قابل استفاده است و از طریق این 16 بیت میتوانیم مقدار لاجیک صفر و یک روی پین های پورت مورد نظرمان را صفر کنیم. ما اگر هر کدام از بیتها را که یک نمائیم پین متناظر آن صفر منطقی خواهد شد. برای فهم بیشتر به عکس زیر در مورد مشخصات این رجیستر در رفرنس منوال توجه نمائید:      

• رجیستر GPIOx->LCKR

این یک رجیستر خواندنی و نوشتنی 32 بیتی است که 17 بیت اول آن برای ما قابل استفاده است و از طریق 16 بیت اول با یک کردن هر کدام از بیت های مورد نظر، می‌توانیم پیکره بندی پین های متناظر رجیستر شده را قفل کنیم. بعد از این عمل تا زمانی که بیت مورد نظر با آن پین را در رجیستر GPIOx->LCKR  صفر نکنیم، نمی‌توانیم پیکره بندی آن پین ها را عوض کنیم.  بیت هفدهم  برای این است که محتویات 16 بیت اول تا زمان ریست شدن میکروکنترلر STM32 قفل شود. برای فهم بیشتر به عکسهای زیر در مورد مشخصات این رجیستر در رفرنس منوال توجه نمائید:         در قسمت بعدی آموزش میکروکنترلر STM32 قصد داریم به صورت عملی با رجیسترهای STM32 کار کنیم. پس سیسوگ را همراهی کنید.