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 نرم‌افزار Keil منتقل کنیم و برنامه‌نویسی برای میکروکنترلر STM32 را در این محیط 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 بعدازاین 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 ابتدای کار یک نکته خیلی مهم را اعلام می‌کنیم:

در ابتدا دکمه F7 یا دکمه Build را می‌زنیم تا برنامه یک‌بار در محیط نرم‌افزار 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 داده‌شده‌اند، مشاهده کنید:

قرار است توابع کتابخانه‌های  stm32f1xx_hal_gpio.c و stm32f1xx_hal.c را در نرم‌افزار Keil موردبررسی 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 برمی‌آید برای برگرداندن تنظیمات یک پین مشخص از یک پورت مشخص به حالت پیش‌فرض است.

در کتابخانه  stm32f1xx_it.c تابع زیر راداریم که در زمان رخ دادن وقفه خارجی به داخل آن می‌رویم.

منظور از آرگومان GPIO_Pin پین از پورت موردنظر است که اینتراپت خارجی روی آن فعال‌شده و از داخل همین تابع هم هست که ابتدا وقفه اینتراپت پاک می‌شود و سپس تابع HAL_GPIO_EXTI_Callback فراخوانی می‌شود به‌عنوان‌مثال به‌عکس‌های زیر توجه کنید:

این تابع هم همان روتین وقفه خارجی است و همان‌طور که پیش‌ازاین 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 قسمت‌های 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 پیکره‌بندی یک پین یا پین‌های خاص از یک پورت مشخص کاربرد دارد پیکره‌بندی  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 پیکره‌بندی پورت‌ها در تابع MX_GPIO_Init داخل main برنامه تولید می‌شود.

توسط این تابع می‌توانیم تنظیمات پیکره‌بندی را روی پین یا پین‌های موردنظر از یک پورت قفل کنیم که دیگر با تغییر مقادیر رجیسترهای پیکره‌بندی تغییری حاصل نشود.

توسط این تابع می‌توانیم اطلاعات ورودی یک پین از پورت مشخص را در حالتی که به‌صورت ورودی پیکره‌بندی شده  به شکل صفر و یا یک بخوانیم.

این تابع همان‌طور که از نامش برمی‌آید وظیفه  بالعکس کردن وضعیت یک یا چند پین از پورت مشخص که به‌صورت خروجی پیکره‌بندی شده‌اند را بر عهده دارد.

این تابع وظیفه تغییر وضعیت یک یا چند پین از پورت مشخص که به‌صورت خروجی پیکره‌بندی شده‌اند 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 برنامه‌نویسی اصولی تا آنجا که می‌توانیم 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 گرفته‌شده، که به دلیل 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 به‌عکس‌های زیر در مورد مشخصات این رجیسترها در رفرنس منوال توجه نمایید:

• رجیستر GPIOx->IDR

این‌یک رجیستر خواندنی 32 بیتی هست که 16 بیت اول آن برای ما قابل‌استفاده است و از طریق این 16 بیت می‌توانیم مقدار لاجیک صفر و یک روی پین‌های پورت موردنظرمان را بخوانیم. توجه داشته باشید اگر پورت موردنظر بجای ورودی به‌صورت خروجی پیکره‌بندی شده باشد در هرلحظه مقدار این رجیستر مساوی مقدار رجیستر GPIOx->ODR خواهد بود. برای فهم بیشتر به‌عکس زیر در مورد مشخصات این رجیستر در رفرنس منوال میکروکنترلر توجه نمایید:

• رجیستر GPIOx->ODR

این‌یک رجیستر خواندنی و نوشتنی 32 بیتی هست که 16 بیت اول آن برای ما قابل‌استفاده است و از طریق این 16 بیت می‌توانیم مقدار لاجیک صفر و یک روی پین‌های پورت موردنظرمان را تنظیم کنیم. دقیقاً مشابه رجیستر PORT در میکرو کنترولر AVR که هرکدام از بیتها را که صفر کنیم پین متناظر آن صفر منطقی می‌شود و هرکدام از بیتها را که یک نماییم پین متناظر آن یک منطقی خواهد شد. برای فهم بیشتر به‌عکس زیر در مورد مشخصات این رجیستر در رفرنس منوال توجه نمایید:

• رجیستر GPIOx->BSRR

این‌یک رجیستر خواندنی و نوشتنی 32 بیتی هست که هر 32 بیت آن برای ما قابل‌استفاده است و از طریق 16 بیت اول می‌توانیم پین یا پین‌های مشخص از پورتمان را یک منطقی و از طریق 16 بیت دوم می‌توانیم پین یا پین‌های مشخص از پورتمان را صفر منطقی کنیم. برای فهم بیشتر مسئله به‌عکس زیر توجه کنید:

کادر قرمزرنگ برای یک کردن پین موردنظر استفاده می‌شود و کادر بنفش‌رنگ برای صفر کردن پین موردنظر استفاده می‌شود. نمونه مثال عملی برای کاربرد این رجیستر را می‌توانیم در متن تابع HAL_GPIO_WritePin هم ببینم برای فهم بیشتر به‌عکس 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 پرارزش‌تر از 16 بیت دوم استفاده می‌کنیم. توجه داشته باشید در اینجا منظور از GPIO_Pin که پین موردنظر را مشخص می‌کند عدد 0 و 1 و 2 و … تا 15 نیست بلکه همان 1 و 2 و 4 و 8 و … تا 32768 است در شکل زیر قضیه قابل‌فهم می‌شود که چطور ماکرو پین‌های مختلف نوشته‌شده‌اند:

• رجیستر GPIOx->BRR

این یک رجیستر خواندنی و نوشتنی 32 بیتی هست که 16 بیت اول آن برای ما قابل‌استفاده است و از طریق این 16 بیت می‌توانیم مقدار لاجیک صفر و یک روی پین‌های پورت موردنظرمان را صفر کنیم. ما اگر هرکدام از بیتها را یک کنیم پین متناظر آن صفر منطقی خواهد شد. برای فهم بیشتر به‌عکس زیر در مورد مشخصات این رجیستر در رفرنس منوال توجه نمایید:

• 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.