“8段数码管显示”工程解析

现象：数码管显示“12345678”。

源代码如下：

int main()
{
    Stm32_Clock_Init( 6 );  //传入一个8位二进制数，是倍频系数，使得PLL倍频。也对时钟进行了使能。
    delay_init( 72 );       //延时初始化，就是对系统滴答定时器的初始化。设置了延时倍乘数。
    LED_Init();             //LED使能和初始化。
    LED_SEL = 0;
    show_w1=1;
    show_w2=2;
    show_w3=3;
    show_w4=4;
    show_w5=5;
    show_w6=6;
    show_w7=7;
    show_w8=8;
    while(1)
    {

        SetLed(0, show_w1%10);
        delay_ms(1);
        SetLed(1, show_w2%10);
        delay_ms(1);
        SetLed(2, show_w3%10);
        delay_ms(1);
        SetLed(3, show_w4%10);
        delay_ms(1);
        SetLed(4, show_w5%10);
        delay_ms(1);
        SetLed(5, show_w6%10);
        delay_ms(1);
        SetLed(6, show_w7%10);
        delay_ms(1);
        SetLed(7, show_w8%10);
        delay_ms(1);
    }
}

此为库函数版。

库函数解析：

Stm32_Clock_Init();

//定义
//时钟初始化
void Stm32_Clock_Init(u8 PLL)//传入一个8位的二进制数
{
    unsigned char temp=0;   
    MYRCC_DeInit();       //复位并配置向量表
    RCC->CR|=0x00010000;  //外部高速时钟使能HSEON
    /*
    HSEON：外部高速时钟使能 (External high-speed clock enable) 
    由软件置’1’或清零。
    */
    while(!(RCC->CR>>17));//等待外部时钟就绪
    RCC->CFGR=0X00000400; //APB1=DIV2;APB2=DIV1;AHB=DIV1;
    PLL-=2;//抵消2个单位
    RCC->CFGR|=PLL<<18;   //设置PLL值 2~16
    RCC->CFGR|=1<<16;     //PLLSRC ON 
    FLASH->ACR|=0x32;     //FLASH 2个延时周期
    //repare

    RCC->CR|=0x01000000;  //PLLON
    while(!(RCC->CR>>25));//等待PLL锁定
    RCC->CFGR|=0x00000002;//PLL作为系统时钟    
    while(temp!=0x02)     //等待PLL作为系统时钟设置成功
    {   
        temp=RCC->CFGR>>2;
        temp&=0x03;
    }    
}

总结：

传入一个8位二进制数，是倍频系数（范围2~16），使得PLL倍频。也对时钟进行了使能和初始化。配置了向量表，复位和配置了相关外设。

传参类型：u8

u8是unsigned char类型，8位二进制。

时钟树

HSE(High Speed External Clock signal)：高速外部时钟信号

HSI(High Speed Internal Clock signal)：高速内部时钟信号

LSE(Low Speed External Clock signal)：低速外部时钟信号

LSI(Low Speed Internal Clock signal)：低速内部时钟信号

USB预分频器：48MHz，连接USB。

APB1（低速）外设：UART2,TIMER2等。

APB2（高速）外设：UART1,SPI1等。

PLL锁相环：

作用：

抬高频率。

输入：

HSE和HSI，通过PLLSRC选择（通过寄存器PLLCFGR的第22位决定：0:HSI;1:HSE）。

输出：

PLLCLK（系统时钟）和PLL48CLK。PLLCLK在多路选择开关处，根据需要传给SYSCLK。

MYRCC_DeInit(void)

//把所有时钟寄存器复位
void MYRCC_DeInit(void)
{                                                               
    RCC->APB1RSTR = 0x00000000;//复位结束             
    RCC->APB2RSTR = 0x00000000; 

    RCC->AHBENR = 0x00000014;  //睡眠模式闪存和SRAM时钟使能.其他关闭.      
    RCC->APB2ENR = 0x00000000; //外设时钟关闭.               
    RCC->APB1ENR = 0x00000000;   
    RCC->CR |= 0x00000001;     //使能内部高速时钟HSION                                                                 
    RCC->CFGR &= 0xF8FF0000;   //复位SW[1:0],HPRE[3:0],PPRE1[2:0],PPRE2[2:0],ADCPRE[1:0],MCO[2:0]                     
    RCC->CR &= 0xFEF6FFFF;     //复位HSEON,CSSON,PLLON
    RCC->CR &= 0xFFFBFFFF;     //复位HSEBYP          
    RCC->CFGR &= 0xFF80FFFF;   //复位PLLSRC, PLLXTPRE, PLLMUL[3:0] and USBPRE 
    RCC->CIR = 0x00000000;     //关闭所有中断
    //配置向量表    

    #ifdef  VECT_TAB_RAM
    MY_NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_RAM, 0x0);
    #else   
    MY_NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, 0x0);
    #endif
    //配置中断向量表基址和偏移量
}

实际上是设置了向量表的复位，外设的复位，关闭所有中断。。

RCC结构体

/*------------- Reset and Clock Control --------------*/
typedef struct
{
  vu32 CR;        //时钟控制寄存器
  vu32 CFGR;    //时钟配置寄存器
  vu32 CIR;        //时钟中断寄存器
  vu32 APB2RSTR;//APB2 外设复位寄存器
  vu32 APB1RSTR;//APB1 外设复位寄存器
  vu32 AHBENR;    //AHB外设时钟使能寄存器
  vu32 APB2ENR;    //APB2 外设时钟使能寄存器
  vu32 APB1ENR;    //APB1 外设时钟使能寄存器
  vu32 BDCR;    //备份域控制寄存器
  vu32 CSR;        //控制/状态寄存器
} RCC_TypeDef;

向量表的定义。

vu32（无符号长整型）

typedef volatile unsigned long  vu32;

注意到RCC结构体中寄存器的格式是 vu32 。vu32 即 volatile unsigned long

volatile即“易变的”。

C++会对代码进行优化，内部不影响IO的代码并不会被编译。

如

int main() {
    int i = 0;
    i++;
    cout << "hello world" << endl;
}

按照代码，这个程序会在内存中预留int大小的空间，初始化这段内存为0，然后这段内存中的数据加1，最后输出“hello world”到标准输出中。

但是根据这段代码编译出来的程序（加-O2选项），不会预留int大小的内存空间，更不会对内存中的数字加1。他只会输出“hello world”到标准输出中。

编译器为了优化代码，修改了程序的逻辑。实际上C++标准是允许写出来的代码和实际生成的程序不一致的。

虽说优化代码是件好事情，但是也不能让编译器任意修改程序逻辑，不然的话我们没办法写可靠的程序了。所以C++对这种逻辑的改写是有限制的，这个限制就是在编译器修改逻辑后，程序对外界的IO依旧是不变的。

怎么理解呢？实际上我们可以把我们写出来的程序看做是一个黑匣子，如果按照相同的顺序输入相同的输入，他就每次都会以同样的顺序给出同样的输出。这里的输入输出包括了标准输入输出、文件系统、网络IO、甚至一些system call等等，所有程序外部的事物都包含在内。

所以对于程序使用者来说，只要两个黑匣子的输入输出是完全一致的，那么这两个黑匣子是一致的，所以编译器可以在这个限制下任意改写程序的逻辑。这个规则又叫as-if原则。

volatile关键字的作用

volatile让该变量的地位相当于输入输出，不能改变顺序，不能忽略。所以类似取消优化。

RCC->CR|=0x00010000;

第16位：外部高速时钟使能HSEON

HSEON：外部高速时钟使能 (External high-speed clock enable)

由软件置’1’或清零。

while(!(RCC->CR>>17));

RCC_CR中第17位是HSERDY,即外部时钟就绪位，当外部时钟就绪时，HSERDY位就等于1了，RCC-CR>>17语句将第17位移到第0位，于是RCC-CR就等于0x00000001了，（！（RCC-CR>>17））值即为0了，while（！（RCC-CR>>17））就执行完了。

RCC->CFGR=0X00000400;

CFGR的第10位设为1。

PPRE1[2:0]：低速APB预分频(APB1) (APB low-speed prescaler (APB1))

由软件置’1’或清’0’来控制低速APB1时钟(PCLK1)的预分频系数。

警告：软件必须保证APB1时钟频率不超过36MHz。

0xx：HCLK不分频

100：HCLK 2分频

101：HCLK 4分频

110：HCLK 8分频

111：HCLK 16分频

此处是置为100，即HCLK2分频。

PLL-=2; RCC->CFGR|=PLL<<18;

此两步是设置了倍频系数，倍频系数设置如下图

RCC->CFGR|=1<<16;

设置了CFGR第16位。

PLLSRC：PLL输入时钟源 (PLL entry clock source)

由软件置’1’或清’0’来选择PLL输入时钟源。

只能在关闭PLL时才能写入此位。

0：HSI振荡器时钟经2分频后作为PLL输入时钟

1：HSE时钟作为PLL输入时钟。

RCC->CR|=0x01000000;

第24位置1，作用是PLL使能。

PLLON：PLL使能 (PLL enable)

由软件置’1’或清零。

当进入待机和停止模式时，该位由硬件清零。

当PLL时钟被用作或被选择将要作为系统时钟时，该位不能被清零。

0：PLL关闭；

1：PLL使能。

while(!(RCC->CR>>25));

等待PLL时钟锁定。

PLLRDY：PLL时钟就绪标志 (PLL clock ready flag)

PLL锁定后由硬件置’1’。

0：PLL未锁定；

1：PLL锁定。

RCC->CFGR|=0x00000002;

PLL输出作为系统时钟；

SW[1:0]：系统时钟切换 (System clock switch)

由软件置’1’或清’0’来选择系统时钟源。

在从停止或待机模式中返回时或直接或间接作为系统时钟的HSE出现故障时，由硬件强制选择 HSI作为系统时钟(如果时钟安全系统已经启动)

00：HSI作为系统时钟；

01：HSE作为系统时钟；

10：PLL输出作为系统时钟；

11：不可用

delay_init();

延时初始化，就是对系统滴答定时器的初始化。设置了延时倍乘数。

传参：8位二进制数。

推挽输出

推挽输出既可以输出低电平，也可以输出高电平，可以直接驱动功耗不大的数字器件。可以理解成，输出0,1。

CPU 写 1，外部引脚输出高电平。

CPU 写 0，外部引脚输出低电平。

开漏输出

CPU 写 0，外部引脚接地。

CPU 写 1，外部引脚悬空。

LED_Init()

LED初始化。

LED_SEL = 0;

总结：

操作用 GPIOB_ODR_Addr 和 n 初始化的地址的内存空间。n = 3 。赋值为0

BITBAND(addr, bitnum)

#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF000 0000)+0x200 0000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))

将 addr 高四位（28~31）设为1。第25位+1。
只保留addr的低20位（0-19），左移5位（5-24）。加上bitnum左移2位的数值。

两步相加。为BITBAND(addr, bitnum)。是一个初始化的地址。

MEM_ADDR(addr)

#define MEM_ADDR(addr)  *((volatile unsigned long  *)(addr))

MEM_ADDR(addr)表示addr地址处的值。

BIT_ADDR(addr, bitnum)

#define BIT_ADDR(addr, bitnum)   MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum))

BIT_ADDR(addr, bitnum) 表示用addr和bitnum初始化的地址的值。

PBout(n)

#define PBout(n)   BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n)

表示用 GPIOB_ODR_Addr 和 n 初始化的地址的值。或者说取地址处的内存空间进行操作。

GPIOB_ODR_Addr是 (GPIOB_BASE+12) 即 0x40010C0C 。n仍然是一个“偏移量”，实际上是寄存器内的“地址”。

什么是偏移量？

例如GPIOA_BASE = (APB2PERIPH_BASE + 0x0800) 。而 GPIOA 又包含几个寄存器。

所以每个寄存器都有一定偏移量。相当于寄存器在这个 GPIO 中的位置。

LED_SEL

#define LED_SEL PBout(3)

即 n = 3 ；

show_w

定义：无符号字符类型，8位二进制。

void SetLed(u8 w, u8 value)

void SetLed(u8 w, u8 value)
{
    SEL0 = w%2;             //取w第0位
    SEL1 = w/2%2;           //取w第1位
    SEL2 = w/4;             //取w第2位
    LedValue(segTable[value]);
}

#define SEL0 PBout(0)
#define SEL1 PBout(1)
#define SEL2 PBout(2)

/***************************数码管段选***************************/
u8 segTable[] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};

void LedValue(u8 value)
{
    GPIOE->ODR &= ~(0xff<<8);       //清除数据，只保留低8位
    GPIOE->ODR |= value<<8;         //设置8~15位
}

SetLed 函数传入两个参数，第一个是位选，第二个是段选。

void delay_ms(u16 nms)

void delay_ms(u16 nms)
{                  
    u32 temp;          
    SysTick->LOAD=(u32)nms*fac_ms;//时间加载(SysTick->LOAD为24bit)
    SysTick->VAL =0x00;           //清空计数器
    SysTick->CTRL=0x01 ;          //开始倒数  
    do
    {
        temp=SysTick->CTRL;
    }
    while(temp&0x01&&!(temp&(1<<16)));//等待时间到达   
    SysTick->CTRL=0x00;       //关闭计数器
    SysTick->VAL =0X00;       //清空计数器           
}

延时函数，以ms为单位。

八段数码管显示解析