آموزش GPIO در میکروکنترلر STM32 نحوه استفاده از پایه های ورودی و خروجی

آموزش GPIO در میکروکنترلر STM32 نحوه استفاده از پایه های ورودی و خروجی ، STM32 یکی از محبوب‌ترین خانواده‌های میکروکنترلرها است که توسط شرکت STMicroelectronics تولید می‌شود. این میکروکنترلرها، به دلیل کارایی بالا و مصرف کم توان، در برنامه‌های مختلف مانند سیستم‌های کنترل صنعتی، وسایل الکترونیکی مصرفی و تجهیزات پزشکی استفاده می‌شوند. یکی از بخش‌های مهم این میکروکنترلرها، پایه‌های ورودی و خروجی همه‌منظوره (GPIO) هستند که به کاربر این امکان را می‌دهند تا با دنیای بیرونی ارتباط برقرار کند. در این مقاله، به آموزش پیکربندی و نحوه استفاده از GPIO در STM32 می‌پردازیم.

بخش اول: GPIO چیست؟

GPIO مخفف “General Purpose Input/Output” یا ورودی و خروجی همه‌منظوره است. این پایه‌ها برای ارتباط دیجیتال با دستگاه‌های خارجی مانند کلیدها، LEDها، سنسورها و موتورهای DC به کار می‌روند. هر GPIO می‌تواند به صورت یک ورودی یا خروجی تنظیم شود و کارکرد آن بستگی به تنظیمات کاربر دارد.

هر پایه GPIO می‌تواند یکی از چهار حالت زیر را داشته باشد:

• ورودی دیجیتال (Input)
• خروجی دیجیتال (Output)
• ورودی با مقاومت کششی داخلی (Pull-up/Pull-down)
• خروجی Open-Drain

بخش دوم: پیکربندی GPIO در STM32

برای پیکربندی پایه‌های GPIO در STM32، ابتدا باید پایه‌ها به‌درستی تنظیم شوند. تنظیمات GPIO شامل مشخص کردن وضعیت پایه به عنوان ورودی یا خروجی، فعال کردن یا غیرفعال کردن مقاومت کششی داخلی و تعیین سرعت عملکرد پایه‌ها است.

مراحل پیکربندی GPIO:

1.فعال‌سازی کلاک GPIO: قبل از هر کاری، باید کلاک مربوط به پورت GPIO فعال شود. در STM32، این کار با استفاده از رجیسترهای RCC انجام می‌شود. به عنوان مثال، برای فعال‌سازی پورت A:

RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;

2.تنظیم حالت پایه‌ها: در STM32، حالت هر پایه از طریق رجیسترهای CRL و CRH تنظیم می‌شود. این دو رجیستر به شما امکان می‌دهند تا هر پایه را به عنوان ورودی، خروجی و یا حالت‌های دیگر تنظیم کنید. برای مثال:

GPIOA->CRL = 0x00200000;  // تنظیم PA5 به عنوان خروجی

3.خواندن و نوشتن به GPIO: برای خواندن وضعیت یک پایه ورودی یا نوشتن به یک پایه خروجی، از رجیسترهای IDR (رجیستر داده ورودی) و ODR (رجیستر داده خروجی) استفاده می‌شود. به عنوان مثال:

• خواندن وضعیت یک پایه ورودی:

int pin_status = GPIOA->IDR & GPIO_IDR_IDR0;

• تغییر وضعیت یک پایه خروجی:

GPIOA->ODR |= GPIO_ODR_ODR5;  // روشن کردن LED متصل به PA5

بخش سوم: کنترل ورودی و خروجی در STM32

در این بخش، با نحوه کار با ورودی‌ها و خروجی‌ها در STM32 آشنا می‌شویم.

1. تنظیم GPIO به عنوان ورودی:

برای تنظیم یک پایه به عنوان ورودی، باید بیت‌های مربوط به آن پایه در رجیسترهای CRL یا CRH را به حالت ورودی تنظیم کنید. در صورتی که نیاز به مقاومت داخلی Pull-up یا Pull-down باشد، باید تنظیمات مربوطه نیز اعمال شود. مثال:

GPIOA->CRL = 0x00000008;  // تنظیم PA0 به عنوان ورودی

2. تنظیم GPIO به عنوان خروجی:

برای تنظیم یک پایه به عنوان خروجی، مشابه ورودی عمل می‌کنیم، اما بیت‌های مربوطه باید به حالت خروجی تغییر یابند. همچنین می‌توان سرعت پایه را از طریق بیت‌های مربوطه تنظیم کرد. برای مثال:

GPIOA->CRL = 0x00000002;  // تنظیم PA0 به عنوان خروجی با سرعت پایین

بخش چهارم: تکنیک‌های پیشرفته

1. حالت Open-Drain:

این حالت برای ارتباط با دستگاه‌های دیگری که نیاز به خطوط داده اشتراکی دارند، مانند ارتباط I2C، بسیار مفید است. برای استفاده از Open-Drain:

GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_CNF0_1;  // فعال‌سازی Open-Drain برای PA0

2. تنظیم سرعت پایه:

سرعت پایه‌ها می‌تواند بسته به نیاز برنامه به حالت‌های پایین، متوسط و بالا تنظیم شود. برای مثال:

GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_MODE0_0;  // تنظیم سرعت پایه PA0 به سرعت پایین

3. استفاده از وقفه‌ها (Interrupts):

STM32 از وقفه‌های خارجی برای GPIO پشتیبانی می‌کند. به این صورت که می‌توان از طریق پایه‌های GPIO یک وقفه تولید کرد و عملکرد خاصی را انجام داد. این قابلیت برای کاربردهایی مانند کلیدهای فشار استفاده می‌شود.

نتیجه‌گیری

پایه‌های GPIO یکی از اساسی‌ترین و مهم‌ترین بخش‌های هر میکروکنترلری از جمله STM32 هستند. با استفاده از این پایه‌ها، امکان ارتباط با دنیای بیرونی و کنترل دستگاه‌های مختلف فراهم می‌شود. در این مقاله، با اصول پایه پیکربندی GPIO در STM32 آشنا شدیم و نحوه استفاده و کنترل این پایه‌ها را بررسی کردیم. برای برنامه‌های پیشرفته‌تر، می‌توان از قابلیت‌های بیشتری مانند وقفه‌ها و Open-Drain استفاده کرد.

آموزش GPIO در میکروکنترلر STM32 نحوه استفاده از پایه های ورودی و خروجی

مطلب پیشنهادی

راه‌اندازی و برنامه‌نویسی میکروکنترلر STM32 نصب و راه‌اندازی STM32CubeIDE و نوشتن اولین برنامه