14、芯片与寄存器的介绍

理解芯片控制的原理

如果要说做单片机很难吗？其实并不难，用3句话就可以讲明白：

第1句话：芯片管脚不是输入，就是输出。

我们所有的程序，用单片机控制的产品，以及外设，无非就是控制芯片的各个管脚输入或者输出两个状态；例如，芯片发送数据就是输出；芯片驱动一个产品，也是输出；芯片接收数据就是输入；单片机对一个存储芯片写输入，可以理解为单片机与存储芯片连接的管脚输出状态，输出数据到存储芯片的管脚上，而存储芯片此时它的芯片对应管脚被配置成输入，将数据写入到芯片内部。

所以说，芯片管脚不是输入，就是输出，当然，如果你不使用这个管脚，也可以将它配置成某一种中间状态，免得干扰了外界，影响了PCB板上的其他元器件状态。

第2句话：芯片管脚不是高电平，就是低电平。

无论管脚是输入还是输出，它的目的是传输数据，传输信息，所以要么是高电平，要么低电平，通过010101这样的数据来传输它想传输的内容；这个就是所谓的二进制。

第3句话：传输协议。

什么是传输协议，比如与串口芯片通信，那么就要是串口协议的；如果是I2C 协议的EERPOM，那么就是I2C协议；还有其他一些比如485协议，CAN协议，USB协议，SD卡的SDIO协议…….等等数不胜数。

而这些协议，无非就是按照预先规定的表达方式进行通信，比如举个例子，我约定先连续发4个1,，然后再发4个0，就表示芯片A要开始发数据给芯片B 了，即芯片A通过它的芯片管脚发‘11110000’给到芯片B的时候，那么芯片B 就知道芯片A要给它真正的数据，它就要做好准备工作，准备好之后，芯片B 就会给芯片A一个回应，当芯片A收到芯片B的回应，就正式开始发数据。

这样通信双方之间的协商规定，就构成了协议，经过这么多年，就形成了我们所常见到的串口协议，CAN协议，USB协议（像USB协议又分为USB1.0协议，USB2.0协议，USB3.0协议，版本越高，速度就越快，协议进行优化后，通信效率也变高了）。

不知道大家理解了没有呢？所以总结下来，一个芯片最简单的外设莫过于

I/O口的高低电平控制，我们这里将详细讲解一下如何用一个I/O口去控制一个LED灯的亮灭。

芯片管脚控制LED灯原理图解释

芯片管脚如何控制一个LED灯，大家看一下下面的原理图，我们想用STM32的管脚PD2去驱动LED1这个LED灯亮，只要使得PD2输出低电平，LED灯就会变亮；如果PD2输出高电平，LED灯就会熄灭。

为什么这么接呢？我重复上面已经说过的内容，首先我们要知道LED 的发光工作条件，不同的LED 其额定电压和额定电流不同，一般而言，红或绿颜色的LED 的工作电压为1.7V~2.4V，蓝或白颜色的LED 工作电压为2.7~4.2V，直径为3mm LED 的工作电流2mA~10mA。在这里采用绿色的LED。其次，STM32 单片机（如本实验板中所使用的STM32F107VCT芯片）的I/O 口作为输出口时，向外输出电流的能力是25mA左右，勉强是可以点亮一个发光二极管，但是如果我们用STM32去点亮很多个LED灯的时候，就有可能造成芯片本身输出电流不足(因为芯片能输出的总电流大小是恒定的)。

而灌电流（要VCC往内输入电流）的方式确非常轻松，利用灌电流的方式驱动发光二极管是比较常见的一种用法，无论接多少LED，芯片管脚的负荷都非常轻。当然，现今的一些增强型单片机，是采用拉电流输出的，只要单片机的输出电流能力足够强即可。另外，图中的电阻为1K 阻值，是为了限制电流，让发光二极管的工作电流限定在2mA~10mA。

芯片管脚控制原理（如何阅读芯片手册）

实际上，点亮这个LED灯，只需要使得我们的STM32芯片的PD2管脚输出低电平就可以了，那么如何控制一个PD2管脚的状态呢？

我们来举个例子，实际上STM32的PD2管脚的状态是由STM32芯片内部的一些寄存器来控制的，通过这些寄存器，可以控制将管脚配置成输出或者输入，

拉高还是拉低。芯片通过获取寄存器不同的值，对应我们的STM32芯片手册寄存器说明书，就可以知道芯片就相当于获得了不同的命令，获取命令后就开始执行命令，大家可以看下图，打开这个文档RM0008手册

，这是一个754页的翻译成

中文版的PDF手册：

翻到第6页，可以看到，我们的STM32神舟IV号适用该手册

器的章节，具体内容大家自己打开文档阅读一下：

我们进入文档，看其中一个寄存器到底写了些什么：

可以看到，从0~31总共有32个位的寄存器，可以去设置；其中0、1和4、5和8、9和12、13位以此类推到28、29每两个位为一个组，每组有4个状态，每个状态都对应不同的模式，比如这2个位都是1则表示‘输出模式，最大速度50MHz’，2个为都是0则表示‘输入模式（复位后的状态）’；

上面CNFy配置端口8种模式也是同样的道理，至于为什么有这八种模式，大家可以去查阅一下手册。

是不是看得有点头晕了，但是没有办法，我们就是通过改变这些寄存器的值来设置芯片管脚的，使得芯片管脚按寄存器手册里的规定来进行相应的工作，可以是输出或输入，可以是高电平或是低电平（这个是另外一个寄存器来控制，大家可以对应看手册里的寄存器说明），从而达到我们控制一个LED灯亮和灭。

那么我们怎么来改变这些寄存器呢？那寄存器的值保存在什么位置呢？答案就是在SRAM里，在内存映射里。从芯片一上电，正常工作开始，所有寄存器

的值都会在实时保存在内存中的一个固定地址，这个固定地址也是芯片厂商一开始就定好了的，不能改变，大家看下图：

比如我们要访问GPIO管脚PD2，那么首先就要找到端口D的位置，即Port D；我们可以从上图找到，Port D的位置在内存中的0x4001 1400这个地址，那么再看一下手册的寄存器描述

看到一个偏移地址没？对，GPIOD_CRL这个寄存器的地址在哪呢？就在Port B 的位置+偏移地址就可以算出它的地址，即：

GPIOB_CRL寄存器地址：0x4001 1400 + 0x00 = 0x4001 1400

我们再看一个地址：

GPIOB_CRL寄存器地址：0x4001 1400 + 0x04 = 0x4001 1404

也就是说，当我们访问0x4001 1404这个地址所指向的内容时，实际上就是在访问GPIOB_CRH这个寄存器了，就这么简单。