[stm32] GPIO 실습

1. 💡 실습 목표

1. 버튼을 누를 시 LD1 -> LD2 -> LD3 순으로 LED 점멸을 ON / OFF 시킨다. 
2. HAL_Delay 사용 없이 LED가 깜빡거리게 설정한다.
3. 실습한 내용을 바탕으로 구조체, 포인터, 함수를 활용해 코드를 작성한다.

 

2. 💡 주요 함수

드라이버 파일명 : stm32f4xx_hal.gpio.c 

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
//외부 인터럽트 콜백 함수로써 버튼을 눌렀을 때 와 같은 외부 인터럽트 동작이 발생했을 때 해당 함수가 실행된다.

void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)
// 출력 모드(Output)로 설정된 특정 GPIO Pin에 어떤 값을 출력할 것인지 설정하는 함수이다. 
// (LED의 경우 1(High)을 전달하면 점등, 0(Low)을 전달하면 꺼진다.

void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
// 출력 모드(Output)일 때 해당 핀에 전달되고 있는 신호를 1(High)일 때 0(Low)로 반대로 0(Low)일 때 1(High)로
// 반전 시켜준다.

 

3. 💡 GPIO 세팅

GPIO Setting

STM32-429zi의 경우 Green, Blue, Red 3가지 LED가 있으며 GPIO의 초기 설정값은 위 그림과 같다.

3.1. Pin Name

Port는 핀을 그룹화한 개념이며(e.g. PA, PB) Pin Name은 특정 포트에 속해있는 Pin을 의미한다. (e.g. PA0, PA1)

아래 그림에서 MCU -> LED로 On/Off 신호(데이터)를 전달하므로 Output으로 설정한다.  

3.2. GPIO Output Level 

GPIO Output Level은 시스템을 세팅 후 GPIO 핀의  초기 출력 상태를 지정할 수 있는 속성이다.
Low - 0V(GND), High - 3.3V(VCC) 2가지로 설정할 수 있다.
(※ 초기 출력 상태를 꼭 High로 주지 않아도 MCU에서 문제없이 바로 원할 때 전력을 공급해 On/Off 할 수 있기 때문에
     초기 설정을 Low로 설정해도 되는 것 같다.)  

 

3.3. GPIO mode 

GPIO는 Input, Output, Alternate Function, Analog, External Interrupt, External Event가 있으며 

인터럽트의 경우에는 Rising Edge, Falling Edge로 세부 설정이 가능하며

출력의 경우에는 Push Pull 과 Open Drain 모드로 세부 설정이 가능하다.

이전 이론 정리 글에서 자세히 다루었지만 Push Pull, Open Drain은 간단히 말하면 아래와 같다.

 

1. Push Pull

- High를 주면 5V가 나오고, Low를 주면 0V가 출력된다.

- 일반적으로 우리가 생각하는 입출력의 경우에 사용한다.

2. Open Drain

-  High를 주면 0V가 출력된다. 

-  MCU에서는 5V를 주는데 연결되는 전자 장치가 3.3V를 받아야 할 때 해당 모드를 통해
   5V가 들어가지 않게 하고 따로 저항을 통해 3.3V가 들어가게 할 때 해당 모드를 사용한다.

 

4. 💡 실습 결과

https://github.com/Tobbyvv/stm32-project/tree/main/gpio

4.1. 버튼을 누를 시 LD1 -> LD2 -> LD3 순으로 LED 점멸을 ON / OFF 

외부 인터럽트 처리용 플래그 변수가 true일 때(버튼이 눌렸을 때)  state가 증가하며
0, 1, 2 state에 따라 1번, 2번 3번 LED가 순환 동작하는 코드 입니다. 

      

      

      

    
    

      <cpp />
    
static bool exti_flag = false; //버튼 on/off 상태 저장을 위한 변수 선언 
static uint8_t state = 0; //3가지 LED 제어를 위한 0, 1, 2 저장을 위한 변수 선언 
  
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */
	   if (exti_flag == true) {	
	      exti_flag = false;
	      state++;      //버튼이 눌릴때마다 state를 증가시킴   
	      state %= 3;	//3으로 나눈 나머지 값을 저장해 0, 1, 2 저장
	    }

	   switch(state){
	   case 0:{
		   HAL_GPIO_TogglePin(LD1_GPIO_Port, LD1_Pin);
		   HAL_Delay(1000); //1초마다 Toggle(High -> Low, Low -> High) 되도록 설정
		   HAL_GPIO_WritePin(LD2_GPIO_Port, LD2_Pin, GPIO_PIN_RESET);
		   HAL_GPIO_WritePin(LD3_GPIO_Port, LD3_Pin, GPIO_PIN_RESET);
		   break;
	   }
	   case 1:{
			   HAL_GPIO_WritePin(LD1_GPIO_Port, LD1_Pin, GPIO_PIN_RESET);
			   HAL_GPIO_TogglePin(LD2_GPIO_Port, LD2_Pin);
			   HAL_Delay(1000);
			   HAL_GPIO_WritePin(LD3_GPIO_Port, LD3_Pin, GPIO_PIN_RESET);
			   break;
		   }
	   case 2:{
			   HAL_GPIO_WritePin(LD1_GPIO_Port, LD1_Pin, GPIO_PIN_RESET);
			   HAL_GPIO_WritePin(LD2_GPIO_Port, LD2_Pin, GPIO_PIN_RESET);
			   HAL_GPIO_TogglePin(LD3_GPIO_Port, LD3_Pin);
			   HAL_Delay(1000);
			   break;
		   }}}}
           
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
    if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_13) {	//F429zi의 경우 button이 13번 PIN에 연결되어 있다.
       exti_flag = true;            //인터럽트가 발생하는 Pin을 지정해줘야 하는 듯 하다. 
    }}

4.2. HAL_Delay 사용 없이 LED가 깜빡거리게 설정

버튼을 눌렀을 때의 시간과 현재 시간의 차이가 1초가 넘어가면 LED Toggle 되도록 작성 하였으나..
해당 동작은 LD3만 동작하였고 LD1, LD2는 동작하지 않았습니다...

      

      

      

    
    

      <cpp />
    
static bool exti_flag = false; //버튼 on/off 상태 저장을 위한 변수 선언 
static uint8_t state = 0; //3가지 LED 제어를 위한 0, 1, 2 저장을 위한 변수 선언 
static uint32_t prev = 0; // 이전 시간 	
#define D_TIME_MAX	1000 // 시간 간격 1초

  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */
	   if (exti_flag == true) { 
	      exti_flag = false;
	      state++; 
	      state %= 3;
	    }
       switch(state){
	   case 0:{
		   if (HAL_GetTick() - prev > D_TIME_MAX) {	// 1초가 지나면 LED 토글
		      HAL_GPIO_TogglePin(LD1_GPIO_Port, LD1_Pin);
		      prev = HAL_GetTick();
		    }
		  else if(HAL_GetTick() - prev < D_TIME_MAX) {
		    HAL_GPIO_WritePin(LD2_GPIO_Port, LD2_Pin, GPIO_PIN_RESET);
		    HAL_GPIO_WritePin(LD3_GPIO_Port, LD3_Pin, GPIO_PIN_RESET);
		   }}

4.3. 구조체, 포인터, 함수를 활용해 코드를 정리

구조체와 포인터 함수를 이용해 실습한 코드를 작성하였습니다.

      

      

      

    
    

      <cpp />
    
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
#include "main.h"
#include "app.h"

static bool exti_flag = false; //버튼 on/off 상태 저장을 위한 변수 선언 
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
  static uint32_t prev;	
  volatile uint32_t curr;
  curr = HAL_GetTick();	//현재 시간 가져옴

  if ((uint32_t)(curr - prev) > 150) { //버튼 동작 시간 간격 0.15초로 중복 실행 방지
    if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_13) {
       exti_flag = true;
    }
    prev = curr;	//버튼 누른 시간 저장
  }}
  
#define D_TIME_MAX	500	//LED 깜빡거림 시간 간격 0.5초
#define D_LED_MAX	3	//LED 갯수

typedef struct {
  uint32_t prev;	//이전 LED 토글 시간 저장
  void (*cbf)(void *, uint8_t);	//함수 포인터 선언(※ LED Toggle 함수 할당용)
} LED_TOGGLE_T;

LED_TOGGLE_T gLedObj[D_LED_MAX]; //3개의 LED의 토글 동작을 관리할배열 선언

void app_init(void)
{
  // LED 토글 함수 및 구조체 초기화
  gLedObj[0].cbf = LD1_Toggle;
  gLedObj[1].cbf = LD2_Toggle;  
  gLedObj[2].cbf = LD3_Toggle;  

  for (uint8_t i=0; i<D_LED_MAX; i++) {
    if (gLedObj[i].cbf == NULL) while (1); //TOGGLE 함수 할당이 되었는지 확인
  } //할당 되지 않았을 경우 while문 종료
}
void app(void)
{	
  uint8_t state = 0;
  app_init();

  while (1)
  {
     if (exti_flag == true) {
       exti_flag = false;
       state++;
       state %= D_LED_MAX;
       gLedObj[state].cbf((void *)&gLedObj[state], 0);
       //1.gLedObj[state], 증가된 매개변수에 해당하는 함수와
       //2.먼저 0을 전달하여 다른 LED를 종료시킴
     }
     gLedObj[state].cbf((void *)&gLedObj[state], 1);
     //1을 전달하여 해당 LED를 깜빡거리게함
  }}
// LD1 LED 토글 함수
void LD1_Toggle(void *pArg, uint8_t op)
{
  LED_TOGGLE_T *p = (LED_TOGGLE_T *)pArg;
  if (op == 1) {	
    uint32_t curr = HAL_GetTick();

    if (curr - p->prev > D_TIME_MAX) {
      HAL_GPIO_TogglePin(LD1_GPIO_Port, LD1_Pin);
      p->prev = curr;
      printf("%s\r\n", __func__);
    }
  } else {
    HAL_GPIO_WritePin(LD2_GPIO_Port, LD2_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LD3_GPIO_Port, LD3_Pin, GPIO_PIN_RESET);
  }}
// LD2 LED 토글 함수
void LD2_Toggle(void *pArg, uint8_t op)
{
  LED_TOGGLE_T *p = (LED_TOGGLE_T *)pArg;
  if (op == 1) {
    uint32_t curr = HAL_GetTick();

    if (curr - p->prev > D_TIME_MAX) {
      HAL_GPIO_TogglePin(LD2_GPIO_Port, LD2_Pin);
      p->prev = curr;
      printf("%s\r\n", __func__);
    }
  } else {
    HAL_GPIO_WritePin(LD1_GPIO_Port, LD1_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LD3_GPIO_Port, LD3_Pin, GPIO_PIN_RESET);
  }}
// LD3 LED 토글 함수
void LD3_Toggle(void *pArg, uint8_t op)
{
  LED_TOGGLE_T *p = (LED_TOGGLE_T *)pArg;

  if (op == 1) {
    uint32_t curr = HAL_GetTick();
    if (curr - p->prev > D_TIME_MAX) {
      HAL_GPIO_TogglePin(LD3_GPIO_Port, LD3_Pin);
      p->prev = curr;
      printf("%s\r\n", __func__);
    }
  } else {
    HAL_GPIO_WritePin(LD1_GPIO_Port, LD1_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LD2_GPIO_Port, LD2_Pin, GPIO_PIN_RESET);
  }}

5. 💡 결과 영상