[stm32] GPIO 실습

💡 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.

 

💡 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.

 

💡 GPIO 세팅

GPIO Setting

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

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.  

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.)  

 

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.

 

💡 실습 결과

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

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. 

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. 
    }}

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...

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);
		   }}

구조체, 포인터, 함수를 활용해 코드를 정리

구조체와 포인터 함수를 이용해 실습한 코드를 작성하였습니다.

#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);
  }}

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