BÀI 25 – GPIO OUTPUT: ĐIỀU KHIỂN CHÂN GPIO BẰNG THANH GHI

Posted on by congnghe9s

BÀI 25 – GPIO OUTPUT: ĐIỀU KHIỂN CHÂN GPIO BẰNG THANH GHI

Ở Bài 24, chúng ta đã học cách đọc GPIO Input. Bây giờ chuyển sang phần rất quan trọng:

Làm thế nào STM32 thực sự điều khiển một chân GPIO từ bên trong thanh ghi?

Đây là bài nối trực tiếp từ Memory Map → Register → GPIO mà bạn vừa học.

1. Mục tiêu Bài 25

Sau bài này bạn cần hiểu được:

  1. GPIO Output là gì.
  2. STM32 bật/tắt chân GPIO bằng thanh ghi nào.
  3. ODR là gì.
  4. BSRR là gì.
  5. Vì sao BSRR thường tốt hơn cách ODR.
  6. Cách bật/tắt LED PC13 bằng register-level C.
  7. Cách thực hiện:
GPIOC->ODR |= ...
GPIOC->ODR &= ~...

và:

GPIOC->BSRR = ...

2. GPIO Output thực chất là gì?

Ví dụ chúng ta có:

STM32
  │
  │ PC13
  │
  ├────────── LED
  │
  └────────── ...

Khi PC13 là Output, STM32 có thể đặt chân này thành:

HIGH ≈ 3.3V

hoặc:

LOW ≈ 0V

Về bản chất:

CPU
 │
 ▼
GPIO Register
 │
 ▼
Mạch GPIO
 │
 ▼
PC13
 │
 ▼
LED

3. Có một điều cực kỳ quan trọng

GPIO không phải chỉ có một thanh ghi.

Trong STM32F103, mỗi GPIO port có nhiều register.

Ví dụ GPIOC:

GPIOC
 │
 ├── CRL
 ├── CRH
 ├── IDR
 ├── ODR
 ├── BSRR
 ├── BRR
 └── LCKR

Trong đó hôm nay chúng ta đặc biệt quan tâm:

ODR
BSRR
BRR

4. ODR là gì?

ODR:

Output Data Register

Có thể hiểu đơn giản:

Thanh ghi chứa giá trị Output của các chân GPIO.

GPIOC có:

PC0
PC1
PC2
...
PC13
...
PC15

ODR có 16 bit:

bit15 bit14 bit13 ... bit2 bit1 bit0

Mỗi bit tương ứng với một chân.

Ví dụ:

GPIOC->ODR

Nếu:

bit13 = 1

thì PC13 xuất mức HIGH.

Nếu:

bit13 = 0

thì PC13 xuất mức LOW.

5. Ví dụ với PC13

Giả sử:

GPIOC->ODR

đang có:

0000 0000 0000 0000

Tức:

PC13 = 0

Nếu chúng ta thực hiện:

GPIOC->ODR |= (1 << 13);

thì:

0000 0000 0000 0000
OR
0010 0000 0000 0000
-------------------
0010 0000 0000 0000

Bit 13 trở thành:

1

Do đó:

PC13 = HIGH

6. Tại sao phải dùng |=?

Không nên tùy tiện viết:

GPIOC->ODR = (1 << 13);

vì câu lệnh này thay thế toàn bộ ODR.

Ví dụ trước đó:

ODR = 0000 0000 0000 0011

Nếu:

GPIOC->ODR = (1 << 13);

kết quả:

0010 0000 0000 0000

Hai bit trước đó bị mất.

Trong khi:

GPIOC->ODR |= (1 << 13);

có nghĩa:

Giữ nguyên các bit khác, chỉ SET bit 13.

7. Tắt PC13

Muốn đưa PC13 xuống LOW:

GPIOC->ODR &= ~(1 << 13);

Phân tích:

1 << 13

tạo:

0010 0000 0000 0000

Sau đó:

~(1 << 13)

tạo:

1101 1111 1111 1111

Rồi:

ODR &= mask;

sẽ xóa bit 13.

8. Đây chính là kiến thức Bit Manipulation

Bạn vừa học ở Bài 16:

|
&
~
<<

Bây giờ nó được dùng trực tiếp với phần cứng.

SET bit

REG |= (1 << n);

CLEAR bit

REG &= ~(1 << n);

TOGGLE bit

REG ^= (1 << n);

Đây là ba mẫu câu lệnh cực kỳ quan trọng trong lập trình STM32.

9. Toggle GPIO

Muốn đảo trạng thái PC13:

GPIOC->ODR ^= (1 << 13);

Nếu:

PC13 = 0

thì thành:

PC13 = 1

Nếu:

PC13 = 1

thì thành:

PC13 = 0

Do đó:

GPIOC->ODR ^= (1 << 13);

có thể dùng để làm LED nhấp nháy.

10. Nhưng STM32F103 còn có BSRR

Đây mới là phần rất đáng chú ý.

STM32F103 có:

BSRR

Tên đầy đủ:

Bit Set/Reset Register

Nó cho phép chúng ta:

SET GPIO

hoặc:

RESET GPIO

mà không cần thao tác Read-Modify-Write giống ODR.

11. Cấu trúc BSRR

BSRR có 32 bit:

31                       16 15                       0
+--------------------------+--------------------------+
|        RESET bits        |         SET bits         |
+--------------------------+--------------------------+

Cụ thể:

bit 0  → set pin 0
bit 1  → set pin 1
...
bit 15 → set pin 15

và:

bit 16 → reset pin 0
bit 17 → reset pin 1
...
bit 31 → reset pin 15

12. SET PC13 bằng BSRR

PC13:

pin = 13

Muốn SET:

GPIOC->BSRR = (1 << 13);

Tức:

bit13 = 1

Kết quả:

PC13 = HIGH

13. RESET PC13 bằng BSRR

Muốn RESET PC13:

GPIOC->BSRR = (1 << (13 + 16));

hay:

GPIOC->BSRR = (1 << 29);

Bởi vì:

13 + 16 = 29

Do đó:

BSRR bit29 = 1

sẽ RESET PC13.

14. Tại sao BSRR rất hay?

So sánh:

Dùng ODR

GPIOC->ODR |= (1 << 13);

CPU phải thực hiện về bản chất:

READ ODR
   ↓
OR
   ↓
WRITE ODR

Trong khi BSRR:

GPIOC->BSRR = (1 << 13);

chỉ cần ghi lệnh SET.

Đây là một trong những lý do BSRR rất hữu ích khi điều khiển GPIO.

15. BRR là gì?

STM32F103 còn có:

BRR

Bit Reset Register.

Muốn RESET PC13:

GPIOC->BRR = (1 << 13);

Đây là cách rất dễ hiểu:

BRR bit13 = 1
        ↓
PC13 = LOW

Vì vậy chúng ta có thể nhớ:

BSRR lower 16 bits → SET
BSRR upper 16 bits → RESET

BRR → RESET

16. Ví dụ thực tế với LED PC13

Giả sử PC13 đã được cấu hình Output.

Code:

GPIOC->BSRR = (1 << 13);

→ PC13 HIGH.

Sau đó:

GPIOC->BRR = (1 << 13);

→ PC13 LOW.

Nếu LED được mắc theo kiểu active-low trên Blue Pill, bạn có thể thấy:

PC13 LOW  → LED sáng
PC13 HIGH → LED tắt

Đây là lý do đôi khi bạn thấy code LED Blue Pill có vẻ “ngược”.

17. Một chương trình đơn giản

Sau khi GPIOC PC13 đã được cấu hình Output:

while (1)
{
    GPIOC->BSRR = (1 << 13);

    for (volatile int i = 0; i < 1000000; i++);

    GPIOC->BRR = (1 << 13);

    for (volatile int i = 0; i < 1000000; i++);
}

LED sẽ thay đổi trạng thái liên tục.

18. Nhưng có một vấn đề

Đoạn:

for (volatile int i = 0; i < 1000000; i++);

không phải delay chính xác.

Nó phụ thuộc vào:

Clock
Compiler
Optimization
CPU

Sau này chúng ta sẽ học:

SysTick
Timer
Interrupt

để tạo delay chính xác hơn.

19. Điều cực kỳ quan trọng: GPIO Output chưa đủ

Có một điều bạn phải nhớ:

Không thể chỉ ghi ODR/BSRR rồi mong chân GPIO hoạt động nếu GPIO chưa được cấu hình Output.

Quy trình phải là:

1. Bật clock GPIO
        ↓
2. Cấu hình MODE/CNF
        ↓
3. GPIO trở thành Output
        ↓
4. Ghi ODR/BSRR/BRR
        ↓
5. Chân GPIO thay đổi mức điện áp

Ví dụ:

RCC
 ↓
GPIOC clock
 ↓
GPIOC CRH
 ↓
PC13 Output
 ↓
BSRR / BRR
 ↓
PC13

20. Đây chính là cầu nối từ Register đến phần cứng

Bạn hãy nhìn toàn bộ chuỗi:

C code
 │
 │ GPIOC->BSRR = ...
 ▼
Register
 │
 │
 ▼
GPIO peripheral
 │
 │
 ▼
Output driver
 │
 │
 ▼
PC13 pin
 │
 │
 ▼
LED

Đây chính là cách STM32 hoạt động.

Không có phép màu nào cả.

CPU chỉ đang:

ghi các bit vào những địa chỉ thanh ghi đặc biệt của peripheral.

21. Tư duy cực kỳ quan trọng

Bạn đã đi qua:

Bài 16

BIT
BYTE
MASK
&
|
^
~
<<

↓

Bài 17

MEMORY MAP

↓

Bài 18–24

GPIO
Input
Output
Register

↓

Bài 25

ODR
BSRR
BRR

Bạn đang bắt đầu đi từ:

học C

sang:

lập trình vi điều khiển thực sự.

22. Bài tập Bài 25

Hãy thử tự viết 3 dòng sau mà không nhìn tài liệu:

Bài tập 1

SET PC13:

____________________________

Bài tập 2

RESET PC13 bằng BRR:

____________________________

Bài tập 3

TOGGLE PC13 bằng ODR:

____________________________

Đáp án:

GPIOC->BSRR = (1 << 13);
GPIOC->BRR = (1 << 13);
GPIOC->ODR ^= (1 << 13);

23. Bạn cần thuộc 5 mẫu này

Nếu mục tiêu của bạn là lập trình STM32 bằng C thật chắc, hãy thuộc:

REG |= (1 << n);       // SET bit
REG &= ~(1 << n);      // CLEAR bit
REG ^= (1 << n);       // TOGGLE bit
REG & (1 << n);        // READ bit
REG = value;           // GHI toàn bộ register

Đây là những mẫu xuất hiện liên tục trong firmware STM32.

24. Tóm tắt Bài 25

ODR
│
├── bit n = 1 → Output HIGH
└── bit n = 0 → Output LOW
BSRR
│
├── bit 0..15  → SET
└── bit 16..31 → RESET
BRR
│
└── RESET GPIO

Và ba thao tác cơ bản:

GPIOC->ODR |=  (1 << 13);   // SET
GPIOC->ODR &= ~(1 << 13);   // CLEAR
GPIOC->ODR ^=  (1 << 13);   // TOGGLE

Còn cách điều khiển GPIO rất hay dùng:

GPIOC->BSRR = (1 << 13);    // SET PC13
GPIOC->BRR  = (1 << 13);    // RESET PC13

Bài tiếp theo

Bài 26 chúng ta sẽ đi sâu vào một vấn đề rất quan trọng:

GPIO Input + Output + Pull-up/Pull-down: bên trong STM32 thực sự có những transistor/mạch điện gì và tại sao INPUT_PULLUP lại hoạt động?

Đây sẽ là bước nối từ register → GPIO → mạch điện bên trong chân STM32.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *