STM32F103寄存器方式点亮LED流水灯

实验要求：以 STM32最小系统核心板(STM32F103C8T6)+面板板+3只红绿蓝LED 搭建电路，使用GPIOB、GPIOC、GPIOD这3个端口控制LED灯，轮流闪烁，间隔时长1秒。1）写出程序设计思路，包括GPIOx端口的各寄存器地址和详细参数；2）分别用汇编语言，C语言编程实现。

一、实验原理

1、寄存器映射

2、GPIO端口的初始化设置三步骤

3、设计思路

二、实验步骤

1、了解寄存器

2、查找寄存器地址

3、初始准备

4、代码

5、编译生成HEX文件

6、硬件连接

三、实验结果

四、实验总结

五、参考文献

一、实验原理

1、寄存器映射

每个寄存器占用32bit，对寄存器操作的初步内容是要找到寄存器的起始地址。这一步，可以通过查找数据手册完成，那么怎么使用这个手册呢？

要知道，寄存器的映射地址等于分三步进行，首先是找到是GPIOB的基地址、然后找到端口输入寄存器的地址偏移，最后找到对应的端口输入数据。

2、GPIO端口的初始化设置三步骤

（1）时钟配置

为了降低功耗，首先要配置时钟使能，配置的时钟的信息可以通过查阅手册获得（时钟控制的名字叫作RCC）。

为了配置时钟使能，首先要知道时钟使能寄存器的地址，然后查找手册将对应功能的位赋值为1，就是开启GPIOB时钟

（2）输入输出模式设置

LED流水灯为了能够输出高电平低电平，所以需要配置为输出。找到对应的寄存器的地址，通过阅读资料可以知道一共有四种模式的寄存器输出，根据LED流水灯的功能得知，这里设置为通用推挽输出（可以输出高，低电平，连接数字器件; 推挽结构一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制，总是在一个三极管导通的时候另一个截止。高低电平由IC的电源决定。）

（3）最大速率设置

对于STM32F103系列的芯片最快的配置是50Mhz，但是速度并不是越快越好，速度配置越高，噪声越大，功耗越大，所以这里要配置适当的速度。

3、设计思路

流水灯的设计思路为：控制寄存器输出1，点亮LED灯，在一段时间之后，再控制LED灯灭，然后加入循环语句，呈现出的效果，就是流水灯。

二、实验步骤

根据以上的实验原理，开始正式的实验。

1、了解寄存器

（1）GPIO寄存器

在这里我们使用的是GPIO寄存器，GPIO寄存器按照功能划分可以划分为许多类：

每个GPIO端口有两个32位配置寄存器（GPIOx_CRL,GPIOx_CRH,也叫做控制寄存器）,

两个32位数据寄存器（GPIOx_IDR,GPIOx_ODR),

一个32位置位/复位寄存器（GPIOx_BSRR),

一个16位复位寄存器（GPIOx_BRR)和一个32位锁定寄存器(GPIOx_LCKR)。

在这里我们使用到的是端口配置低寄存器（GPIOx_CRL）

（2）GPIO_CRL

STM32的CRL控制着每个IO端口（A-G）低8位的模式，每个IO端口的位占用CRL的4个位，高两位为CNF，低两位为MODE，其实CRH的作用与CRL完全一样，只是CRH控制的是高8位，而CRL控制的是低8位。

2、查找寄存器地址

为了配置寄存器的端口实现各种功能，我们先需要找到端口的地址。

在这里我们通过查找STM32F103中文教程及参考手册，来找到端口的地址。

并不是只有这种复杂的方法来给端口赋值，但是这么做更有助于我们理解寄存器的原理。

这里列举了几个常用到的作为例子。

（1）先找到GPIOB端口的起始地址，为0X4001 0C00

（2）找到GPIO寄存器的端口配置低寄存器的偏移地址为0X00

由此，可以得出GPIOB->CRL的地址为0X4001 0C00

（3）找到时钟使能寄存器的地址为RCC_APB2ENR寄存器的位3控制GPIOB时钟的打开与关闭，置1控制时钟的开启

（4）找到端口配置低寄存器（GPIOx_CRL）

CNF位用来配置输入输出模式，这里根据功能选择通用推挽输出模式,通过以下这段代码实现

GPIOC_CRH &= ~(0x0F<<(4*5));
GPIOC_CRH |= (1<<(4*5));

MODE位用来配置速率，这里选择最大速度2MHz

（5）找到端口输出寄存器（GPIOx_ODR）

端口输出寄存器是引脚电平输出的寄存器，需要通过控制它，来实现LED灯的亮灭。

3、初始准备

（1）建立工程模板

为了更好地学习stm32，调用库函数，建立工程模板是十分必要的。新建一个总文件夹，用来存放本次工程的所有程序，然后再建CORE、HARDWARE、OBJ、FWLIB、SYSTEM、USER这六个文件夹。

HARDWARE文件夹是用来存放外设硬件代码，OBJ用来存放生成调试代码，FWLIB是各种.c和.h文件

其中的资料在这里获得正点原子openedv资料下载地址，我下载的是mini板的rct6资料，如下

我建立的文件夹，现在需要做的事情，就是将资料中的文件，转移到自己所建立的对应的文件夹

每个文件夹中的内容如下

CORE

HARDWARE
STM32F10x_FWLib

SYSTEM

USER

（2）建立工程

打开keil软件

单击keil菜单栏中的Project中的New uVision Project 新建一个工程，将其保存到USER文件夹中

设备选择STM32F103C8,然后单击OK

这里注意，在弹出的Manage Runn-time Environment窗口，单击cancel

右击Target 1，选择Manage Project Items…

第二栏右上角，创建组的名称

在每一个组中添加文件，文件在上一步建立的工程的几个文件夹之中，如下

CORE

HARDWARE

SYSTEM

USER

FWLIB

可以看到添加的分组

（3）配置

右击Target1，选择Options for Target 'Target 1’

在Target栏中修改晶振频率值为8

在Output栏中点击Select Folder for Objects，选择生成的hex文件存放的目录，这里选择存放在前面建立的OBJ文件夹中，然后勾选Create HEX File，用于生成HEX文件，下载到开发板的

在C/C++一栏中，在Define一栏中填入USE_STDPERIPH_DRIVER,STM32F10X_MD，然后在Include Paths中添加路径如图所示

将最开始建立的几个文件夹添加进入路径，然后单击OK 到这里就基本上完成了新建工程模板。

（4）配置GPIO端口

根据实验原理中提到的GPIO端口的初始化设置三步骤，配置GPIO端口

首先是时钟设置

 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);  //开启 GPIOB 端口时钟

然后是输入输出设置和最大速率设置，这里选择的输出模式为通用推挽输出，最大速率是2M

 GPIO_InitTypeDef   GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;             //输出模式为通用推挽输出GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_4 ;                     //选定输出端口为GPIO_Pin_4GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_2MHz;             //输出速度为2MGPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

4、代码

（1）led.h

#ifndef _LED_H
#define _LED_H#include "stm32f10x.h"
void LED_R_TOGGLE(void);
void LED_G_TOGGLE(void);
void LED_Y_TOGGLE(void);
void LED_Init(void);
#endif

（2）led.c

#include "led.h"
#include "delay.h"void LED_Init(void)
{RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);  //打开外设GPIOB的时钟GPIO_InitTypeDef   GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;              //输出模式为通用推挽输出GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_4 ;             //选定端口为GPIO_Pin_4GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_2MHz;               //输出速度为2MGPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;             //输出模式为通用推挽输出GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10 ;             //选定端口为GPIO_Pin_1GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_2MHz;              //输出速度为2MGPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;             //输出模式为通用推挽输出GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_14 ;             //选定端口为GPIO_Pin_14GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_2MHz;             //输出速度为2MGPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStruct);
}void LED_R_TOGGLE(void)
{GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4);delay_ms(500);GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4);
}
void LED_G_TOGGLE(void)
{GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10);delay_ms(500);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10);
}
void LED_Y_TOGGLE(void)
{GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_14);  delay_ms(500);GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_14);
}

（3）delay.h

#ifndef __DELAY_H
#define __DELAY_H
#include "sys.h"  void delay_init(void);
void delay_ms(u16 nms);
void delay_us(u32 nus);#endif

(4)delay.c

#include "delay.h"
//
//如果需要使用OS,则包括下面的头文件即可.
#if SYSTEM_SUPPORT_OS
#include "includes.h"                 //ucos 使用
#endif static u8  fac_us=0;                            //us延时倍乘数
static u16 fac_ms=0;                           //ms延时倍乘数,在ucos下,代表每个节拍的ms数#if SYSTEM_SUPPORT_OS                            //如果SYSTEM_SUPPORT_OS定义了,说明要支持OS了(不限于UCOS).
#ifdef  OS_CRITICAL_METHOD                      //OS_CRITICAL_METHOD定义了,说明要支持UCOSII
#define delay_osrunning     OSRunning           //OS是否运行标记,0,不运行;1,在运行
#define delay_ostickspersec OS_TICKS_PER_SEC    //OS时钟节拍,即每秒调度次数
#define delay_osintnesting  OSIntNesting        //中断嵌套级别,即中断嵌套次数
#endif//支持UCOSIII
#ifdef  CPU_CFG_CRITICAL_METHOD                 //CPU_CFG_CRITICAL_METHOD定义了,说明要支持UCOSIII
#define delay_osrunning     OSRunning           //OS是否运行标记,0,不运行;1,在运行
#define delay_ostickspersec OSCfg_TickRate_Hz   //OS时钟节拍,即每秒调度次数
#define delay_osintnesting  OSIntNestingCtr     //中断嵌套级别,即中断嵌套次数
#endif//us级延时时,关闭任务调度(防止打断us级延迟)
void delay_osschedlock(void)
{
#ifdef CPU_CFG_CRITICAL_METHOD                  //使用UCOSIIIOS_ERR err; OSSchedLock(&err);                           //UCOSIII的方式,禁止调度，防止打断us延时
#else                                           //否则UCOSIIOSSchedLock();                                //UCOSII的方式,禁止调度，防止打断us延时
#endif
}//us级延时时,恢复任务调度
void delay_osschedunlock(void)
{
#ifdef CPU_CFG_CRITICAL_METHOD                  //使用UCOSIIIOS_ERR err; OSSchedUnlock(&err);                     //UCOSIII的方式,恢复调度
#else                                           //否则UCOSIIOSSchedUnlock();                          //UCOSII的方式,恢复调度
#endif
}//调用OS自带的延时函数延时
//ticks:延时的节拍数
void delay_ostimedly(u32 ticks)
{
#ifdef CPU_CFG_CRITICAL_METHODOS_ERR err; OSTimeDly(ticks,OS_OPT_TIME_PERIODIC,&err);   //UCOSIII延时采用周期模式
#elseOSTimeDly(ticks);                          //UCOSII延时
#endif
}//systick中断服务函数,使用ucos时用到
void SysTick_Handler(void)
{   if(delay_osrunning==1)                        //OS开始跑了,才执行正常的调度处理{OSIntEnter();                           //进入中断OSTimeTick();                         //调用ucos的时钟服务程序               OSIntExit();                              //触发任务切换软中断}
}
#endif//初始化延迟函数
//当使用OS的时候,此函数会初始化OS的时钟节拍
//SYSTICK的时钟固定为HCLK时钟的1/8
//SYSCLK:系统时钟
void delay_init()
{
#if SYSTEM_SUPPORT_OS                           //如果需要支持OS.u32 reload;
#endifSysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8); //选择外部时钟  HCLK/8fac_us=SystemCoreClock/8000000;                //为系统时钟的1/8
#if SYSTEM_SUPPORT_OS                           //如果需要支持OS.reload=SystemCoreClock/8000000;             //每秒钟的计数次数 单位为M  reload*=1000000/delay_ostickspersec;      //根据delay_ostickspersec设定溢出时间//reload为24位寄存器,最大值:16777216,在72M下,约合1.86s左右   fac_ms=1000/delay_ostickspersec;           //代表OS可以延时的最少单位    SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_TICKINT_Msk;     //开启SYSTICK中断SysTick->LOAD=reload;                      //每1/delay_ostickspersec秒中断一次   SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;     //开启SYSTICK    #elsefac_ms=(u16)fac_us*1000;                   //非OS下,代表每个ms需要的systick时钟数
#endif
}                                   #if SYSTEM_SUPPORT_OS                           //如果需要支持OS.
//延时nus
//nus为要延时的us数.
void delay_us(u32 nus)
{       u32 ticks;u32 told,tnow,tcnt=0;u32 reload=SysTick->LOAD;                   //LOAD的值             ticks=nus*fac_us;                             //需要的节拍数             tcnt=0;delay_osschedlock();                       //阻止OS调度，防止打断us延时told=SysTick->VAL;                          //刚进入时的计数器值while(1){tnow=SysTick->VAL;  if(tnow!=told){        if(tnow<told)tcnt+=told-tnow;      //这里注意一下SYSTICK是一个递减的计数器就可以了.else tcnt+=reload-tnow+told;        told=tnow;if(tcnt>=ticks)break;                //时间超过/等于要延迟的时间,则退出.}  };delay_osschedunlock();                     //恢复OS调度
}
//延时nms
//nms:要延时的ms数
void delay_ms(u16 nms)
{   if(delay_osrunning&&delay_osintnesting==0)    //如果OS已经在跑了,并且不是在中断里面(中断里面不能任务调度)       {        if(nms>=fac_ms)                            //延时的时间大于OS的最少时间周期 { delay_ostimedly(nms/fac_ms);       //OS延时}nms%=fac_ms;                            //OS已经无法提供这么小的延时了,采用普通方式延时    }delay_us((u32)(nms*1000));                   //普通方式延时
}
#else //不用OS时
//延时nus
//nus为要延时的us数.
void delay_us(u32 nus)
{       u32 temp;            SysTick->LOAD=nus*fac_us;                  //时间加载           SysTick->VAL=0x00;                         //清空计数器SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ; //开始倒数    do{temp=SysTick->CTRL;}while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16)));     //等待时间到达   SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //关闭计数器SysTick->VAL =0X00;                           //清空计数器
}
//延时nms
//注意nms的范围
//SysTick->LOAD为24位寄存器,所以,最大延时为:
//nms<=0xffffff*8*1000/SYSCLK
//SYSCLK单位为Hz,nms单位为ms
//对72M条件下,nms<=1864
void delay_ms(u16 nms)
{                 u32 temp;        SysTick->LOAD=(u32)nms*fac_ms;               //时间加载(SysTick->LOAD为24bit)SysTick->VAL =0x00;                           //清空计数器SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ; //开始倒数  do{temp=SysTick->CTRL;}while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16)));       //等待时间到达   SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //关闭计数器SysTick->VAL =0X00;                          //清空计数器
}
#endif

（5）main.c

#include  "stm32f10x.h"
#include "delay.h"
#include "led.h"
int main(void)
{             LED_Init();   delay_init();                   //使用系统滴答定时器、延时初始化while(1)                       //循环亮起{LED_R_TOGGLE();delay_ms(500);                //红灯亮后延时1sLED_G_TOGGLE();delay_ms(500);             //绿灯亮后延时1sLED_Y_TOGGLE();delay_ms(500);             //黄灯亮后延时1s}
}

5、编译生成HEX文件

编译成功，生成HEX文件

6、硬件连接

(1)使用面包板搭建电路

对照芯片手册，在面包板上搭建电路，接法如下

（2）安装串口驱动

在电脑上安装usb-串口驱动程序，在设备管理器中可以搜索到一个新的串口设备（COM3）

（3）烧录

运行烧录软件mcuisp，配置

点击搜索串口，将自动搜索串口，在bps中选择波特率为 256000
左下角设置：DTR 的低电平复位，RTS 高电平进 BootLoader
读器件信息，这时如果出现界面中的信息，表明串口和单片机连接成功。
选择hex文件
点击开始编程就可以下载程序

HEX文件以经成功烧录到芯片中。

三、实验结果

可以看出流水灯的效果，红灯、绿灯、黄灯轮流闪烁

四、实验总结

这次的实验对我来说很有挑战性，最初可以说是毫无头绪，但是后来通过不断查阅资料和询问同学，解决了一个个的难题。在动手实践的过程中，我也一边学习理解着有关于stm32的基础知识，在了解了寄存器原理的同时，还学习了GPIO端口的初始化设置三步骤，对我学习这门课有很大的帮助。

五、参考文献

https://blog.csdn.net/big_blingbling/article/details/81427764

https://blog.csdn.net/weixin_42827999/article/details/101699674

https://blog.csdn.net/geek_monkey/article/details/86291377