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STM32F103寄存器方式点亮LED流水灯与GPIO简单讲解
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前言： 以本文章主要讲解以正点原子STM32mini板(STM32F103RC)+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。与STM32F103系列芯片的地址映射和寄存器映射原理等 注： 本篇博客是基于正点原子STM32mini开发板(STM32F103RC)所作，不同的32板子可能会有所不同，注意区分。 目录 一、stm32芯片寄存器与GPIO端口简介 1.地址映射和寄存器映射原理 2.GPIO简介与工作模式 3.输入输出简介 4.GPIO初始化步骤 5.实例 1.对于单个GPIO口的初始化如下 2.对于多个GPIO口的初始化如下 二、软件设计 1.实验原理 2.代码编写 1.配置寄存器 2.主函数编写 3.程序的烧录 三、硬件部分 1.材料与GPIO口的选择 2.连线 3.结果展示 四、汇编语言实现流水灯 1.代码部分 2.实验结果 五、参考网站 一、stm32芯片寄存器与GPIO端口简介 寄存器是 CPU 内部的构造，它主要用于信息的存储。 1.地址映射和寄存器映射原理存储器本身不具有地址信息，它的地址是由芯片厂商或用户分配，给存储器分配地址的过程就称为存储器映射。 寄存器映射： 每个寄存器都是32bit，占用4个Byte即4个存储单元。可以把寄存器看作一个特殊的单元，一个这样的单元占32bit，只要找到这个单元的起始地址就可以对其进行操作。 其映射地址 = 外设总基地址（块基地址）+ 总线相对于外设总基地址的偏移 + 具体外设基地址相对于总线基地址的偏移 + 寄存器相对于具体外设基地址的偏移。 2.GPIO简介与工作模式GPIO 是通用输入输出端口的简称，简单来说就是 STM32 可控制的引脚，STM32 芯片的 GPIO 引脚与外部设备连接起来，从而实现与外部通讯、控制以及数据采集的功能。STM32 芯片的 GPIO 被分成很多组，每组有 16 个引脚。 GPIO的工作模式主要有八种：4种输入方式，4种输出方式。 分别为输入浮空，输入上拉，输入下拉，模拟输入； 输出方式为开漏输出，开漏复用输出，推挽输出，推挽复用输出。 （1）GPIO_Mode_AIN 模拟输入 （应用ADC模拟输入，或者低功耗下省电） （2）GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入 （浮空就是浮在半空，可以被其他物体拉上或者拉下，可以用于按键输入） （3）GPIO_Mode_IPD 下拉输入 （IO内部下拉电阻输入） （4）GPIO_Mode_IPU 上拉输入 （IO内部上拉电阻输入） （5）GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出（开漏输出:输出端相当于三极管的集电极. 要得到高电平状态需要上拉电阻才行） （6）GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出 （推挽就是有推有拉电平都是确定的，不需要上拉和下拉，IO输出0-接GND， IO输出1 -接VCC，读输入值是未知的 ） （7）GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出（片内外设功能（I2C的SCL,SDA）） （8）GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出 （片内外设功能（TX1,MOSI,MISO.SCK.SS）） 3.输入输出简介
输入： 进行数据的采集，外部电路通过IO口输入模拟量，然后通过“TTL肖特基触发器”（肖特基触发器是将相对缓慢变化的模拟信号变成矩形信号，便于后面读取），进入输入数据寄存器，最后就能给CPU读取数据。 输出： GPIO的输出与51的 IO口是差不多的概念，都是输出高、低电平来控制外部电路： 处理过程：CPU下达输出高或低电平指令，指令配置“位设置/清除寄存器（GPIOx_BSRR）”（设置就是“1”高电平，清除就是“0”低电平），再由位寄存器配置输出数据寄存器（GPIOx_ODR），经过一个选择器（选择是一般输出还是复用功能输出），然后进行输出控制，控制是什么模式：推挽、开漏或者关闭，然后输出高或低电平到IO口。 下面是正点原子手册上的一些介绍： STM32 的每个 IO 端口都有 7 个寄存器来控制。他们分别是：配置模式的 2 个 32 位的端口 配置寄存器 CRL 和 CRH ； 2 个 32 位的数据寄存器 IDR 和 ODR ； 1 个 32 位的置位 / 复位寄存器 BSRR ；一个 16 位的复位寄存器 BRR ； 1 个 32 位的锁存寄存器 LCKR ；这里我们仅介绍常用 的 几个寄存器，我们常用的 IO 端口寄存器只有 4 个： CRL 、 CRH 、 IDR 、 ODR 。 CRL 和 CRH 控制着每个 IO 口的模式及输出速率。 STM32 的 IO 口位配置表如表
STM32 输出模式配置如表 接下来我们看看端口低配置寄存器 CRL 的描述
该寄存器的复位值为0X4444 4444，从上图可以看到，复位值其实就是配置端口为浮空输入模式。从上图还可以得出：STM32 的CRL控制着每组IO端口（A~G）的低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。这里我们可以记住几个常用的配置，比如0X0表示模拟输入模式（ADC 用）、0X3表示推挽输出模式（做输出口用，50M速率）、0X8表示上/下拉输入模式（做输入口用）、0XB表示复用输出（使用IO口的第二功能，50M速率）。 CRH的作用和CRL完全一样，只是CRL控制的是低8位输出口，而CRH控制的是高8位输出口。这里我们对CRH就不做详细介绍了。 给个实例，比如我们要设置PORTA的８位为上拉输入,13位为复用输出。代码如下： GPIOC->CRH&=0XFFF00FFF;//清掉这 2 个位原来的设置，同时也不影响其他位的设置 GPIOC->CRH|=0X00038000; //PC11 输入，PC12 输出 GPIOC->ODR=1给IO口电平->控制LED亮灭stm32的点灯则是，通过使能外设GPIO时钟，发出指令给外设GPIO，外设GPIO收到指令后，着手配置自己的寄存器，然后给IO口模式，让其实现各种功能。 其过程：CPU给指令->GPIO收到指令->配置内部寄存器->配置IO口模式（注意是模式）->控制LED亮灭 2.代码编写 1.配置寄存器led.h #ifndef __LED_H #define __LED_H #include "sys.h" //LED端口定义 #define LED0 BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,6) // PB6输出 #define LED1 BIT_ADDR(GPIOC_ODR_Addr,6) // PC6输出 #define LED2 BIT_ADDR(GPIOD_ODR_Addr,2) // PD2输出 void LED_Init(void); //初始化 #endifled.c #include "sys.h" #include "led.h" //初始化PB6、PC6和PD2为输出口，并使能这3个口的时钟 //LEDIO初始化 void LED_Init(void) { RCC->APB2ENR|=1ODR|=1CRL|=0X00000300;//PD2推挽输出 GPIOD->ODR|=10; j--) for(k =200; k>0; k--); } int main(void) { LED_Init(); //初始化与LED连接的硬件接口 while(1) { LED0=0; //灯亮 LED1=1; //灯灭 LED2=1; delay(20); //延时 LED0=1; LED1=0; LED2=1; delay(20); LED0=1; LED1=1; LED2=0; delay(20); } } 3.程序的烧录用对应的线接stm32板子的usb232接口使之与pc连接。 这里我用的是FlyMcu。点击搜索串口，我的串口是COM5 串口波特率则可以通过bps那里设置 对于STM32F103，可以设置为最高：460800，而如果是 F4，则建议最高设置为：76800 即可。 DTR的低电平复位，RTS高电平进BootLoader 效验与编译后执行勾选，点击开始编程输出正常时烧录完成
材料：正点原子stm32mini开发板+杜邦线+红、黄、绿led灯+面包板
GPIO口选择GPIOB、GPIOC、GPIOD这3个端口控制LED灯具体为PB6、PC6、PD2（可以自行选择，只需要稍微修改代码即可）
按着stm32手册连线即可 LED灯的短脚连接IO口，长脚连接3.3V(注：尽量不要连接5V的端口，5V的端口没有电阻保护，容易烧坏LED灯）
四、汇编语言实现流水灯 1.代码部分 RCC_APB2ENR EQU 0x40021018 GPIOA_CRH EQU 0x40010804 GPIOA_ODR EQU 0x4001080C GPIOB_CRL EQU 0x40010C00 ;寄存器映射 GPIOB_ODR EQU 0x40010C0C GPIOC_CRH EQU 0x40011004 GPIOC_ODR EQU 0x4001100C Stack_Size EQU 0x00000400 AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 ;NOINIT： = NO Init，不初始化。READWRITE : 可读，可写。ALIGN =3 : 2^3 对齐，即8字节对齐。 Stack_Mem SPACE Stack_Size __initial_sp AREA RESET, DATA, READONLY __Vectors DCD __initial_sp DCD Reset_Handler AREA |.text|, CODE, READONLY THUMB REQUIRE8 PRESERVE8 ENTRY Reset_Handler MainLoop BL LED2_Init BL LED2_ON BL Delay ;LED2灯闪烁 BL LED2_OFF BL Delay BL LED1_Init BL LED1_ON BL Delay ;LED1灯闪烁 BL LED1_OFF BL Delay BL LED3_Init BL LED3_ON BL Delay ;LED3灯闪烁 BL LED3_OFF BL Delay B MainLoop LED1_Init PUSH {R0,R1, LR} ;R0,R1,LR中的值放入堆栈 LDR R0,=RCC_APB2ENR ;LDR是把地址装载到寄存器中(比如R0)。 ORR R0,R0,#0x08 ;开启端口GPIOB的时钟,ORR 按位或操作,01000将R0的第二位置1，其他位不变 LDR R1,=RCC_APB2ENR STR R0,[R1] ;STR是把值存储到寄存器所指的地址中，将r0里存储的值给rcc寄存器 ;上面一部分汇编代码是控制时钟的 LDR R0,=GPIOB_CRL ORR R0,R0,#0X00000020 ;GPIOB_Pin_1配置为通用推挽输出;开启的是pb1，所以是2，为0010，是推挽输出模式，最大速度为2mhz LDR R1,=GPIOB_CRL STR R0,[R1] LDR R0,=GPIOB_ODR BIC R0,R0,#0X00000002 ;BIC 先把立即数取反，再按位与 LDR R1,=GPIOB_ODR ;GPIOB_Pin_1输出为0;由r1控制ord寄存器 STR R0,[R1] ;将ord寄存器的值变为r0的值 POP {R0,R1,PC} ;将栈中之前存的R0，R1，LR的值返还给R0，R1，PC LED1_OFF PUSH {R0,R1, LR} LDR R0,=GPIOB_ODR BIC R0,R0,#0X00000002 ;因为是PB1所以对应二进制0010;GPIOB_Pin_1输出为0，LED1熄灭 LDR R1,=GPIOB_ODR STR R0,[R1] POP {R0,R1,PC} LED1_ON PUSH {R0,R1, LR} LDR R0,=GPIOB_ODR ORR R0,R0,#0X00000002 ;GPIOB_Pin_1输出为1，LED1亮 LDR R1,=GPIOB_ODR STR R0,[R1] POP {R0,R1,PC} LED2_Init PUSH {R0,R1, LR};R0,R1,LR中的值放入堆栈 LDR R0,=RCC_APB2ENR ORR R0,R0,#0x04 ;打开GPIOA的时钟 LDR R1,=RCC_APB2ENR STR R0,[R1] LDR R0,=GPIOA_CRH ORR R0,R0,#0X00020000 ;GPIOA_Pin_12配置为通用推挽输出 LDR R1,=GPIOA_CRH STR R0,[R1] LDR R0,=GPIOA_ODR BIC R0,R0,#0X00001000 LDR R1,=GPIOA_ODR ;GPIOA_Pin_12输出为0 STR R0,[R1] POP {R0,R1,PC} LED2_OFF PUSH {R0,R1, LR} LDR R0,=GPIOA_ODR BIC R0,R0,#0X00001000 ;GPIOA_Pin_12输出为0，LED2熄灭 LDR R1,=GPIOA_ODR STR R0,[R1] POP {R0,R1,PC} LED2_ON PUSH {R0,R1, LR} LDR R0,=GPIOA_ODR ORR R0,R0,#0X00001000 ;GPIOA_Pin_12输出为1，LED2亮 LDR R1,=GPIOA_ODR STR R0,[R1] POP {R0,R1,PC} LED3_Init PUSH {R0,R1, LR} LDR R0,=RCC_APB2ENR ORR R0,R0,#0x10 ;打开GPIOC的时钟 LDR R1,=RCC_APB2ENR STR R0,[R1] LDR R0,=GPIOC_CRH ORR R0,R0,#0X02000000 ;GPIOC_Pin_14配置为通用推挽输出 LDR R1,=GPIOC_CRH STR R0,[R1] LDR R0,=GPIOC_ODR BIC R0,R0,#0X00004000 ;GPIOC_Pin_14输出为0 LDR R1,=GPIOC_ODR STR R0,[R1] POP {R0,R1,PC} LED3_OFF PUSH {R0,R1, LR} LDR R0,=GPIOC_ODR BIC R0,R0,#0X00004000 ;GPIOC_Pin_14输出为0，LED3熄灭 LDR R1,=GPIOC_ODR STR R0,[R1] POP {R0,R1,PC} LED3_ON PUSH {R0,R1, LR} LDR R0,=GPIOC_ODR ORR R0,R0,#0X00004000 ;GPIOC_Pin_14输出为1，LED3亮 LDR R1,=GPIOC_ODR STR R0,[R1] POP {R0,R1,PC} Delay PUSH {R0,R1, LR} MOVS R0,#0 MOVS R1,#0 MOVS R2,#0 DelayLoop0 ADDS R0,R0,#1 CMP R0,#300 BCC DelayLoop0 MOVS R0,#0 ADDS R1,R1,#1 CMP R1,#300 BCC DelayLoop0 MOVS R0,#0 MOVS R1,#0 ADDS R2,R2,#1 CMP R2,#15 BCC DelayLoop0 POP {R0,R1,PC} END 其他过程都类似的 2.实验结果
ps建议： 正点原子和野火的板子和操作手册都很不错的，值得学习，本次代码就是在正点原子所给的资料里面的流水灯代码所改，是新手起步的好教程。面包版和杜邦线也是非常好用的硬件工具，不需要复杂的焊接。 五、参考网站都是大佬 推荐观看 https://blog.csdn.net/weixin_44188050/article/details/103999663 https://blog.csdn.net/qq_46467126/article/details/120791793 |
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