嵌入式系统开发07——STM32F103C8T6下C语言寄存器方式实现LED流水灯

本文主要描述如何使用STM32最小系统核心板(STM32F103C8T6)+面板板+3只红绿黄LED搭建电路，并通过GPIOA-5、GPIOB-9、GPIOC-14 这3个引脚来控制控制LED灯轮流闪烁。

一、题目要求

假设你手中已有 STM32最小系统核心板(STM32F103C8T6)+面板板+3只红绿蓝LED，并搭建了电路，分别 GPIOA-5、GPIOB-9、GPIOC-14 这3个引脚上控制LED灯（最高时钟 2Mhz ），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）用C语言 寄存器方式 编程实现。

二、设计思路

需要在 STM32F103C8T6 上面通过 初始化GPIO 来实现点亮 LED 灯。
外设实现的功能可能是完全不同的，但是，多数情况下，我们在设计程序的时候不需要考虑外设具体如何怎样实现功能，只需要给外设接在哪里、高电平有效还是低电平有效。因此，完成题目要求的时候，只需要找到 GPIOA-5、GPIOB-9、GPIOC-14 的地址，然后通过 GPIO的初始化，控制寄存器将片外引脚（我们称之为 IO口）拉低拉高， 输出高低电平，以控制LED亮灭。

点灯是所有学单片机的人都应该学会的一项技能。C51单片机和 stm32 点灯类似。

• 51单片机的点灯是，通过控制寄存器将片外引脚（我们称之为IO口）拉低拉高，输出高低电平，以控制LED亮灭。
  其过程：单片机给指令->控制寄存器->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

STM32开发板中包含较多寄存器，实现流水灯操作，需要对相应的引脚进行操作，对相应的引脚进行时钟配置、输入输出模式设置、最大速率设置。
于是利用 STM32F103C8T6 实现流水灯，要经过以下步骤：

• 时钟配置
• 输入输出模式设置
• 最大速率设置
• 烧录程序
• 运行

三、STM简介

STM32，ST 是意法半导体，M 是 Microelectronics 的缩写，32 表示32 位，合起来理解STM32就是指 ST 公司开发的 32 位微控制器。
STM32 本质上来说是一个微控制器，自带了各种常用通信接口，比如 USART、I2C、SPI 等，可连接非常多的传感器，可以控制很多的设备。现实生活中，我们接触到的很多电器产品都有 STM32 的身影，比如智能手环，微型四轴飞行器，平衡车、移动 POST 机，智能电饭锅，3D 打印机等等。
STM32 有很多系列，可以满足市场的各种需求，从内核上分有 Cortex-M0、M3、M4和 M7 这几种，每个内核又大致分为主流、高性能和低功耗。
单纯从学习的角度出发，可以选择 F1和 F4，F1代表了基础型，基于 Cortex-M3内核，主频为 72MHZ，F4 代表了高性能，基于 Cortex-M4 内核，主频 180M。

STM32F103C8T6芯片介绍

STM32F103C8T6 是一款基于ARM Cortex-M 内核 STM32系列 的 32位 的微控制器，程序存储器容量是 64KB，需要电压 2V~3.6V，工作温度为 -40°C ~ 85°C。具体参数如下：

四、实现过程

1、时钟配置

• 找到时钟使能寄存器映射基地址
  
• 找到端口偏移地址以及对应端口所在位置
  
• 外设时钟使能寄存器，偏移量为0x18，起始地址0x4002 1000，该寄存器地址为0x4002 1018
• 使能对应端口时钟
  查询数据手册可发现，外设时钟使能寄存器，设偏移量为0x18，起始地址0x4002 1000，该寄存器地址为0x4002 1018

#define RCC_AP2ENR	*((unsigned volatile int*)0x40021018) #时钟使能寄存器

手册RCC_APB2ENR，位3是IOPBEN，名字是IO端口B时钟使能，就是我们想要的。把RCC_APB2ENR的位3赋值为1，就是开启GPIOB时钟

RCC->APB2ENR|=1<<2;			//APB2-GPIOA外设时钟使能
RCC->APB2ENR|=1<<3;			//APB2-GPIOB外设时钟使能	
RCC->APB2ENR|=1<<4;			//APB2-GPIOC外设时钟使能
//这两行代码可以合为 RCC_APB2ENR|=1<<3|1<<4;

2、输入输出模式设置、最大速率设置

本次实验采用通用推挽输出模式，最高输出时钟频率2Mhz。分别用到GPIOA-5、GPIOB-9、GPIOC-14 这3个引脚上三个引脚。其中A4属于端口配置低寄存器偏移地址为0x00，B9、C14属于端口配置高寄存器偏移地址为0x04。

• 找到GPIOx端口基地址
  
• 配置对应引脚寄存器，基地址+偏移量
  故而配置如下：

//----------------GPIOA配置寄存器 -----------------------
#define GPIOA_CRL		*((unsigned volatile int*)0x40010800)
//----------------GPIOB配置寄存器 -----------------------
#define GPIOB_CRH		*((unsigned volatile int*)0x40010C04)
//----------------GPIOC配置寄存器 -----------------------
#define GPIOC_CRH		*((unsigned volatile int*)0x40011004)

• 设置输出模式为推挽输出，输出速度为2Mhz
  例：将GPIOB-9配置成推挽输出模式，且最大速度为2MHz
  首先，其为GPIOB9端口，其属于端口配置高寄存器模块，则由上图可知，CNF9和MODE9位为0，其余位为F，即：GPIOB_CRH&=0xFFFFFF0F；又因其为推挽输出模式，且最大速度为2MHz，所以4位寄存器的配置就是CNF9【00】MODE9【10】，0010换成十进制数就是2，即：GPIOB_CRH|=0x00000020

GPIOA_CRL&=0xFFF0FFFF;		//设置位清零	
GPIOA_CRL|=0X00200000;		//PA5推挽输出，把第23、22、21、20位变为0010
GPIOA->ODR|=1<<5;			//设置PA5初始灯为灭
	
GPIOB_CRH&=0xFF0FFFFF;		//设置位清零	
GPIOB_CRH|=0x00000020;		//PB9推挽输出，把第7、6、5、4变为0010
GPIOB->ODR|=0x1<<9;			//设置初始灯为灭
	 
GPIOC_CRH&=0xFF0FFFFF;		//设置位清零	
GPIOC_CRH|=0x02000000;		//PC14推挽输出，把第27、26、25、24变为0010
GPIOC->ODR|=0x1<<14;			//设置初始灯为灭	

3、代码实现

3.1 创建工程文件

• 新建 test2 文件夹 —> 点击 Project 下的 New uVision Project —> 输入文件名 test2
  

• 因为之后实验采用 STM32F103C8T6 板，因此这里选择 STM32F103C8
  

• 创建项目出现弹窗，勾选 CORE 项，点击 OK 完成创建
  

3.2 添加启动代码

要实现 LED流水灯，还需要添加启动代码，以及.c 文件等。

C8T6 使用的启动文件 startup_stm32f10x_md.s，startup_stm32f10x_md.s 是一个启动文件，里面是使用汇编语言写好的基本程序，当 STM32 芯片上电启动的时候，首先会执行这里的汇编程序，从而建立起来C 语言的运行环境，所以我们把这个文件称为启动文件。C8T6 是中容量的arm芯片，启动文件的大致作用如下：

• 初始化堆栈指针 SP
• 初始化程序计数器指针 PC
• 设置堆、栈的大小
• 设置中断向量表的入口地址
• 配置外部 SRAM 作为数据存储器
• 调用 SystemInit() 函数配置 STM32 的系统时钟
• 设置 C 库的分支入口 "__main” (最终用来调用 main 函数)

startup_stm32f10x_hd.s 文件是由ST官方提供的，该文件可以从 KEIL5 安装目录中找到，也可以从 STV3.5 库里面找到，找到该文件后吧启动文件添加到工程里面即可。不同型号的芯片以及不同编译环境使用的汇编文件是不一样的，但功能相同。
在 keilMDK4 中只有 STM32F10x.s 文件。
在《STM32不完全手册里面》，所有的例程都采用了一个叫 STM32F10x.s 的启动文件，里面定义了 STM32 的堆栈大小以及各种中断的名字及入口函数名称，还有启动相关的汇编代码。
STM32F10x.s 是MDK提供的启动代码，从其里面的内容看来，它只定义了3个串口，4个定时器。实际上STM32的系列产品有5个串口的型号，也只有有2个串口的型号，定时器也是，最多的有8个定时器。比如，如果你用的 STM32F103ZET6，而启动文件用的是STM32F10x.s 的话，你可以正常使用串口1 ~ 3的中断，而串口4和5的中断，则无法正常使用。又比如，你TIM1 ~ 4的中断可以正常使用，而5~8的，则无法使用。
所以 STM32F10x.s 并不能适用所有的STM32型号，这样，我们就得对不同型号的STM32，选择不同的启动文件。ST给我们提供了3个启动文件，分别适用于不同容量的STM32芯片。他们是：
startup_stm32f10x_ld.s
startup_stm32f10x_md.s
startup_stm32f10x_hd.s
其中，ld.s适用于小容量 产品；md.s适用于中等容量产品；hd适用于大容量产品；
这里的容量是指FLASH的大小.判断方法如下：
小容量： FLASH≤32K
中容量： 64K≤FLASH≤128K
大容量： 256K≤FLASH
我们开发板使用的是 STM32F103C8T6，FLASH容量为64K，属于中等容量产品，而 STM32F10x.s 刚刚好是满足中等容量型号的启动文件，所以我们使用 STM32F10x.s 是不会有问题的，但是更便于理解，这里还是使用 startup_stm32f10x_md.s。而如果你的是小容量或者大容量的STM32,则相应的选择 startup_stm32f10x_ld.s 或startup_stm32f10x_hd.s 即可。
按照上面的解释，最为普通的工程，STM32F10x.s 文件是够用的，但是在复杂的工程中，还是建议ST库文件的几个启动文件。

这里上传这几个启动文件：
链接：https://pan.baidu.com/s/1tYK8A6og03rPp51ZTrVBBw
提取码：plt3

• 将启动文件拷贝到 test2 工程文件夹下:
  
• 点击 Target1→Source Group1→双击→设置打开文件类型为 Asm Source file→选择 startup_stm32f10x_md.s→点击 Add，如下图所示：
  

3.3 代码编写

• 在界面左侧的 Project 栏，打开 Target1，鼠标右键单击 Source Group1, 选择 Add New Item to Group ‘Source Group 1’…
  
• 添加 test2.c文件
  
• 编写代码

//--------------APB2使能时钟寄存器------------------------
#define RCC_APB2ENR		*((unsigned volatile int*)0x40021018)

//----------------GPIOA配置寄存器 ------------------------
#define GPIOA_CRL		*((unsigned volatile int*)0x40010800)
#define	GPIOA_ODR		*((unsigned volatile int*)0x4001080C)
	
//----------------GPIOB配置寄存器 ------------------------
#define GPIOB_CRH		*((unsigned volatile int*)0x40010C04)
#define	GPIOB_ODR		*((unsigned volatile int*)0x40010C0C)
	
//----------------GPIOC配置寄存器 ------------------------
#define GPIOC_CRH		*((unsigned volatile int*)0x40011004)
#define	GPIOC_ODR		*((unsigned volatile int*)0x4001100C)

//函数声明
void Delay_ms(volatile  unsigned  int);
void A_LED_LIGHT(void);
void B_LED_LIGHT(void);
void C_LED_LIGHT(void);

//时延函数
void Delay_ms( volatile  unsigned  int  t)
{
     unsigned  int  i;
     while(t--)
         for (i=0;i<10000;i++);
}

//控制灯亮灭
void A_LED_LIGHT()
	{
    GPIOA_ODR=0x0<<5;		//PA5低电平
	GPIOB_ODR=0x1<<9;		//PB9高电平
	GPIOC_ODR=0x1<<14;		//PC14高电平	
}
void B_LED_LIGHT()
	{
	GPIOA_ODR=0x1<<5;		//PA5高电平
	GPIOB_ODR=0x0<<9;		//PB9低电平
	GPIOC_ODR=0x1<<14;		//PC14高电平
}
void C_LED_LIGHT()
	{
	GPIOA_ODR=0x1<<5;		//PA5高电平
	GPIOB_ODR=0x1<<9;		//PB9高电平
	GPIOC_ODR=0x0<<14;		//PC14低电平
}

//------------------------主函数--------------------------
int main(){

	RCC_APB2ENR|=1<<2;			//APB2-GPIOA外设时钟使能
	RCC_APB2ENR|=1<<3;			//APB2-GPIOB外设时钟使能	
	RCC_APB2ENR|=1<<4;			//APB2-GPIOC外设时钟使能
//也可以写成 RCC_APB2ENR|=1<<3|1<<4;
	

  GPIOA_CRL&=0xFFF0FFFF;		//设置位清零	
  GPIOA_CRL|=0X00200000;		//PA5推挽输出，把第23、22、21、20位变为0010
	
  GPIOB_CRH&=0xFF0FFFFF;		//设置位清零	
  GPIOB_CRH|=0x00000020;		//PB9推挽输出，把第7、6、5、4变为0010
	 
  GPIOC_CRH&=0xFF0FFFFF;		//设置位清零	
  GPIOC_CRH|=0x02000000;		//PC14推挽输出，把第27、26、25、24变为0010

	GPIOA_ODR |= (1<<5);  
	GPIOB_ODR |= (1<<9);      //设置灯的初始状态为灭
	GPIOC_ODR |= (1<<14); 
	
	while(1)
		{
		  A_LED_LIGHT();
		  Delay_ms(60);
		  B_LED_LIGHT();
		  Delay_ms(60);
		  C_LED_LIGHT();
		  Delay_ms(60);
	}

}

3.4 编译调试

• 打开魔术棒，如下图所示勾选 Create HEX File
  

• ST-Link/v2 驱动安装
  链接：https://pan.baidu.com/s/1oazATTwP9eGdjANB4FmEng
  提取码：plt3
  点击 .exe 文件进行安装
  

• 将 STM32F103C8T6 通过ST-Link 连接到电脑 USB接口上

• ST-Link与 C8T6 之间通过杜邦线按照下图连接：
  
  
  

• 点击 魔术棒，在Debug下勾选 Use：ST-Link Debugger
  

• 点击 Setting ，若此时 C8T6 通过St-link成功连接到了电脑上，就可以看到下图信息；点击 确定-> OK ，保存设置
  

• 点击编译
  

• 将程序烧录到 C8T6 上
  
  此时可能会弹出以下信息：
  
  点击确定就行了
  

• 烧录成功后红灯长亮
  

4、硬件连接

使用杜邦线将 A5、B9、C14连接到LED的负极（短脚），将开发板的3.3V输出通过杜邦线连接到LED的正极（长脚）

5、实现效果

建议重新烧录一次，然后按一下开发板上的 reset 键

效果如下：

C8T6实现LED流水灯

五、总结

本次主要使用STM32F103C8T6核心板，通过电路搭建实现LED灯轮流闪烁。通过本次实验进一步加深了我对GPIO寄存器的认识与运用，也让我学会了如何配置GPIO。本次实验不难，但是由于刚刚接触到GPIO的初始化以及配置，导致实验的时间拉的很长，希望通过不断学习可以提高自己的动手能力和解决问题的能力。

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参考列表：
1.STM32启动文件：startup_stm32f10x_hd.s等启动文件的简单描述
2.STM32F103C8T6寄存器方式借助面包板点亮LED流水灯详解
3.stm32cubeMX使用HAL库点亮LED流水灯
4.stm32寄存器实现流水灯
5.STM32F103C8T6实现流水灯