STM32F103C8T6以寄存器方式借助面包板搭建电路点亮LED流水灯详解

一、寄存器原理

1.什么是寄存器

寄存器是 CPU 内部用来存放数据的一些小型存储区域，用来暂时存放参与运算的数据和运算结果。其实寄存器就是一种常用的 时序逻辑电路 ，但这种时序逻辑电路只包含存储电路。 寄存器的存储电路是由锁存器或触发器构成的，因为一个锁存器或触发器能存储1位二进制数，所以由N个 锁存器 或触发器可以构成N位寄存器。寄存器是 中央处理器 内的组成部分。寄存器是有限存储容量的高速存储部件，它们可用来暂存指令、数据和位址。在计算机领域，寄存器是CPU内部的元件，包括 通用寄存器 、专用寄存器和控制寄存器。寄存器拥有非常高的读写速度，所以在寄存器之间的数据传送非常快。

2.如何访问寄存器

存放数据的寄存器是最好理解的，如果你需要读取一个数据，直接到这个寄存器所在的地方来问问他，数据是多少就行了。问寄存器这个动作，叫做访问寄存器。不同的数据会存放在不同的寄存器，例如引脚PA2与PB8的高低电平数据（1或0）肯定放在不同的寄存器里，那么怎么区分不同的寄存器呢？通过地址，不同的寄存器有不同的地址
**所以需要找到其地址，怎么找到某个寄存器的地址？查看数据手册。**在简单了解寄存器后，我们开始配置

二、GPIO端口的初始化设置

1.时钟配置

想要配置时钟首先要访问其寄存器，找到地址。

（1）找到时钟使能寄存器映射基地址

时钟控制名字叫做RCC，属于AHB总线，查看数据手册如下：
得出复位和时钟控制RCC的地址从0x4002 1000开始

（2）找到端口偏移地址以及对应端口所在位置

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。

（3）使能对应端口时钟

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

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

2.端口输出寄存器配置

本次实验使用GPIOA-5、GPIOB-9、GPIOC-14 这3个引脚控制LED灯,GPIO是属于APB2的。
同理，也要访问其地址。

（1）找到找到GPIOX的基地址

结论是，
所有GPIOA相关的寄存器，都住在0x4001 0800到0x4001 0BFF范围内。
所有GPIOB相关的寄存器，都住在0x4001 0C00到0x4001 0FFF范围内。
所有GPIOC相关的寄存器，都住在0x4001 1000到0x4001 13FF范围内。

（2）找到端口输入寄存器的地址偏移

分别用到A4、B5、C14三个引脚。其中A4、B5属于端口配置低寄存器偏移地址为0x00，C13属于端口配置高寄存器偏移地址为0x04。

（3）对应引脚寄存器，基地址+偏移量

相应端口配置器GPIOA_CRL地址为GPIOA的基址+上偏移量

//----------------GPIOA配置寄存器 -----------------------
#define GPIOA_CRL		*((unsigned volatile int*)0x40010800)
//----------------GPIOB配置寄存器 -----------------------
#define GPIOB_CRL		*((unsigned volatile int*)0x40010C00)
//----------------GPIOC配置寄存器 -----------------------
#define GPIOC_CRH		*((unsigned volatile int*)0x40011004)

3.输入输出模式和输出速率设置

我们需要的是输出高低电平，所以要设置为输出。输出模式又有好几种输出:
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。
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，适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20ma以内)。
开漏是需要外接上拉电阻才可以输出高电平的，这里并不适合。所以需要设置为推挽输出,没有复用，输出速度按要求设置为2Mhz

GPIOA_CRL&=0xFFF0FFFF;		//设置位 清零	
GPIOA_CRL|=0x00020000;		//PA4推挽输出，把第19、18、17、16位变为0010

GPIOB_CRL&=0xFF0FFFFF;		//设置位 清零	
GPIOB_CRL|=0x00200000;		//PB5推挽输出，把第23、22、21、20变为0010
 
GPIOC_CRH&=0xFF0FFFFF;		//设置位 清零	
GPIOC_CRH|=0x00200000;		//PC14推挽输出，把第23、22、21、20变为0010

三、C语言实现流水灯

1.流水灯原理

本次实验采用三个灯实现，亮灯状态用1表示,灭灯状态用0表示。
初始状态为0 0 0，
状态一为1 0 0
状态二为0 1 0
状态三为0 0 1
状态三结束后继续进入状态一，一直循环达到流水灯效果。

2.c语言实现

（1）创建项目

点击【project】->[New…】


选择STM32F103C8开发板

创建项目出现弹窗，勾选setup项和core项

在source group里创建led.c，选择【Add New Item to Group… …】

添加代码文件，设置名称

（2）写入代码

注意项目结构，使用的引脚是PA7，PB9，PC15

代码如下：

#include "stm32f10x.h"
//----------------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_CRL		*((unsigned volatile int*)0x40010C00)
#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)


//延时函数
 void Delay()
 {
   u32 i=0;
   for(;i<5000000;i++);
 }
 int main(void)
 {	
	RCC_APB2ENR|=1<<2|1<<3|1<<4;			//APB2-GPIOA、GPIOB、GPIOC外设时钟使能	
	
	GPIOA_CRL&=0xFFF0FFFF;		//设置位 清零	
	GPIOA_CRL|=0x00020000;		//PB5推挽输出
	GPIOA_ODR&=~(1<<4);			//设置初始灯为灭
	
	GPIOB_CRL&=0xFF0FFFFF;		//设置位 清零	
	GPIOB_CRL|=0x00200000;		//PB5推挽输出
	GPIOB_ODR&=~(1<<5);			//设置初始灯为灭
	 
	GPIOC_CRH&=0xF0FFFFFF;		//设置位 清零	
	GPIOC_CRH|=0x02000000;		//PB5推挽输出
	GPIOC_ODR&=~(1<<14);			//设置初始灯为灭		
	 

	 

	while(1){
		//A灯
		GPIOA_ODR|=1<<4;		//PB5高电平
	 	Delay();
		GPIOA_ODR&=~(1<<4);		//PB5低电平,因为是置0，所以用按位与


		
		//B灯
		GPIOB_ODR|=1<<5;		//PB5高电平
	 	Delay();
		GPIOB_ODR&=~(1<<5);		//PB5低电平,因为是置0，所以用按位与


		
		
		//C灯
		GPIOC_ODR|=1<<14;		//PB5高电平
	 	Delay();
		GPIOC_ODR&=~(1<<14);		//PB5低电平,因为是置0，所以用按位与


		
		}
}

（3）编译运行

运行成功，要注意勾选[get hex file]

四、程序烧录

1.线路连接

（1）连接方法

对于USB转TTL模块和stm32f103c8t6连接
1、TXD－接 PA10/USART1_RX

2、RXD－接 PA9/USART1_TX

3、3V3 GND 接供电，将BOOT0接3V3后再供电，即可进入下载模式。

（2）连接实物图

2.烧录

在build之后会在object文件夹下有对应的hex文件生成

连接到电脑，打开mcuisp，上传HEX文件到stm32f103c8t6上：

首先读取器件信息

然后开始编程

程序烧录完毕

五、硬件连接

根据题目要求，使用GPIOB,GPIOC,GPIOD端口来控制LED灯，在查询C8T6数据手册后，选用了PA7，PB9，PC15管脚分别连接红绿黄三种颜色的灯，实物图如下：

六、运行效果

让 STM32 一按复位键就开始运行代码，则需要配置 BOOT0 为 0，在将C8T6连接到电路板之前，一定要先将BOOT0置位0，否则电路无效。

流水灯成功运行！

七、实验总结

通过这次使用C语言，在Keil 5上编译生成HEX文件并使用STM32寄存器方式进行的点亮LED流水灯实验，让我有了一番不一样的体验，虽然在过程中遇到了一些硬件上的问题，但询问同学后还是得以解决，让我明白了在仿真器上操作和使用硬件进行操作还是存在区别的，使用硬件进行操作的过程中会学到更多的基础知识，能进一步的学习和理解STM32F103系列芯片的地址映射和寄存器映射原理，了解GPIO端口的初始化设置三步骤，总之收获很大。

八、参考文章

https://blog.csdn.net/weixin_47554309/article/details/120810913
https://blog.csdn.net/geek_monkey/article/details/86293880