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[嵌入式]STM32F103点亮LED流水灯

本文主要叙述了什么是寄存器及用寄存器和库函数的方式点亮LED流水灯，本文主要采用stm32f103c8t6开发板
开发环境：keil μVision 5

文章目录

一、什么是寄存器

寄存器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。寄存器是有限存储容量的高速存储工具，它可以用来暂存指令、数据和地址。对于C语言的指针来说，操作寄存器非常友好易用，包含灵活的寄存器配置，任意寄存器之间可实现单周期乘法等等。具体可以参考百度百科和下面的这篇博客。

寄存器_百度百科 (baidu.com)

STM32寄存器的简介、地址查找，与直接操作寄存器_geekYatao-CSDN博客_stm32寄存器

二、实验原理

1. STM32F103的地址和寄存器映射原理

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称为存储器映射，如下图所示（st官方文件）。
在这里插入图片描述
寄存器本身没有地址，给储存器分配地址的过程叫存储器映射。在存储器Block2这块区域，设计的是片上外设，它们以四个字节为一个单元，共32bit，每一个单元对应不同的功能，当我们控制这些单元时就可以驱动外设工作。

2.找到寄存器地址

在STM32中文参考手册第28页可以找到时钟RCC的寄存器的起始地址和GPIO的寄存器的起始地址。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
然后在相关章节找到详细寄存器地址的定义，我们可以在程序中定义这些地址，这样操作起来比较方便。（本次实验用到A1、A2和A3引脚）

#define RCC_APB2ENR		*((unsigned volatile int*)0x40021018)
#define GPIOA_CRL		*((unsigned volatile int*)0x40010800)
#define GPIOA_ODR		*((unsigned volatile int*)0x4001080C)

3. GPIO端口的初始化设置

GPIO是通用输入输出端口的简介，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被分为很多组，每组有16个引脚。最基本的输出功能是由STM32控制引脚输出高、低电平，实现开关控制。最基本的输出功能是检测外部输入电平。GPIO的结构决定了GPIO可以配置成以下模式：

typedef enum
{ GPIO_Mode_AIN = 0x0,           // 模拟输入
  GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04,  // 浮空输入
  GPIO_Mode_IPD = 0x28,          // 下拉输入
  GPIO_Mode_IPU = 0x48,          // 上拉输入
  GPIO_Mode_Out_OD = 0x14,       // 开漏输出
  GPIO_Mode_Out_PP = 0x10,       // 推挽输出
  GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C,        // 复用开漏输出
  GPIO_Mode_AF_PP = 0x18         // 复用推挽输出
}GPIOMode_TypeDef;

实现流水灯大致可以分成下面的步骤
在这里插入图片描述
首先需要配置时钟，在STM32中文参考手册第71页
在这里插入图片描述

可以看到端口A时钟使能的位为2，所以时钟使能代码如下

RCC_APB2ENR |= 1<<2;

接下是GPIO的端口配置，在STM32中文参考手册第113页
在这里插入图片描述
这里我们设置通用推挽输出模式，输出模式最大速度是50MHz，即0011，对应的16进制的值为3，所以使A1、A2和A3使用上述模式的代码如下

GPIOA_CRL &= 0xFFFF000F;
GPIOA_CRL |= 0x00003330;

最后需要让端口输出高低电平，在STM32中文手册第115页
在这里插入图片描述
可以通过位运算来操作寄存器，代码如下

GPIOA_ODR |= 1<<1;
GPIOA_ODR |= 1<<2;
GPIOA_ODR |= 1<<3;

以上内容参考STM32中文参考手册和零死角玩转STM32——F103指南者，需要了解更多请参考相关资料。

三、创建工程

1.准备工作

1.1 实验材料

实验开始前，需要准备以下材料：

  • 3.3V或5V电压源
  • 绿、红、蓝LED各一个
  • 面包板
  • 杜邦线若干
  • 电阻100Ω×3

1.2 原理图

STM32F103C8T6原理图
在这里插入图片描述

###　1.3 实验电路图
在这里插入图片描述

1.4 创建工程目录

创建工程文件，如图。其中Libraries是库文件和启动文件的存放位置，Listing是keil工程生成的链接文件的存放位置，Output是工程生成输出文件的存放位置，Project是存放keil工程文件的位置，User存放用户文件的位置，具体请按自己习惯配置。
在这里插入图片描述

注意创建文件的位置的上级目录不能含有中文。

Project的上级目录中含有中文，笔者在Project目录下创建了MDK文件，用来储存keil的工程文件。
在这里插入图片描述

2.创建工程

2.1 创建Keil工程文件

创建工程,打开Keil μVision5，在Project菜单下选择New μVision Project。根据自己的芯片选择自己合适的芯片信号，笔者使用的芯片是STM32F103C8T6，所以在这里选择STM32F103C8。
在这里插入图片描述
本次实验用寄存器控制STM32，我们不需要在线添加库文件，这里点击关掉。
在这里插入图片描述

2.2 默认文件夹的设置（选做）

（选做）更改Listing和Output的默认文件夹，点击魔术棒，在Option选项下修改相关设置。
在这里插入图片描述
在Output和Listing选项下修改默认输出文件的位置，点击Select Folder for Objects按钮，修改默认文件夹位置。

如果使用串口烧录需要勾选Create HEX File选项，会在Output文件夹下生成Hex文件。

在这里插入图片描述

注意：选择文件需要选择最终目录下，如笔者选择的是…\Output\目录。

2.3 添加宏定义和头文件路径

在Option中点击C/C++（AC6），定义全局宏文件，在Define中填入STM32F10X_MD, USE_STDPERIPH_DRIVER。语言选择C99。

注意：笔者使用的是中等容量的STM32的芯片，所以填入的是MD，如果使用的是RC或其他大容量的芯片，请根据需求自行选择合适的宏定义。

在这里插入图片描述
添加头文件地址，点击Include Paths右边的按钮，添加库文件的位置。双击空白的下一行，或者点击上面的按钮，再点击右边的…按钮。
在这里插入图片描述
下图是添加好头文件的效果图。
在这里插入图片描述
接下来给工程添加必须的文件。点击三个方块状的按钮，魔法棒按钮右边的按钮。添加Group（类似于文件夹）,在Group中添加文件。
在这里插入图片描述
下面是添加好文件的效果图。
在这里插入图片描述

2.4 注意事项

注意：请根据自己固件库的版本选择合适的编译器，如笔者使用的是第5版的编译器（默认是第6版）。

在这里插入图片描述

2.5 程序——寄存器版本

注意：寄存器版本不需要led.c和led.h两个文件

main.c

#include "stm32f10x.h"

#define RCC_APB2ENR		*((unsigned volatile int*)0x40021018)

#define GPIOA_CRL		*((unsigned volatile int*)0x40010800)
#define GPIOA_ODR		*((unsigned volatile int*)0x4001080C)

#define DELAY Delay(0x0FFFFF);
void LED_Init(void);
void Delay(uint32_t nCount); 
int main(void)
{
	LED_Init();
	while (1)
	{
		GPIOA_ODR &= ~(1<<1);
		DELAY;
		DELAY;
		DELAY;
		GPIOA_ODR |= 1<<1;
		GPIOA_ODR &= ~(1<<2);
		DELAY;
		DELAY;
		DELAY;
		GPIOA_ODR |= 1<<2;
		GPIOA_ODR &= ~(1<<3);
		DELAY;
		DELAY;
		DELAY;
		GPIOA_ODR |= 1<<3;
	}
}

void LED_Init(void)
{
	RCC_APB2ENR |= 1<<2;//使能PORTA时钟
	GPIOA_CRL &= 0xFFFF000F;
	GPIOA_CRL |= 0x00003330;//设置为推挽输出,速率为50MHz
	GPIOA_ODR |= 1<<1;
	GPIOA_ODR |= 1<<2;
	GPIOA_ODR |= 1<<3;
}

void Delay(uint32_t nCount)
{
	for(; nCount != 0; nCount--);
}

2.6 程序——库函数版本

led.h

#ifndef __LED_H
#define	__LED_H
#include "stm32f10x.h"
/* 定义LED连接的GPIO端口, 用户只需要修改下面的代码即可改变控制的LED引脚 */
#define LED1_GPIO_PORT    	GPIOA						/* GPIO端口 */
#define LED1_GPIO_CLK 	    RCC_APB2Periph_GPIOA		/* GPIO端口时钟 */
#define LED1_GPIO_PIN		GPIO_Pin_1			        

#define LED2_GPIO_PORT    	GPIOA						/* GPIO端口 */
#define LED2_GPIO_CLK 	    RCC_APB2Periph_GPIOA		/* GPIO端口时钟 */
#define LED2_GPIO_PIN		GPIO_Pin_2			        

#define LED3_GPIO_PORT    	GPIOA						/* GPIO端口 */
#define LED3_GPIO_CLK 	    RCC_APB2Periph_GPIOA		/* GPIO端口时钟 */
#define LED3_GPIO_PIN		GPIO_Pin_3			 

#define ON  0
#define OFF 1

/* 使用标准的固件库控制IO*/
#define LED1(a)	if (a)	\
					GPIO_SetBits(LED1_GPIO_PORT,LED1_GPIO_PIN);\
					else		\
					GPIO_ResetBits(LED1_GPIO_PORT,LED1_GPIO_PIN)

#define LED2(a)	if (a)	\
					GPIO_SetBits(LED2_GPIO_PORT,LED2_GPIO_PIN);\
					else		\
					GPIO_ResetBits(LED2_GPIO_PORT,LED2_GPIO_PIN)
          
#define LED3(a)	if (a)	\
					GPIO_SetBits(LED3_GPIO_PORT,LED3_GPIO_PIN);\
					else		\
					GPIO_ResetBits(LED3_GPIO_PORT,LED3_GPIO_PIN)

/* 直接操作寄存器的方法控制IO */
#define	digitalHi(p,i)		{p->BSRR=i;}		//输出为高电平		
#define digitalLo(p,i)		{p->BRR=i;}			//输出低电平
#define digitalToggle(p,i)	{p->ODR ^=i;}		//输出反转状态


/* 定义控制IO的宏 */
#define LED1_TOGGLE			digitalToggle(LED1_GPIO_PORT,LED1_GPIO_PIN)
#define LED1_OFF			digitalHi(LED1_GPIO_PORT,LED1_GPIO_PIN)
#define LED1_ON				digitalLo(LED1_GPIO_PORT,LED1_GPIO_PIN)

#define LED2_TOGGLE			digitalToggle(LED2_GPIO_PORT,LED2_GPIO_PIN)
#define LED2_OFF			digitalHi(LED2_GPIO_PORT,LED2_GPIO_PIN)
#define LED2_ON				digitalLo(LED2_GPIO_PORT,LED2_GPIO_PIN)

#define LED3_TOGGLE			digitalToggle(LED3_GPIO_PORT,LED3_GPIO_PIN)
#define LED3_OFF			digitalHi(LED3_GPIO_PORT,LED3_GPIO_PIN)
#define LED3_ON				digitalLo(LED3_GPIO_PORT,LED3_GPIO_PIN)

void GPIO_Config(void);

#endif /* __LED_H */

头文件中宏定义了相关的接口的参数，led.c中的函数调用led.h头文件中的宏定义设置相关参数，可以减少led.c的代码量。
led.c

#include "led.h"   
void GPIO_Config(void)
{
	/* 定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体 */
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	/* 设置时钟，本实验只使用了GPIOA口 */
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	/* 将GPIO_Mode和GPIO_Speed统一设置为PP模式和50MHz */
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED1_GPIO_PIN;
	GPIO_Init(LED1_GPIO_PORT,&GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED2_GPIO_PIN;
	GPIO_Init(LED2_GPIO_PORT,&GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED3_GPIO_PIN;
	GPIO_Init(LED3_GPIO_PORT,&GPIO_InitStructure);
	
}

如上面介绍的，定义结构体GPIO_InitStructure后，设置时钟，然后配置引脚、输出模式、输出速率，初始化每一个GPIO引脚。

main.c

#include "stm32f10x.h"
#include "led.h"
#define DELAY Delay(0x0FFFFF);

void Delay(__IO u32 nCount); 
int main(void)
{	
	/* GPIO端口初始化 */
	GPIO_Config();	 
	while (1)
	{
		LED1_ON;			// 亮
		DELAY;
		DELAY;
		LED1_OFF;			// 灭
		LED2_ON;			// 亮
		DELAY;
		DELAY;
		LED2_OFF;			// 灭
		LED3_ON;			// 亮
		DELAY;
		DELAY;
		LED3_OFF;			// 灭
	}
}

void Delay(uint32_t nCount)
{
	for(; nCount != 0; nCount--);
}

3.烧录工作

3.1采用串口进行烧录

串口烧录是一种通用的烧录方法，我们需要安装CH340驱动，使用TTL转USB接入电脑。
在这里插入图片描述
接线采用上面图片的方式，VCC是电源，TXD是数据发送，RXD是数据接收，GND是地。注意，在烧录之前需要确定BOOT设置正确。

BOOT0BOOT1MODE
0XFLASH
11SPAM
10ISP

我们需要将模式设置为ISP模式，所以将BOOT0设置为1，BOOT1设置为0。
在这里插入图片描述
用杜邦线连接好后，将USB插在电脑上。右键此电脑，点击管理，在设备管理器可以看到此时出现了端口设备，下拉可以看到使用的是COM7。
在这里插入图片描述
打开烧录软件，这里笔者使用的是FlyMcu软件。可以在软件上设置端口、波特率等基本参数。点击读取件信息可以查看基本信息，还可以用来判断芯片是否正常连接电脑。
在这里插入图片描述
选择烧录的hex文件，然后点击开始编程即可以给芯片烧录hex文件。
在这里插入图片描述
结尾出现”命令执行完毕，一切正常“则代表程序烧录成功。

3.2采用Stlink进行烧录

首先我们需要将芯片连接到ST-Link上，连接方法参考下图。

注意：stlink连接时芯片需要单独供电

在这里插入图片描述
和上面串口烧录一样，在设备管理器检查是否正常连接了stlink。正常连接可以在通用串行总线设备中找到stlink的设备。
在这里插入图片描述
连接好后在keil中点击“魔法棒”，然后在Debug中选择ST-Link Debugger，再点击Settings。
在这里插入图片描述在设置页面的Debug选项将Unit修改为ST-LINK/V2，对应自己的stlink设备，端口Port选择SW。正常连接时SWDIO会出现设备名称。接下来点击Flash Download。
在这里插入图片描述
选中Reset and Run，点击Add按钮，选择自己的设备，这里笔者选择的是128K的设备。
在这里插入图片描述
在keil页面点击Flash下载按钮，或者下拉菜单项Flash点击Download，或者按下F8快捷键。
在这里插入图片描述
下载成功后Build Output窗口会输出正确信息。
在这里插入图片描述

4.实验效果

在这里插入图片描述

四、总结

本次实验在上次Keil环境配置及stm32程序的仿真调试_江南烟脓雨的博客-CSDN博客的基础上，添加了很多库文件。并简单学习了相关寄存器及操作寄存器，并可以通过寄存器完成点亮流水灯的实验。本次实验比较匆忙，如果疏漏和错误，请指正。

五、参考资料

寄存器_百度百科 (baidu.com)

STM32寄存器的简介、地址查找，与直接操作寄存器_geekYatao-CSDN博客_stm32寄存器

STM32中文参考手册_V10.pdf
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加:2021-10-22 11:06:03  更:2021-10-22 11:06:25 
 
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