一、实验要求
1、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（时钟配置、输入输出模式设置、最大速率设置）。
2、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。
二、实验过程及结果
（一）任务1
1、地址映射和寄存器映射原理
1）地址映射
地址映射，也被称为存储器映射。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，如果再分配一个地址就叫重映射。
ARM 将 4GB 的存储器空间，平均分成 8 块区域，每块区域的大小是 512MB，STM32 芯片只用其中一部分。ARM 对 4GB 容量分块是按照其功能划分，每块都有特殊的用途。
在 8 个 Block 里面，Block0、Block1 和 Block2包含了 STM32 芯片的内部 Flash、RAM 和片上外设。
存储器 Block0 内部区域功能划分
Block0 主要用于设计片内的 FLASH，STM32F103 系列芯片内部 FLASH 最大是 512KB。在芯片内部集成更大的 FLASH 或者 SRAM ，意味着芯片成本的增加，所以片内集成的FLASH 都不会太大。
存储器Block1内部区域功能划分
Block1用于设计片内的SRAM。
存储器Block2内部区域功能划分
Block2 用于设计片内外设，根据外设总线速度的不同，Block2 被划分为 AHB 和 APB 两部分，APB 又被分成 APB1 和 APB2 总线。
Block3/4/5中包含了FSMC扩展区域，可用于扩展外部存储器，比如 SRAM，NORFLASH 和 NANDFLASH 等。
2）寄存器映射
寄存器映射是在存储器映射的基础上进行的。
在存储器片上外设区域，以四个字节为一个单元，每个单元对应不同的功能。当我们控制这些单元时就可驱动外设工作，找到每个单元的起始地址，然后通过C 语言指针的操作方式来访问这些单元。但若每次都是通过这种方式访问地址，不好记忆且易出错。因此，我们根据每个单元功能的不同，以功能为名给内存单元取一个别名，其实质就是寄存器名字。给已分配好地址(通过存储器映射实现)的有特定功能的内存单元取别名的过程就是寄存器映射。
2、GPIO端口的初始化设置
1）时钟
STM32的时钟是由内部或外部振荡器产生的“频率”，被称为“系统时钟”。最大为72MHz，换成周期T约为13.9ns。
2）GPIO工作模式
GPIO_Mode_AIN 模拟输入（应用ADC模拟输入，或者低功耗下省电）
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）
GPIO_Mode_IPD 下拉输入（IO内部下拉电阻输入）
GPIO_Mode_IPU 上拉输入（IO内部上拉电阻输入）
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）
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 ）
GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出（片内外设功能（I2C的SCL,SDA））
GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出（片内外设功能TX1,MOSI,MISO.SCK.SS）
3）GPIO初始化步骤
第一步：使能GPIOx口的时钟。
第二步：指明GPIOx口的哪一位，这一位的速度大小以及模式。
第三步：调用GPIOx口初始化函数，进行初始化。
第四步：调用GPIO-SetBits函数，进行相应为的置位。
对于单个GPIO口的初始化如下
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
第一步：使能GPIOA的时钟：
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
第二步：设置GPIOA参数：输出OR输入，工作模式，端口翻转速率
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_6| GPIO_Pin_7| GPIO_Pin_8; //设定要操作的管脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //设置为推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // IO口速度为50MHz
第三步：调用GPIOA口初始化函数，进行初始化。
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //根据设定参数初始化GPIOA
第四步：调用GPIO-SetBits函数，进行相应为的置位。
GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0); //输出高
对于多个GPIO口的初始化如下
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
第一步：使能GPIOA，GPIOE的时钟：
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);
第二步：设置GPIOA,GPIOE参数：输出OR输入，工作模式，端口翻转速率
第三步：调用GPIOA口初始化函数，进行初始化。
第四步：调用GPIO-SetBits函数，进行相应为的置位。
?把第二、三、四步合并分别设置GPIOA和GPIOE
先设置GPIOA
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4; // 第四个口，PA4
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //设置为推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // IO口速度为50MHz
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO-InitST); //根据设定参数初始化GPIOA
GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4); //输出高
再设置GPIOE
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3; // 第三个口，PE3
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //设置为推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // IO口速度为50MHz
GPIO_Init(GPIOE,&GPIO-InitST); //根据设定参数初始化GPIOE
GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_3); //输出高
（二）任务2
1、STM32F103C8T6芯片
核心板原理图：
2、寄存器详情
查看寄存器组起始地址表，发现：RCC地址范围、寄存器地址范围。
寄存器地址：端口起始地址+偏移地址
1）时钟
2）GPIOx端口
端口配置寄存器有两个，分别为端口配置低寄存器（CRL）和端口配置高寄存器（CRH），每四位配置一个端口。
端口输出寄存器（ORD）在相应的位赋值可以控制输出电压，0为低电压，1为高电压。
3、流水灯原理
将 GPIO 的引脚设置成推挽输出模式并且默认下拉，输出低电平， LED灯点亮。
4、C语言编程
1）源码
LED.c程序：
#include "stm32f10x.h"
#define RCC_APB2ENR *((unsigned volatile int*)0x40021018)//APB2使能时钟寄存器
#define GPIOA_CRL *((unsigned volatile int*)0x40010800)//GPIOA配置寄存器
#define GPIOA_ODR *((unsigned volatile int*)0x4001080C)
#define GPIOB_CRH *((unsigned volatile int*)0x40010C04)//GPIOB配置寄存器
#define GPIOB_ODR *((unsigned volatile int*)0x40010C0C)
#define GPIOC_CRH *((unsigned volatile int*)0x40011004)//GPIOC配置寄存器
#define GPIOC_ODR *((unsigned volatile int*)0x4001100C)
void Delay(volatile unsigned int);
void Delay(volatile unsigned int t)//延时函数
{
unsigned int i;
while(t--)
for(i=0;i<800;i++);
}
int main(void)
{
RCC_APB2ENR|=1<<2|1<<3|1<<4; //APB2-GPIOA、GPIOB、GPIOC外设时钟使能
GPIOA_CRL&=0x0FFFFFFF; //设置位 清零
GPIOA_CRL|=0x20000000; //PA7推挽输出：0010
GPIOA_ODR|=(1<<7); //设置初始灯 灭
GPIOB_CRH&=0xFFFFFF0F; //设置位 清零
GPIOB_CRH|=0x00000020; //PB9推挽输出：0010
GPIOB_ODR|=(1<<9); //设置初始灯 灭
GPIOC_CRH&=0x0FFFFFFF; //设置位 清零
GPIOC_CRH|=0x20000000; //PC15推挽输出：0010
GPIOC_ODR|=(1<<15); //设置初始灯 灭
while(1)
{
GPIOA_ODR&=~(1<<7); //PA7亮灯，低电平：置0，按位与
Delay(1000000);
GPIOA_ODR|=1<<7; //PA7高电平
GPIOB_ODR&=~(1<<9); //PB9亮灯，低电平：置0，按位与
Delay(1000000);
GPIOB_ODR|=1<<9; //PB9高电平
GPIOC_ODR&=~(1<<15); //PC15亮灯，低电平：置0，按位与
Delay(1000000);
GPIOC_ODR|=1<<15; //PC15高电平
}
}
2）步骤
① 项目创建
点击 Project ——> Open Project，打开之前实验“STM32汇编语言编程与仿真调试”创建的工程。
配置环境如下：
① 工程的目标环境设置为STM32F103C8；
② CMSIS下选择CORE，Device下选择Startup；
③ Output 中勾选 Create HEX File 生成 hex 文件；
④ Debug中选择“Use Simulator”，设置Dialog DLL项为“DARMSTM.DLL”，parameter项为“-pSTM32F103C8”。
右击 Source Group 1 ，点击 Add New Item to Group；点击 C Flie(.c)创建C语言文件LED.c。
② 编译调试
编译程序：
设置示波器：
观察波形图：
③ 硬件操作
使用USB-TTL直接进行串口下载，将USB-TTL的GND和3.3V接入STM32最新系统板的GND和3.3V，然后TXD和RXD分别接入A10和A9引脚。
接入后按照程序中GPIOx的引脚接上LED灯，将LED灯+极接入3.3V的电压，且最小核心板要利用跳线帽实现boot0置1，boot1置0。
安装 USB 转串口驱动—CH340 版本。
打开 mcuisp 软件，开始烧录。
配置如下：
搜索串口，设置波特率 115200（尽量不要设置太高）
选择要下载的HEX文件
校验、编程后执行DTR低电平复位，RTS高电平进入bootloader
开始编程，如果出现一直连接的情况，按一下开发板的复位键RESET
5、汇编语言编程
LED.s程序：
RCC_APB2ENR EQU 0x40021018;配置RCC寄存器,时钟,0x40021018为时钟地址
GPIOB_BASE EQU 0x40010C00
GPIOC_BASE EQU 0x40011000
GPIOA_BASE EQU 0x40010800
GPIOB_CRL EQU 0x40010C00
GPIOC_CRH EQU 0x40011004
GPIOA_CRL EQU 0x40010800
GPIOB_ODR EQU 0x40010C0C
GPIOC_ODR EQU 0x4001100C
GPIOA_ODR EQU 0x4001080C
Stack_Size EQU 0x00000400;栈的大小
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 ; Top of Stack
DCD Reset_Handler ; Reset Handler
AREA |.text|, CODE, READONLY
THUMB
REQUIRE8
PRESERVE8
ENTRY
Reset_Handler
bl LED_Init;bl：带链接的跳转指令。当使用该指令跳转时，当前地址(PC)会自动送入LR寄存器
MainLoop BL LED_ON_C
BL Delay
BL LED_OFF_C
BL Delay
BL LED_ON_A
BL Delay
BL LED_OFF_A
BL Delay
BL LED_ON_B
BL Delay
BL LED_OFF_B
BL Delay
B MainLoop;B:无条件跳转。
LED_Init;LED初始化
PUSH {R0,R1, LR};R0,R1,LR中的值放入堆栈
;控制时钟
LDR R0,=RCC_APB2ENR;LDR是把地址装载到寄存器中(比如R0)。
ORR R0,R0,#0x1c
LDR R1,=RCC_APB2ENR
STR R0,[R1]
;初始化GPIOA_CRL
LDR R0,=GPIOA_CRL
BIC R0,R0,#0x0fffffff;BIC 先把立即数取反，再按位与
LDR R1,=GPIOA_CRL
STR R0,[R1]
LDR R0,=GPIOA_CRL
ORR R0,#0x00000001
LDR R1,=GPIOA_CRL
STR R0,[R1]
;将PA0置1
MOV R0,#0x01
LDR R1,=GPIOA_ORD
STR R0,[R1]
;初始化GPIOB_CRL
LDR R0,=GPIOB_CRL
BIC R0,R0,#0x0fffffff;BIC 先把立即数取反，再按位与
LDR R1,=GPIOB_CRL
STR R0,[R1]
LDR R0,=GPIOB_CRL
ORR R0,#0x00000001
LDR R1,=GPIOB_CRL
STR R0,[R1]
;将PB0置1
MOV R0,#0x01
LDR R1,=GPIOA_ORD
STR R0,[R1]
;初始化GPIOC
LDR R0,=GPIOC_CRH
BIC R0,R0,#0x0fffffff
LDR R1,=GPIOC_CRH
STR R0,[R1]
LDR R0,=GPIOC_CRH
ORR R0,#0x01000000
LDR R1,=GPIOC_CRH
STR R0,[R1]
;将PC15置1
MOV R0,#0x8000
LDR R1,=GPIOC_ORD
STR R0,[R1]
POP {R0,R1,PC};将栈中之前存的R0，R1，LR的值返还给R0，R1，PC
LED_ON_A
PUSH {R0,R1, LR}
MOV R0,#0x00
LDR R1,=GPIOA_ORD
STR R0,[R1]
POP {R0,R1,PC}
LED_OFF_A
PUSH {R0,R1, LR}
MOV R0,#0x01
LDR R1,=GPIOA_ORD
STR R0,[R1]
POP {R0,R1,PC}
LED_ON_B;亮灯
PUSH {R0,R1, LR}
MOV R0,#0x00
LDR R1,=GPIOB_ORD
STR R0,[R1]
POP {R0,R1,PC}
LED_OFF_B;熄灯
PUSH {R0,R1, LR}
MOV R0,#0x01
LDR R1,=GPIOB_ORD
STR R0,[R1]
POP {R0,R1,PC}
LED_ON_C;亮灯
PUSH {R0,R1, LR}
MOV R0,#0x00
LDR R1,=GPIOC_ORD
STR R0,[R1]
POP {R0,R1,PC}
LED_OFF_C;熄灯
PUSH {R0,R1, LR}
MOV R0,#0x0100
LDR R1,=GPIOC_ORD
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,#330
BCC DelayLoop0
MOVS R0,#0
ADDS R1,R1,#1
CMP R1,#330
BCC DelayLoop0
MOVS R0,#0
MOVS R1,#0
ADDS R2,R2,#1
CMP R2,#15
BCC DelayLoop0
POP {R0,R1,PC}
NOP
END
硬件操作过程同C语言编程时相同。
6、实际效果
stm32流水灯
三、实验总结
通过完成本次STM32F103寄存器方式点亮LED流水灯实验，我了解了STM32F103系列芯片的地址映射和寄存器映射原理，更加深入地学习了GPIOx端口寄存器和GPIO端口初始化设置的知识，进一步知晓了stm32系列开发板和面包板等硬件的连接方式。在本次实验操作的过程中，我深刻认识到仿真操作和硬件操作存在着很大的区别，使用硬件操作不仅能学到更多与硬件相关的基础知识，同时还能锻炼我的动手操作能力。总而言之，硬件操作与仿真操作相结合的实验方式让我受益匪浅。
四、参考资料
1、零死角玩转STM32—F103指南者.pdf
2、STM32F10xxx参考手册.pdf
3、3 . 存储器映射 和 寄存器映射
4、STM32入门-GPIO初始化步骤
5、STM32寄存器点亮流水灯的三种方法
6、STM32F103寄存器方式点亮LED流水灯