STM32寄存器开发基础-点亮LED灯(讲解GPIO口输出)

文章目录

一、前言
二、系列文章
三、如何学习？
四、STM32编程-控制LED灯
- [4.1 STM32开发板](#4.1 STM32开发板)
- [4.2 原理图](#4.2 原理图)
- [4.3 STM32的GPIO口](#4.3 STM32的GPIO口)
- [4.4 开时钟](#4.4 开时钟)
- [4.5 配置GPIO模式的寄存器](#4.5 配置GPIO模式的寄存器)
- [4.6 编写LED灯的初始化代码](#4.6 编写LED灯的初始化代码)
- [4.7 GPIO口控制输出寄存器](#4.7 GPIO口控制输出寄存器)
- [4.8 一个完整的闪光灯程序代码](#4.8 一个完整的闪光灯程序代码)
五、关于寄存器是问题

一、前言

这篇文章学习STM32F103单片机，以寄存器方式，点亮LED灯。以控制LED灯为例，学习如何配置STM32的寄存器，实现输出高低电平的控制。

所以，重点不是LED灯如何控制，重点是教会大家如何写代码配置STM32的GPIO口，实现对LED这种外设模块进行控制。

学会如何配置GPIO口，不管是多少LED灯，还是其他的外设模块，比如：继电器、电机、各种传感器，控制办法都是一样的，都是高低电平进行控制。

二、系列文章

在本专栏里，除了有很多完整的项目案例之外，剩下的大部分文章是讲解STM32的基础编程，方便没有基础的同学可以从0开始学习STM32编程，我的所有STM32项目，都是采用寄存器风格编程，整体代码简洁，工程文件少，工程构造简单，这样写出的代码也很方便移植到其他系列单片机使用。

下面是物联网项目开发专栏里的一部分STM32基础开发系列文章，大家可以打开专栏看目录学习。

cpp 复制代码

00 STM32基础开发-安装keil软件、新建keil工程、搭建基础开发环境---初学者必看
01 STM32寄存器开发基础-位段操作(以控制LED灯为例)
02 STM32寄存器开发基础-按键检测(讲解GPIO口输入)---初学者必看
03 STM32寄存器开发基础-点亮LED灯(讲解GPIO口输出)---初学者必看
04 STM32寄存器开发基础-位段操作(以检测按键为例)
05 STM32寄存器开发基础-串口编程
06 STM32寄存器开发基础-定时器编程 
07 STM32寄存器开发基础-中断编程 
08 STM32编程-基础模块开发-ESP8266串口WIFI
09 STM32编程-基础模块开发-HC05串口蓝牙
10 STM32编程-基础模块开发-EEPROM编程(IIC总线讲解)
11 STM32编程-基础模块开发-W25Q64-FLASH编程(SPI总线讲解)
12 STM32编程-基础模块开发-DS18B20温度传感器编程(单总线协议讲解)
13 STM32编程-基础模块开发-DHT11温湿度传感器编程(单线协议讲解)
14 STM32编程-基础模块开发-SHTxx温湿度传感器编程(IIC总线讲解)
15 STM32编程-基础模块开发-Air724UG-4G模块编程(串口AT指令)
16 STM32编程-基础模块开发-NBIOT-BC26模块编程(串口AT指令)
17 STM32编程-基础模块开发-SIM800C-2G模块编程(串口AT指令)
18 STM32编程-基础模块开发-0.96寸-OLED显示屏(4针)编程(IIC协议)
19 STM32编程-基础模块开发-0.96寸-OLED显示屏(7针)编程(SPI协议)
20 STM32编程-基础模块开发-1.44寸-LCD显示屏编程(SPI协议)
21 STM32编程-基础模块开发-RC522-RFID刷卡模块编程(SPI协议)
22 STM32寄存器开发基础-ADC编程(采集MQ2烟雾传感器的模拟量数据)
23 STM32编程-基础模块开发-继电器模块编程(高低电平控制)
24 STM32编程-基础模块开发-蜂鸣器模块编程(高低电平控制)
25 STM32编程-基础模块开发-水质、浑浊度模块编程(ADC采集)
26 STM32编程-基础模块开发-土壤湿度模块编程(ADC采集)
27 STM32寄存器开发基础-RTC实时时钟编程(设计电子钟)
28 STM32编程-基础模块开发-MPU6050陀螺仪模块编程(IIC协议)
29 STM32编程-基础模块开发-(LU)MX90614红外测温模块编程(串口协议)
30 STM32编程-基础模块开发-SG90舵机模块编程(PWM控制)
31 STM32编程-基础模块开发-ULN2003+28BYJ4步进电机模块编程(4线)
32 STM32编程-基础模块开发-防水型DS18B20水温测量模块编程
34 STM32编程-基础模块开发-ESP8266-AT指令连接华为云物联网平台
35 STM32编程-基础模块开发-ESP8266-AT指令连接OneNet物联网平台
36 STM32编程-基础模块开发-ESP8266-AT指令连接腾讯云物联网平台
37 STM32编程-基础模块开发-MQ3酒精浓度检测模块编程(ADC采集)
38 STM32编程-基础模块开发-GPS定位模块编程(串口采集数据)
39 STM32编程-基础模块开发-MAX30102模块编程(串口采集数据)
40 STM32编程-基础模块开发-PulseSensor心率模块编程(ADC采集数据)

....会继续持续更新

三、如何学习？

在学习STM32单片机编程之前，肯定得有点基础的准备。

（1）先保证自己的C语言基础过关，不需要太高深的C语言基础，最起码C语言的基本语法要能够看懂。

（2）C语言的位运算是必须必须要会，我的STM32教程里都是采用寄存器编程，寄存器编程都是采用位运算操作STM32的寄存器，如果你不懂位运算，那么可能就看不懂如何操作硬件寄存器。

（3）要先自己安装好keil软件，要会keil软件的基本使用：比如，如何新建工程? 如何添加.c文件？如何添加.h头文件？如何设置.h头文件的搜索路径？

如果不会C语言怎么办？

你可以关注我的微信公众号：《DS小龙哥嵌入式技术资讯》进行学习。在公众号里，有完全免费的C语言教程可以学习，在菜单栏里，可以找到C语言的菜单。

也可以去网盘里下载文档学习： https://pan.quark.cn/s/aa9abc2979c4

如果STM32文章看起来有难度怎么办？

【1】可以看视频辅助学习（这是网盘下载）： https://pan.quark.cn/s/aa9abc2979c4

【2】后面也会在B站发布更新STM32基础学习视频，会重新录制整套STM32的视频（可以关注动态） ： https://space.bilibili.com/68130189

【3】教程里用到的各种文档资料、工具，软件，在哪里下载？（网盘下载）：
https://pan.quark.cn/s/7b2aacb3be24

【4】学会STM32之后有哪些项目可以练手？（网盘下载）
https://pan.quark.cn/s/b9e518ea5beb

四、STM32编程-控制LED灯

4.1 STM32开发板

学习之前，那肯定得准备一块STM32的开发板。只要是STM32F103的芯片都可以，本系列教程都适用。

4.2 原理图

控制LED灯，首先需要知道LED灯的原理图，知道LED是连接到STM32板子的那一个IO口才可以编程。

从原理图上得知，LED0接在PD2，LED1接在PA8上面的。

4.3 STM32的GPIO口

STM32的GPIO口是分组管理的，它的命名规则是这样的： GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD...

每个组里面有16个口，比如(简称)：

PA0、PA1、PA2 ... PA15

PB0、PB1、PB2 ... PB15

...

在寄存器里管理这些IO口的时候，每个组分为了高和低两个部分。

L表示低，IO口的编号范围是： 0 ~ 7

H表示高，IO口的编号范围是： 8 ~ 15

4.4 开时钟

STM32的每个组的GPIO口要能使用，需要打开对应组的时钟。其实就是相当于打开开关,表示允许这个组的GPIO口可以配置。

控制时钟开关的寄存器是，RCC_APB1 和 RCC_APB2 。

在数据手册第6章节有说明这个时钟如何开。

从下面图标出来的寄存器位置可以知道，要开启时钟，只需要把对应的寄存器位设置为1就可以了。

如果我要把GPIOA的时钟打开，代码里如何写呢？可以这样写

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RCC->APB2ENR|=1<<2;//PA

如果我要把GPIOB的时钟打开，代码里如何写呢？可以这样写

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RCC->APB2ENR|=1<<3;//PB

如果我要把GPIOC的时钟打开，代码里如何写呢？可以这样写

cpp 复制代码

RCC->APB2ENR|=1<<4;//PC

如果我要把GPIOD的时钟打开，代码里如何写呢？可以这样写

cpp 复制代码

RCC->APB2ENR|=1<<5;//PD

如果要继续开其他外设的时钟，按这个规律写就行。

在第6.2章还有一张图，时钟树。这个是用来描述STM32芯片内部的时钟的情况（看不懂也没有关系，这不影响下面的编程）。

4.5 配置GPIO模式的寄存器

在数据手册的第8章，是专门配置GPIO口的章节。可以配置模式、输出控制、输入检测等等。

下面是GPIO口端口模式配置对应的寄存器，名字叫：GPIOX_CRL 和 GPIOX_CRH 。

端口配置低寄存器 (GPIOx_CRL) (x=A...E)

端口配置高寄存器 (GPIOx_CRH) (x=A...E)

这个寄存器为什么分GPIOX_CRL 和 GPIOX_CRH ？

前面已经说过，STM32的IO口为了高、低两个部分进行管理。 0~7的IO口编号属于低位，8 ~ 15 的IO口属于高位。

其中的X是代号，实际使用可以替换为：A、B、C、D、... 也就是实际IO口的分组名字。

那么这个GPIOx_CRL 和 GPIOx_CRH寄存器如何使用呢？

从下面的寄存器截图里可以看出，这个寄存器是32位，有32个位。每4个位表示一个GPIO口的模式。

这4个位如何填，从上面截图里的2个红色框框可以看到的很清楚，这个4个位可以有很多种组合，每个组合都表示了一直模式。

CNFy：端口配置位

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在输入模式(MODE)：
00：模拟输入模式
01：浮空输入模式(复位后的状态) 
10：上拉/下拉输入模式
11：保留
    
在输出模式(MODE)：
00：通用推挽输出模式
01：通用开漏输出模式
10：复用功能推挽输出模式
11：复用功能开漏输出模式

MODEy端口模式位：

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00：输入模式(复位后的状态) 
01：输出模式，最大速度10MHz 
10：输出模式，最大速度2MHz 
11：输出模式，最大速度50MHz

如果现在的GPIO口是要控制LED灯、控制继电器、或者控制其他外设，需要强大的驱动力气，对速度没有要求，那就需要配置为推挽输出模式。

对的4个位就应该填：0011 ，前面的00表示通用推挽输出模式；后面的11表示输出模式，最大速度50MHz。

如果你需要配置为其他模式，那么就按这个规律进行组合即可。

**【1】如果我要将PB6配置为推挽输出模式，应该怎么写代码？ ** 说明：这里的PB6表示GPIOB这个组的第6个IO口。

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GPIOB->CRL&=0xF0FFFFFF;  //这一步是位运算操作，特别注意这个& ， 意思是先将之前的配置清除为0.
GPIOB->CRL|=0x03000000;  //这一步是位运算操作，特别注释这个|，意思是将新的配置赋值进去。

如果大家对这个位运算的  &   和  |  理解不了。 可以先看看C语言的位运算，然后写写例子验证下&和|的功能。这样再回来看就明白了。
    
这份代码里的 0xF0FFFFFF。  大家要数位置，要从右向左数。一个位置表示一个IO口。 数的时候从0开始数。

**【2】如果我要将PB6和PB7同时配置为推挽输出模式，应该怎么写代码？ ** 看下面的代码学习。

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GPIOB->CRL&=0x00FFFFFF;  //这一步是位运算操作，特别注意这个& ， 意思是先将之前的配置清除为0.
GPIOB->CRL|=0x33000000;  //这一步是位运算操作，特别注释这个|，意思是将新的配置赋值进去。

**【3】如果我要将PC2配置为推挽输出模式，应该怎么写代码？ ** 看下面的代码学习。

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GPIOC->CRL&=0xFFFFF0FF;  //这一步是位运算操作，特别注意这个& ， 意思是先将之前的配置清除为0.
GPIOC->CRL|=0x00000300;  //这一步是位运算操作，特别注释这个|，意思是将新的配置赋值进去。

**【4】如果我要将PA8配置为推挽输出模式，应该怎么写代码？ ** 看下面的代码学习。

细心的同学可能发现，PA8的代码写法与前面的几个例子不一样了。不再是CRL，而是CRH了。因为PA8是属于高位，属于8~15的范围，对应的寄存器是CRH。

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GPIOA->CRH&=0xFFFFFFF0;  //这一步是位运算操作，特别注意这个& ， 意思是先将之前的配置清除为0.
GPIOA->CRH|=0x00000003;  //这一步是位运算操作，特别注释这个|，意思是将新的配置赋值进去。

通过以上几个例子，相信大家已经看懂了吧？如果你要继续配置其他的IO口，照着这个规律配置就行了。

4.6 编写LED灯的初始化代码

下面就来实操一下，学一个完整的代码，初始化LED灯链接的GPIO口。

cpp 复制代码

/*
函数功能: LED初始化
硬件连接: PA8 PD2
特性: 低电平点亮
*/
void LED_Init(void)
{
    //开时钟
    RCC->APB2ENR|=1<<2;
    RCC->APB2ENR|=1<<5;
    
    //配置GPIO口
    GPIOA->CRH&=0xFFFFFFF0;
    GPIOA->CRH|=0x00000003;
    GPIOD->CRL&=0xFFFFF0FF;
    GPIOD->CRL|=0x00000300;
    
    //上拉
    GPIOA->ODR|=1<<8;
    GPIOD->ODR|=1<<2;
}

4.7 GPIO口控制输出寄存器

上面已经将模式配置好了，配置为输出模式。那如何控制GPIO口输出？

看下面的寄存器GPIOx_ODR。 GPIOx_ODR 这个寄存器就是用来控制GPIO口每个位输出0和1的。

那么这个GPIOx_ODR寄存器如何使用呢？下面举几个例子，大家就明白了。

【1】如果想控制PB6这个口输出1，应该怎么写？

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GPIOB->ODR|=1<<6;

【2】如果想控制PB6这个口输出0，应该怎么写？

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GPIOB->ODR&=~(1<<6);

【3】如果想控制PC2这个口输出0，应该怎么写？

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GPIOC->ODR&=~(1<<2);

【4】如果想控制PA13这个口输出1，应该怎么写？

cpp 复制代码

GPIOA->ODR|=1<<13;

通过以上几个例子，相信大家已经看懂了吧？如果你要继续配置其他的IO口输出，照着这个规律写就行了。

4.8 一个完整的闪光灯程序代码

这个也就是控制LED灯，一亮，一灭的效果代码。让大家看看如何在主函数里调用写好的函数。

cpp 复制代码

#include "stm32f10x.h"

/*
函数功能: LED初始化
硬件连接: PA8 PD2
特性: 低电平点亮
*/
void LED_Init(void)
{
    //开时钟
    RCC->APB2ENR|=1<<2;
    RCC->APB2ENR|=1<<5;
    
    //配置GPIO口
    GPIOA->CRH&=0xFFFFFFF0;
    GPIOA->CRH|=0x00000003;
    GPIOD->CRL&=0xFFFFF0FF;
    GPIOD->CRL|=0x00000300;
    
    //上拉
    GPIOA->ODR|=1<<8;
    GPIOD->ODR|=1<<2;
}

/*
函数功能: 延时ms单位
*/
void DelayMs(int ms)
{
	int i,j,n;
	for(i=0;i<ms;i++)
		for(j=0;j<100;j++)
			for(n=0;n<100;n++);
}


int main(void)
{
	LED_Init();  //初始化LED
	while(1)
	{
		GPIOA->ODR&=~(1<<8);
        GPIOD->ODR&=~(1<<2);
	    DelayMs(100);
        
        GPIOA->ODR|=1<<8;
        GPIOD->ODR|=1<<2;
        DelayMs(100);
	}	
}

下面是工程代码截图：

五、关于寄存器是问题

喜欢深究代码 探寻真理 的同学，看了上面内容之后，可能还有疑问。

比如下面的代码：

cpp 复制代码

GPIOB->CRL&=0x00FFFFFF;
GPIOB->CRL|=0x33000000;

我们写了这个代码之后，就可以配置PB6和PB7为推挽输出模式。

从C语言的语法上我们可以看出GPIOB->CRL是一个结构体的类型，那么这个GPIOB是怎么来的？在哪里定义的？

我们建立工程的时候，是会添加一个stm32f10x.h 头文件。并在代码里最前面引用了。

cpp 复制代码

#include "stm32f10x.h"

这个头文件是ST官方提供的，里面已经定义了全部寄存器，设置好了地址偏移，我们只要在代码里包含了#include "stm32f10x.h" 头文件。就可以直接使用已经定义好的寄存器进行配置。

那我们可不可以自己定义寄存器名字，不要官方的stm32f10x.h头文件呢？那当然是可以的。

如果你为了能更加清晰的搞懂底层，是可以自己写的头文件的。

我们注意看数据手册，在每个寄存器上，都写了这个寄存器的地址偏移的。

在得知偏移地址之后，还需要知道基地址，也就是基于什么地址偏移的，这样就可以找到寄存器的真实地址了。

翻到数据手册的2章就可以看到每个寄存器的起始地址。

比如：时钟寄存器RCC的起始地址。

比如：GPIO配置寄存器A B C D ... 的起始地址。

根据前面的说明的偏移量。起始地址加上偏移量就是这个寄存器的实际地址。我们只要用C语言的指针，定义指针类型指向这个地址，我们就可以对这个地址进行操作进行配置寄存器。从这里大家应该理解了。

学指针的时候，各种资料都说C语言指针是C语言的灵魂，还可以操作硬件，这不，活生生的实际例子就来了。

下面给出完整的代码： 下面这个代码例子，就是完全自己定义寄存器，配置寄存器，完成LED灯的控制的例子。大家可以琢磨琢磨。

cpp 复制代码

//RCC时钟寄存器
#define RCC_APB2ENR *((volatile u32 *)(0x40021000+0x18))
#define GPIOB_CRL *((volatile u32 *)(0x40010C00+0x00))
#define GPIOB_CRH *((volatile u32 *)(0x40010C00+0x04))
#define GPIOA_CRL *((volatile u32 *)(0x40010800+0x00))
#define GPIOA_CRH *((volatile u32 *)(0x40010800+0x04))

#define GPIOB_IDR *((volatile u32 *)(0x40010C00+0x08))
#define GPIOB_ODR *((volatile u32 *)(0x40010C00+0x0C))
    
#define GPIOA_IDR *((volatile u32 *)(0x40010800+0x08))
#define GPIOA_ODR *((volatile u32 *)(0x40010800+0x0C))
	

//结构体定义方式
struct STM32_GPIO
{
    u32 CRL;  //0x00
	u32 CRH;  //0x04
	u32 IDR;  //0x08
	u32 ODR;  //0x0C
};

#define MY_GPIOA ((struct STM32_GPIO*)(0x40010800))
#define MY_GPIOB ((struct STM32_GPIO*)(0x40010C00))



/*
函数功能: LED初始化
硬件特性: 低电平亮
硬件接线:
		LED1--PB6
		LED2--PB7
		LED3--PB8
		LED4--PB9
*/
void LED_Init(void)
{
	/*1. 开时钟--第6章RCC*/
	RCC_APB2ENR|=1<<3;//PB
	
	/*2. 配置GPIO模式--第8章GPIOx*/
	GPIOB_CRL&=0x00FFFFFF;
	GPIOB_CRL|=0x33000000;
	
	GPIOB_CRH&=0xFFFFFF00;
	GPIOB_CRH|=0x00000033;
	
	/*3. 上拉: 关闭LED灯*/
	GPIOB_ODR|=1<<6;
	GPIOB_ODR|=1<<7;
	GPIOB_ODR|=1<<8;
	GPIOB_ODR|=1<<9;
}



/*
函数功能: 延时ms单位
*/
void DelayMs(int ms)
{
	int i,j,n;
	for(i=0;i<ms;i++)
		for(j=0;j<100;j++)
			for(n=0;n<100;n++);
}


int main(void)
{
	LED_Init();  //初始化LED
	while(1)
	{
		GPIOB_ODR&=~(1<<6);
	    GPIOB_ODR&=~(1<<7);
	    GPIOB_ODR&=~(1<<8);
	    GPIOB_ODR&=~(1<<9);
	    DelayMs(100);
        
        GPIOB_ODR|=1<<6;
	    GPIOB_ODR|=1<<7;
	    GPIOB_ODR|=1<<8;
	    GPIOB_ODR|=1<<9;
        DelayMs(100);
	}	
}