从零开始学嵌入式之STM32——3.使用寄存器点亮一盏LED灯

一、需求

点亮电路板上的黄灯

二、分析

阅读原理图，找到黄灯相关的电路

从硬件原理图中可以明确：黄色 LED 灯（标识为 LES-1）的控制引脚与芯片的PA0 端口 相连。当 PA0 端口被配置为推挽输出模式 ，且输出低电平时，该 LED 灯（LES-1）即可被点亮。

三、创建工程

创建所需目录结构根据实际项目需求搭建文件夹体系，为保证兼容性与规范性，建议统一使用英文命名文件夹。
准备芯片启动文件适配目标 STM32 芯片型号，准备对应的启动文件，该文件是程序初始化的基础，需确保与芯片内核、闪存配置匹配。（具体的方法参考上一篇博客）

三、写代码

在 STM32 单片机中，GPIO、时钟等均属于片上外设，且这些外设会挂载到 APB1 或 APB2 这两条外设总线上。其中，用于连接 LED 的端口，就是我们常说的 GPIO 端口。

与 51 单片机相比，STM32 的一大区别在于时钟管理机制：它为不同的片上外设配置了不同频率的时钟。这就意味着，想要使用某一个外设（比如 GPIO），必须先开启该外设对应的时钟，否则外设无法正常工作。

而二者的相似之处在于：对片上外设的操作，本质上都是通过配置对应的寄存器来实现的。

基于以上特性，通过寄存器操作点亮一颗 LED 的核心步骤可梳理为以下四步：

操作时钟寄存器，开启目标 GPIO 外设对应的时钟
操作 GPIO 配置寄存器，设置目标 GPIO 端口的工作模式（如推挽输出模式）
操作 GPIO 数据寄存器，配置目标端口输出低电平（需匹配硬件电路的点亮逻辑）
保持端口的低电平输出状态，维持 LED 点亮

1.时钟配置

为何要对 STM32 的时钟进行配置？

核心原因在于 STM32 各片上外设（如 GPIO、串口、定时器等）的工作特性与需求不同，所需的工作时钟频率也存在差异。若所有外设都统一使用系统最高主频运行，一方面会造成不必要的资源浪费（如低速外设无需高频时钟，高频运行反而增加功耗），另一方面也可能超出部分外设的工作频率上限，导致外设无法稳定工作甚至损坏。

总结

适配外设特性：不同外设（如 GPIO、串口、ADC）的设计工作频率不同，时钟配置可精准匹配其运行需求；
优化资源利用：避免所有外设都以高频运行，减少不必要的功耗与资源占用，提升系统效率。
控制GPIO的寄存器：

要访问 STM32 的时钟寄存器，我们需要通过基地址 + 偏移地址 的方式来确定其物理地址：首先从芯片数据手册中获取目标外设的基地址 （本示例中时钟相关外设的基地址为 0x40021000，该地址可在手册对应章节中查阅）；再结合寄存器的偏移量 （本示例中时钟使能寄存器的偏移地址为 0x18），将二者相加即可得到寄存器的实际物理地址。

基于这两个关键地址信息，就能通过如下方式直接访问该时钟寄存器：

*((uint32_t *)(0x40021000 + 0x18))

补充说明

这里使用uint32_t类型是因为 STM32 的寄存器宽度为 32 位，确保地址访问的位数匹配；
括号(0x40021000 + 0x18)先计算出寄存器的物理地址（0x40021018），再通过(uint32_t *)将其转换为 32 位指针类型，最后用*解引用指针，实现对寄存器的读写操作。

总结

STM32 寄存器访问的核心是通过基地址（外设起始地址）+ 偏移地址（寄存器相对位置） 确定物理地址；
需先从芯片手册中获取基地址，再结合寄存器偏移量计算，最后通过指针解引用实现寄存器读写。
这里有个小疑问：这里的基地址假偏移量访问stm32寄存器为什么不写成：
*(((uint32_t *)(0x40021000） + 0x18))
解答：
先拆解两种写法的本质区别
我们先通过计算对比两种写法的实际访问地址，就能直观看到差异：
1.正确写法：*( (uint32_t *)(0x40021000 + 0x18) )
第一步：先做数值相加 → 0x40021000 + 0x18 = 0x40021018
第二步：把结果转成uint32_t类型（32 位无符号整数指针）
第三步：解引用，访问0x40021018这个物理地址的 32 位数据最终访问地址：0x40021018（正是你要的寄存器地址）
疑问的写法：( ((uint32_t *)(0x40021000)) + 0x18 )
第一步：先把基地址0x40021000转成uint32_t类型（指针类型）
第二步：做指针加法 → 指针 + N 等价于指针地址 + N× 指针类型大小uint32_t是 4 字节（32 位），所以实际地址是：0x40021000 + 0x18×4 = 0x40021060
第三步：解引用，访问0x40021060这个地址最终访问地址：0x40021060（完全偏离了目标寄存器）
关键原理：C 语言的指针运算规则在 C 语言中，指针的加减运算不是按 "字节" 算，而是按 "指针指向的类型大小" 算：对于char（1 字节）：ptr + 1 → 地址 + 1 字节
对于uint16_t*（2 字节）：ptr + 1 → 地址 + 2 字节
对于uint32_t*（4 字节）：ptr + 1 → 地址 + 4 字节
STM32 的寄存器都是 32 位（4 字节）对齐的，手册里给出的 "偏移量" 是相对于基地址的字节偏移，不是 "寄存器个数偏移"。所以必须先把基地址和偏移量（字节数）做数值相加，再转成指针，才能准确指向目标寄存器。

2.GPIO工作模式配置

GPIO的寄存器基地址：

偏移地址：

寄存器配置为0011
*(uint32_t *)(0x40010800 + 0x00) = 3;

3.PA0输出低电平

端口输出数据寄存器GPIOx_ODR
*(uint32_t *)(0x40010800 + 0x0c) = 0xfffe;

4.用一个死循环保持状态

while(1)
{}

5.全部代码

cpp 复制代码

include <stdint.h>

int main(void)
{
    //设置端口时钟
    *((uint32_t*)(0x40021000 + 0x18)) = 0x4;
 
    //打开GPIO端口A0、A1、A8
    *((uint32_t*)(0x40010800 + 0x00)) = 0x33;
    *((uint32_t*)(0x40010800 + 0x04)) = 0x03;

    //端口输出数据寄存器GPIOx_ODR
    *(uint32_t *)(0x40010800 + 0x0c) = 0xfefc;
    
    //用一个死循环保持状态
    while(1)
    {}
}

烧写入程序后，需要按复位键重新运行，或者在keil中的debug中选择下载后重启

注意：这里需要将pack选项卡中的使能选项框取消，否则下载后重启功能不生效。

四、总结

通过寄存器的操作，我们完成了一个LED灯的点亮，但是，这样的写法并不是最终的形态，不能更好的适应于大型项目的开发，在下一篇博客中，将代码进一步完善。