STM32F103的流水灯点亮版本1(寄存器地址操作)

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原创 2026-09-23 21:02:51 139 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›
STM32F103的流水灯点亮版本1(寄存器地址操作） 这是我第一次进行有关STM32的比较全面的编程。在编程过程中还有着不小的困难。在学习之前就要了解STM32的芯片系列，引脚功能、外设和时钟等功能。了解如何设置开发环境，选择合适的开发工具如（Keil MDK或STM32CubeIDE）、如何创建和配置项目，以及如何下载和调试代码。烧录工具也有着不熟悉的问题。在串口以及跳线上还不熟悉。总体来说，在STM32上还有着较大的困难，还要继续学习。 阅读详情

一、STM32F103C8T6 最小系统核心板介绍

STM32F103C8T6 是 ST 意法半导体推出的Cortex‑M3 内核 32 位高性能单片机，LQFP‑48 封装，是学生嵌入式学习最常用的最小系统核心板。

在这里插入图片描述

（一）核心参数

（1）内核：ARM Cortex-M3，最高工作频率 72MHz

（2）存储：Flash 64KB（存放程序代码），SRAM 20KB（程序运行临时变量）

（3）供电：工作电压 2.0~3.6V，一般外部使用 3.3V 供电；支持 VBAT 纽扣电池给 RTC 实时时钟备份供电

（4）外设资源：GPIO 通用 IO 口、ADC、定时器、USART 串口、I2C、SPI、CAN、USB 等

（二）最小系统板必备电路

（1）电源电路：外部 5V 输入，AMS1117-3.3V 稳压芯片输出 3.3V 给主芯片供电

（2）复位电路 NRST：RC 复位，按键按下低电平，芯片系统复位

（3）高速外部晶振 HSE：8MHz 无源晶振，经 PLL 倍频得到 72MHz 系统时钟

（4）低速外部晶振 LSE：32.768KHz，为 RTC 实时时钟提供时钟

（5）BOOT 启动选择引脚：

  • BOOT0=0：从Flash 启动（正常下载程序模式，日常使用）
  • BOOT0=1：从系统存储器启动（串口 ISP 下载）

（6）下载调试电路：集成 SWD 调试接口（PA13-SWDIO、PA14-SWCLK），使用 ST-Link 下载调试

（7）板载 LED：：核心板自带 LED，LED 阳极接 3.3V，引脚输出低电平点亮 LED，高电平熄灭

二、相关概念的学习

（一）GPIOx端口

GPIO = General‑Purpose Input Output，通用输入输出端口。
GPIOx 中，x 是端口标识符，代表不同端口组，在 STM32F103 芯片中可以是 A、B、C、D、E，于是就有 GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE。而且每一个 GPIOx 端口，固定拥有最多 16 个 IO 引脚：Px0 ~ Px15。GPIOA、GPIOB、GPIOC 挂载在 APB2 外设总线上。所以必须操作RCC_APB2ENR寄存器，把对应端口时钟打开；时钟不开启，GPIO 完全失效，读写寄存器无效。bit2 置 1 → 开启GPIOA时钟，bit4 置 1 → 开启GPIOC时钟。每组端口拥有自己独立的寄存器，地址互不相同，GPIOA 的寄存器只会控制 A 组引脚，不能控制 GPIOC 引脚。

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（二）寄存器

在 STM32 单片机里，寄存器是 MCU 芯片内部、拥有固定物理地址的硬件存储单元，是 CPU 和硬件外设（GPIO、定时器、串口等）沟通的唯一桥梁。普通 C 语言变量是放在 RAM 内存里，只是软件临时数据；寄存器是真实硬件电路，对寄存器读写，直接改变芯片硬件行为。

核心特点

a.每个寄存器都有唯一固定物理地址
例如：

  • GPIOA_CRL 地址：0x40010800
  • GPIOA_ODR 地址：0x4001080C

CPU 通过访问这个地址，读写寄存器里面的数据。

b.寄存器由很多二进制位（bit）组成 STM32 的 GPIO 寄存器大多是 32 位，也就是 32 个 0/1 开关。 每一个 bit 或者连续几个 bit，专门控制硬件某一项功能。 比如GPIOA_CRL中，每 4 个 bit 控制 1 个 PA 端口引脚，用来设置引脚模式、输出速度。

c.每组 GPIOx 端口，都自带一套独立寄存器 GPIOA、GPIOB、GPIOC 各自拥有一套 CRL、CRH、ODR、IDR 寄存器。

  • 写 GPIOA 的寄存器，只会修改 PA 引脚，不会影响 PB、PC 引脚；
  • 写 GPIOC 寄存器，只修改 PC 引脚（本实验 PC13 板载 LED 就在 GPIOC）。

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1、地址查找

每个 GPIO 端口都有一个基地址，CRL寄存器的偏移 = 0x00，真实物理地址 = GPIO端口基地址 + 偏移0x00

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2、端口配置低寄存器

是GPIO 通用输入输出口，总线APB2，只控制该端口的 Px0 ~ Px7（低 8 个 IO 引脚），Px8‑Px15 由GPIOx_CRH端口配置高寄存器控制。x 代表端口A/B/C/D/E，例如 GPIOA_CRL 控制 PA0‑PA7；GPIOB_CRL控制 PB0‑PB7。修改单个引脚配置时，先把该引脚对应的 4 位清零 &= ~(0x0F << (4*n))，再写入新配置，不能直接给 CRL 整个寄存器赋值，否则会覆盖其他引脚；复用功能模式下，ODR 寄存器不再控制引脚电平，由片内外设（定时器、串口、SPI）控制引脚输出；输入上拉 / 下拉：CNF 只开启功能选择，真正电阻开关由GPIOx_ODR输出寄存器对应位控制。

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3、GPIOx_CRH 端口配置高寄存器

CRH 只管 Px8‑Px15，Px0‑Px7 交给 CRL，不要搞混寄存器，修改单个高引脚应该先把该引脚对应的 4 位掩码0x0F移位清零，再写配置，禁止直接GPIOA->CRH = xxx，会覆盖 PA8‑PA15 全部引脚。上拉 / 下拉时CNF 只选择模式，必须配合 ODR 寄存器对应位，内部电阻才生效。复用功能输出时，ODR 不再控制引脚电平，由外设（TIM/USART/SPI）接管引脚。

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4、APB2ENR

属于 RCC（复位和时钟控制）模块，必须先开启 GPIO 时钟，GPIO 寄存器才能正常工作。相对 RCC 基地址偏移地址是0x18，RCC 基地址为0x40021000所以 RCC_APB2ENR 物理地址 = 0x40021000 + 0x18 = 0x40021018，可读可写，每一位控制一个 APB2 总线上外设的时钟开关，写1时打开该外设时钟（使能），写0时关闭该外设时钟（复位默认，省电）

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5、IDR、ODR
对比项GPIOx_IDRGPIOx_ODR
偏移0x080x0C
读写属性只读，写无效可读可写
含义读外部引脚实际电平读写内部输出锁存值
用途读取按键、外部输入信号设置输出电平；输入模式控制上下拉电阻
风险无，只管读修改单 bit 存在中断干扰风险

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三、基于寄存器实现流水灯

（一）实验目的

理解 STM32 GPIO 外设工作原理，学习直接操作寄存器地址方式控制 IO 口，掌握 RCC 时钟使能，懂得 STM32 外设必须开启时钟才可以工作读懂 CRL、CRH、ODR 寄存器功能，掌握位操作 ，使用GPIOA、GPIOB、GPIOC这3种端口的任意引脚控制3个LED灯（这里用到的是PA1,PA3,PA5），结合最小系统板自带 PC13 板载 LED，实现 4 个 LED 轮流流水闪烁，间隔 1 秒

（二）软硬件准备

1.硬件

STM32F103C8T6 开发板，ST‑Link 下载调试器，USB 数据线、杜邦线，LED灯

2.软件

Keil MDK5 用写、编译、调试代码，初学 STM32，第一步就是搞定 Keil MDK5 开发环境。这块步骤繁琐，截图多，这里就不重复写长篇安装图文了，网上成熟教程资源非常多，要学会利用资源，跟着一步步操作效率更高。

STM32 入门教程‑2023 版 细致讲解 中文字幕‑哔哩哔哩

3.程序设计与实现

（1）代码思路

A.寄存器地址宏定义:

使用volatile uint32_t强制映射硬件寄存器真实物理地址。volatile告诉编译器：该地址是硬件寄存器，不要做缓存优化，每次都要真实读写内存。把RCC_APB2ENR、GPIOA_CRL、GPIOA_ODR、GPIOC_CRH、GPIOC_ODR定义成宏，后面代码直接写名字访问寄存器。

B.delay_1s 软件延时函数:

两层 for 空循环，靠 CPU 循环消耗时间，粗略实现 1 秒延时。循环变量加volatile，防止 Keil 高优化等级直接把空循环删掉，导致延时失效。

C.LED_GPIO_Init () 初始化函数:

操作RCC_APB2ENR，置位 bit2 打开 GPIOA 时钟，置位 bit4 打开 GPIOC 时钟。配置GPIOA_CRL：PA1、PA3、PA5 属于 PA0‑PA7，CRL 每 4 位控制 1 个引脚。先&= ~掩码：把对应引脚的 4 位全部清零；再|= 配置值：写入0001，设置为推挽输出，速度 2MHz。配置GPIOC_CRH：PC13 属于 PC8‑PC15，在 CRH 寄存器，同样先清 4 位，再写 0001 推挽输出。配置初始电平：操作 ODR，所有 LED 初始熄灭。PA1/PA3/PA5 外接 LED输出低电平熄灭；PC13 板载 LED：输出高电平熄灭。

D.main 主函数

先调用LED_GPIO_Init()完成端口初始化。进入while(1)死循环，循环是单片机程序主体，永远不会退出。分 4 个步骤轮流点亮单个 LED，其余全部熄灭：修改GPIOA_ODR、GPIOC_ODR控制引脚高低电平；每点亮一组，调用delay_1s()停留 1 秒；依次：PA1 亮 → PA3 亮 → PA5 亮 → PC13 亮，往复循环。

（2）点亮3个LED灯

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
int main(void)
{		
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	
	//开启GPIOA时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

	// PA1 PA3 PA5 推挽输出 50MHz
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_5;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

	//初始全部熄灭（输出高电平，低电平点亮LED）
	GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_5);
	
	while(1)
	{
		//点亮PA1，其余熄灭
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_3);
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
		Delay_ms(1000);
		
		//点亮PA3，其余熄灭
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_3);
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
		Delay_ms(1000);
		
		//点亮PA5，其余熄灭
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_3);
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
		Delay_ms(1000);
	}
}

(3)用PC13验证自己烧录的代码是否正常运行

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
int main(void)
{		
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	
	//开启GPIOA、GPIOC时钟（PA1 PA3 PA5属于GPIOA，PC14属于GPIOC）
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);

	// PA1 PA3 PA5 推挽输出 50MHz
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_5;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	// PC14 推挽输出 50MHz
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;
	GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

	//初始全部熄灭（输出高电平，低电平点亮LED）
	GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_5);
	GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_14);
	
	while(1)
	{
		//点亮PA1，其余熄灭
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_3);
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
		GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_14);
		Delay_ms(1000);
		
		//点亮PA3，其余熄灭
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_3);
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
		GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_14);
		Delay_ms(1000);
		
		//点亮PA5，其余熄灭
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_3);
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
		GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_14);
		Delay_ms(1000);

		//点亮PC14，其余熄灭
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_3);
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
		GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13);
		Delay_ms(1000);
	}
}
4.实验现象

LED灯

LED灯

四、总结

本次STM32裸寄存器流水灯实验，可以掌握了GPIO相关寄存器的配置方法，明白STM32外设上电后时钟默认关闭，使用前必须开启对应时钟。实验中学会使用Keil调试功能，单步运行观察寄存器数值变化，直观验证代码效果。也认识到软件空循环延时精度较差，仅适合实验演示。编写代码不能直接复制照搬，要弄懂每一行代码对应的硬件操作。

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