STM32ZET6—寄存器编程（自写固件库）

枫易_冯工

已于 2025-04-11 15:45:36 修改

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分类专栏： STM32 文章标签： stm32 嵌入式硬件单片机

于 2025-04-11 15:42:31 首次发布

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说明

我们在使用stm32单片机进行程序编程的时候，我们一般会直接调用类似 "stm32f10x.h"，之类的头文件，直接调用里面写好的库函数进行编程。那么类似"stm32f10x.h"的头文件里面的底层逻辑是什么呢？

下面用一个简单的例程，使用GPIO点亮LED小灯的实验来学习一下。

本文要结合stm32的参考手册和数据手册

GPIO介绍

GPIO(General Purpose Input Output)是通用输入输出端口的简称，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 被分成很多组，每组有16个引脚，如型号为STM32F103ZET6型号的芯片有GPIOA、GPIOB、 GPIOC至GPIOG共7组GPIO，芯片一共144个引脚，其中GPIO就占了一大部分，所有的GPIO 引脚都有基本的输入输出功能。

原理

I/O端口位的基本结构，下面来介绍每一部分的功能，如图分为7个部分

第一部分：保护二极管及上，下拉电阻

两个保护二极管可以防止引脚过高或者过的的电压输入，当外部输入引脚的电压高于VDD时，上面保护二极管导通，电流流入VDD。外部输入引脚的电压低于Vss时，下面保护二极管导通，电流流入Vss。这样就可以防止不正常的电压通过引脚流入芯片，起到了保护芯片的作用。

尽管有这种保护电路，并不意味着引脚可以直接外接大功率器件，如直接驱动电机，会出现要么电机不转，要么芯片烧坏。因此，必须要加驱动电路及隔离电路。

第二部分：P-MOS，N-MOS

两个MOS管（MOS管和三级管类似原理，可以看做三极管分析）组成的单元电路，可以实现推挽输出，开漏输出两种模式。

推挽输出：

如上图，我们把INT配置为1，经过非门（逻辑电路的符号，不懂的可以查一下逻辑电路符号）就会1变为非1，非1就是0，所以，G=0，由于上面PMOS管的导通条件（旁边注释），VDD->OUT导通，对外输出高电平。

如上图，我们把INT配置为0，经过非门（逻辑电路的符号，不懂的可以查一下逻辑电路符号）就会0变为非0，非0就是1，所以，G=1，由于下面NMOS管的导通条件（旁边注释），OUT->GND(接地符号)导通，对外输出低电平。

开漏输出：

该模式下，PMOS管不工作，INT=0，NMOS导通，OUT->GND。如果，INT=1，PMOS管和NMOS管都不工作，既不输出高电平也不输出低电平，这种状态称为高阻态。

正常工作时，必需外接一个上拉电阻（如前段分析，INT=0，OUT接地是低电平。INT=1，OUT既不输出高电平也不输出低电平，为了让OUT输出高电平（注：因为配置INT=1，OUT必须输出高电平）所以加上拉电路如图所示）。此时分析，INT = 1，NMOS管高阻态，因为有上拉电路存在，所以，OUT输出高电平。

应用：

推挽输出：一般应用在输出电平为0和3.3伏而且需要高速切换开关状态的场合。在STM32 的应用中，除了必须用开漏模式的场合，我们都习惯使用推挽输出模式。

开漏输出：一般应用在I2C、SMBUS通讯等需要“线与”功能的总线电路中。除此之外，还用在电平不匹配的场合，如需要输出5伏的高电平，就可以在外部接一个上拉电阻，上拉电源为5伏，并且把GPIO设置为开漏模式，当输出高阻态时，由上拉电阻和电源向外输出5伏的电平。

第三部分：输出数据寄存器

输出数据寄存器（GPIOx_ODR）前面分析中的 INT 的值就是用这个配置的，可以直接对输出数据寄存器读写操作，亦可以通过上一级的位设置/清除寄存器间接配置输出数据寄存器的值。

第四部分：复用功能输出

“复用”是指stm32单片机的片上外设（注：除芯片之外的外设）对GPIO的控制，此时，GPIO作为外设的一部分使用。

就是GPIO引脚的第二功能。

第五部分：输入数据寄存器

有1~4部分是输出电路，5，6，7是输入输入电路。

配置输入输出模式通过（GPIOx_CRL），配置成上拉/下拉输入模式，这里是上拉还是下拉模式需要在固件库函数里专门使用配置。

输入数据寄存器（GPIOx_IDR）,用于存放输入的数据（I/O口）的高低电平。当I/O口的输入信号时（无论是1还是0），进入TTL肖特基触发器。

TTL肖特基触发器（施密特触发器）会根据输入的电平值来确定是0还是1，例如，3.3v电平判定为1，1.5v会判定为0。那么判断标准是什么呢？这里有232，TTL两种标准。232标准，-3v ~ -15v是逻辑1，3v~15v是逻辑0。TTL标准，输入情况下，小于1.2v认为是低电平，大于2.0v认为是高电平。输出情况下，小于0.8v认为是低电平，大于2.4v认为是高电平。

信号经过TTL肖特基触发器之后，将1或0，存入输入数据寄存器。在这里说一下，输入数据寄存器还可以读取输出数据寄存器的值，用来做监控输出情况。

第六部分：复用输入功能

和复用输出功能类似

第七部分：模拟输入

用来读取模拟量的，所以信号不需要经过TTL肖特基触发器，必须读取每一个电压信号。同样的，当GPIO口作为模拟量输出时，不需要经过双MOS管（前文提到的第二部分电路）而直接输出到引脚上即可。

自写寄存器使用GPIO点亮LED

头文件的编写

第一步，先分析LED 的电路原理图，如下，当PB0 = 0，电路导通，G二极管亮，PB0是GPIOB，所以，很明确了，让GPIOB的P0引脚输出一个低电平，根据上面原理分析，采用推挽输出，配置输出数据寄存器（也可先配置好位设置/清除寄存器间接配置输出数据寄存器，这里我们直接配置输出数据寄存器）

第二步，新建一个头文件 “stm32f10x.h” ，里面写好宏定义如代码所示，名字可以随便取，但是宏定义的地址需要查 stm32f10x参考手册

通过查看系统架构图可知，有关的配置是，复位和时钟控制，APB2，GPIOB，三部分。我们需要找到三部分的地址，才能进行配置数据，地址在参考手册中。（如果没有，请自行搜索下载）

复位和时钟控制（RCC）配置过程：

我们从存储器映像，可知复位和时钟控制（RCC），起始地址是0x40021000

在手册里找到，APB2的时钟使能寄存器，偏移地址是0x18，起始地址要加上偏移地址：0x40021000 + 0x18，这里讲一下啊为什么是起始地址加上偏移地址，因为寄存器是特殊功能的内存单元，而起始地址就是他的首地址，又因为，一块内存单元里面有去多寄存器，就需要在这块内存单元里再找到对应的内存单元地址。所以，起始地址加上偏移地址，就是RCC_APB2ENR寄存器的地址。

根据参考手册的寄存器说明配置IO端口B时钟开启。

配置GPIOB的过程也是这个样子的，这里不在赘述。头文件如下图

//定义外设基地址
#define PERIPH_BASE				((unsigned int)0x40000000)
	
#define APB2PERIPH_BASE			(PERIPH_BASE + 0x10000)
#define AHBPERIPH_BASE				(PERIPH_BASE + 0x20000)

//定义RCC时钟
#define RCC_BASE						(AHBPERIPH_BASE + 0x1000)
#define RCC_APB2ENR					*(unsigned int*)(RCC_BASE+0x18)


//设置GPIOB的基地址
#define GPIOB_BASE					(APB2PERIPH_BASE + 0x0C00)

//GPIOB寄存器地址
#define GPIOB_CRL						*(unsigned int*)(GPIOB_BASE+0x00)
#define	GPIOB_ODR						*(unsigned int*)(GPIOB_BASE+0x0C)

main()主函数的编写

#include "stm32f10x.h"

int main()
{
	
	RCC_APB2ENR |= (1<<3);
	
	GPIOB_CRL &= ~(0x0F<<0);
	
	GPIOB_CRL |= (1<<0);
	
	GPIOB_ODR &= ~(1<<0);

}

void SystemInit(void)
{
	//
}

主函数为什么这么写请大家看我的文章第一节：STM32F103ZE—寄存器编程（仿51编程）-优快云博客

里面详细介绍了编写的过程和原因。

因本人水平有限,不足之处在所难免,敬请各位网友指正