基于寄存器&标准外设库的LED流水灯
实验要求：
1、以 STM32最小系统核心板(STM32F103C8T6)+面板板+3只_（或更多）红绿蓝LED 搭建电路，使用GPIOA/GPIOB/GPIOC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）用C语言寄存器方式编程实现，代码须有详细注解。3）STM32最小系统核心板子出厂时已经焊接好了1个led灯（标注了PC13处），一般可通过此灯的点亮让编程者验证自己烧录的代码是否正常运行了。请查阅最小版电路原理图和相关资料，将这个灯也用在流水灯中，重编新程序。
2、在实验1的基础上，改用标准外设库方式使用某个端口GPIOx端口管脚控制几个LED灯，轮流闪烁，间隔时长1秒。 1）写出工程项目创建文件夹、添加STM32标准外设库文件（.c，.h）的详细过程； 2）LED灯的亮/灭周期是通过软件循环延时完成的，其准确周期大致是多少呢？ 在没有示波器条件下，可以使用Keil的软件仿真逻辑分析仪功能观察管脚的时序波形，更方便动态跟踪调试和定位代码故障点。 请用此功能观察GPIO端口的输出波形，并分析时序状态正确与否、高低电平转换周期（LED闪烁周期）实际为多少。
1、基础认识：
首先：什么是STM标准外设库
STM32标准外设库是一个固件函数包，它由程序、数据结构和宏组成。
STM32标准外设库包括以下内容：
- 程序和数据结构：STM32标准外设库由程序和数据结构组成，这些程序和数据结构描述了外设的功能和操作方式。
- 宏：宏是用来定义外设寄存器地址、位定义、中断向量等常量的集合。使用宏可以简化代码，提高可读性和可维护性。
- 外设驱动：STM32标准外设库为每个外设提供了一组驱动函数，这些函数覆盖了该外设的所有功能。例如，GPIO驱动函数可以用来设置GPIO的输出状态、读取GPIO输入状态等。
- 应用实例：STM32标准外设库还提供了一些应用实例，这些实例展示了如何使用外设驱动函数来完成特定的任务。通过阅读这些实例，开发者可以更快地掌握如何使用外设驱动函数进行开发。
总之：STM32标准外设库提供了一个中间API，帮助开发者快速开发应用程序，并降低开发成本。开发者无需深入掌握底层硬件细节，就可以轻松应用每一个外设。
https://www.st.com/zh/embedded-software/stm32-standard-peripheral-libraries.htmlSTM32
标准外设库官方下载地址
其次：什么是寄存器：
提到单片机，就不得不提到寄存器。根据百度百科介绍，寄存器是中央处理器内的组成部分。寄存器是有限存贮容量的高速存贮部件，它们可用来暂存指令、数据和地址。
通过地址，不同的寄存器有不同的地址。
怎么找到某个寄存器的地址？查看数据手册。
第一步，找到GPIOB的基地址
第二步，找到端口输入寄存器的地址偏移
第三步，找到知道数据的那个人
意法半导体公司为了方便大家使用，就把这些寄存器都起了一目了然的名字，把寄存器与地址映射关系放在他们提供的头文件里。这个文件就是stm32f10x.h。
再次：相对于寄存器点亮LED小灯和标准外设库点亮LED小灯的区别
使用寄存器点亮LED小灯需要直接操作硬件寄存器来实现，这就需要开发者对硬件的底层细节有深入的了解，包括寄存器的地址、位的定义等。这种方式比较灵活，但需要投入更多的时间和精力去理解硬件的工作原理。
使用标准外设库点亮LED小灯则提供了一种更高级别的抽象，库函数封装了底层硬件操作细节，开发者只需要调用相应的API函数即可实现功能。这种方式相对简单，但需要依赖库函数的实现和性能。
总的来说：使用寄存器点亮LED小灯需要更深入的理解硬件工作原理，而使用标准外设库点亮LED小灯则提供了更高级别的抽象和便利性。选择哪种方式取决于开发者的需求和技能水平。
最后：有哪些方式可以调用标准外设库
- 通过IDE集成开发环境调用标准外设库：大多数STM32系列的IDE都支持标准外设库的集成和调用。你可以在IDE中选择对应的单片机型号，然后选择使用标准外设库进行开发。IDE会自动将标准外设库的头文件和源文件包含在你的项目中，你可以直接调用库函数进行开发。
- 手动引入标准外设库头文件：如果你不使用IDE或者需要手动管理项目，你可以通过手动引入标准外设库的头文件来调用库函数。你需要下载对应单片机型号的标准外设库，并将头文件加入到你的项目中。然后，在你的源代码中引入相应的头文件，就可以直接使用库函数进行开发了。
- 使用CubeMX工具生成初始化代码：除了手动引入标准外设库头文件外，你还可以使用STM32CubeMX工具来生成初始化代码。CubeMX是一个图形化软件配置工具，可以用于STM32系列单片机的外设和中间件的初始化，以及生成相应的初始化C代码。你可以在CubeMX中选择你的单片机型号，选择你要使用的外设和中间件，你可以在图形界面中配置外设的参数，当你完成配置后，CubeMX可以生成相应的初始化C代码，包括外设寄存器的初始化和中间件的初始化。你可以将这段代码复制到你的项目中，然后编译和烧录到芯片中，调用标准外设库的函数。
注：本篇文章，使用自己手动引入标准外设库进行实验学习。
2、基于寄存器点亮LED小灯
1）、新建工程：
首先打开Keil MDK，点击Project中：New μVision Project：
2）、命名自己的工程名字，文件路径，并选择自己的型号（这里我使用：STM32F103C8T6）
3）、新建组与库函数文件的添加
4)、修改并添加头文件路径
在Define中添加：STM32F10X_MD,USB_STDPERIPH_DRIVER（逗号隔开）
在Include Paths中添加你的文件路径。
5)、部分代码：
led.h函数：
#ifndef _LED_H
#define _LED_H
#include "stm32f10x.h"
void LED_R_TOGGLE(void);
void LED_G_TOGGLE(void);
void LED_Y_TOGGLE(void);
void LED_Init(void);
#endif
led.c函数：
#include "led.h"
#include "delay.h"
void LED_Init(void)
{
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE); //打开外设GPIOB的时钟
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; //输出模式为通用推挽输出
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_4 ; //选定端口为GPIO_Pin_4
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_2MHz; //输出速度为2M
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; //输出模式为通用推挽输出
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10 ; //选定端口为GPIO_Pin_1
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_2MHz; //输出速度为2M
GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; //输出模式为通用推挽输出
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_14 ; //选定端口为GPIO_Pin_14
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_2MHz; //输出速度为2M
GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStruct);
}
void LED_R_TOGGLE(void)
{
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_4);
delay_ms(500);
GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4);
}
void LED_G_TOGGLE(void)
{
GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_10);
delay_ms(500);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10);
}
void LED_Y_TOGGLE(void)
{
GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_14);
delay_ms(500);
GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_14);
}
delay.h函数：
#ifndef __DELAY_H
#define __DELAY_H
#include "sys.h"
void delay_init(void);
void delay_ms(u16 nms);
void delay_us(u32 nus);
#endif
delay.c函数：
#include "delay.h"
//
//如果需要使用OS,则包括下面的头文件即可.
#if SYSTEM_SUPPORT_OS
#include "includes.h" //ucos 使用
#endif
static u8 fac_us=0; //us延时倍乘数
static u16 fac_ms=0; //ms延时倍乘数,在ucos下,代表每个节拍的ms数
#if SYSTEM_SUPPORT_OS //如果SYSTEM_SUPPORT_OS定义了,说明要支持OS了(不限于UCOS).
#ifdef OS_CRITICAL_METHOD //OS_CRITICAL_METHOD定义了,说明要支持UCOSII
#define delay_osrunning OSRunning //OS是否运行标记,0,不运行;1,在运行
#define delay_ostickspersec OS_TICKS_PER_SEC //OS时钟节拍,即每秒调度次数
#define delay_osintnesting OSIntNesting //中断嵌套级别,即中断嵌套次数
#endif
//支持UCOSIII
#ifdef CPU_CFG_CRITICAL_METHOD //CPU_CFG_CRITICAL_METHOD定义了,说明要支持UCOSIII
#define delay_osrunning OSRunning //OS是否运行标记,0,不运行;1,在运行
#define delay_ostickspersec OSCfg_TickRate_Hz //OS时钟节拍,即每秒调度次数
#define delay_osintnesting OSIntNestingCtr //中断嵌套级别,即中断嵌套次数
#endif
//us级延时时,关闭任务调度(防止打断us级延迟)
void delay_osschedlock(void)
{
#ifdef CPU_CFG_CRITICAL_METHOD //使用UCOSIII
OS_ERR err;
OSSchedLock(&err); //UCOSIII的方式,禁止调度，防止打断us延时
#else //否则UCOSII
OSSchedLock(); //UCOSII的方式,禁止调度，防止打断us延时
#endif
}
//us级延时时,恢复任务调度
void delay_osschedunlock(void)
{
#ifdef CPU_CFG_CRITICAL_METHOD //使用UCOSIII
OS_ERR err;
OSSchedUnlock(&err); //UCOSIII的方式,恢复调度
#else //否则UCOSII
OSSchedUnlock(); //UCOSII的方式,恢复调度
#endif
}
//调用OS自带的延时函数延时
//ticks:延时的节拍数
void delay_ostimedly(u32 ticks)
{
#ifdef CPU_CFG_CRITICAL_METHOD
OS_ERR err;
OSTimeDly(ticks,OS_OPT_TIME_PERIODIC,&err); //UCOSIII延时采用周期模式
#else
OSTimeDly(ticks); //UCOSII延时
#endif
}
//systick中断服务函数,使用ucos时用到
void SysTick_Handler(void)
{
if(delay_osrunning==1) //OS开始跑了,才执行正常的调度处理
{
OSIntEnter(); //进入中断
OSTimeTick(); //调用ucos的时钟服务程序
OSIntExit(); //触发任务切换软中断
}
}
#endif
//初始化延迟函数
//当使用OS的时候,此函数会初始化OS的时钟节拍
//SYSTICK的时钟固定为HCLK时钟的1/8
//SYSCLK:系统时钟
void delay_init()
{
#if SYSTEM_SUPPORT_OS //如果需要支持OS.
u32 reload;
#endif
SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8); //选择外部时钟 HCLK/8
fac_us=SystemCoreClock/8000000; //为系统时钟的1/8
#if SYSTEM_SUPPORT_OS //如果需要支持OS.
reload=SystemCoreClock/8000000; //每秒钟的计数次数 单位为M
reload*=1000000/delay_ostickspersec; //根据delay_ostickspersec设定溢出时间
//reload为24位寄存器,最大值:16777216,在72M下,约合1.86s左右
fac_ms=1000/delay_ostickspersec; //代表OS可以延时的最少单位
SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_TICKINT_Msk; //开启SYSTICK中断
SysTick->LOAD=reload; //每1/delay_ostickspersec秒中断一次
SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //开启SYSTICK
#else
fac_ms=(u16)fac_us*1000; //非OS下,代表每个ms需要的systick时钟数
#endif
}
#if SYSTEM_SUPPORT_OS //如果需要支持OS.
//延时nus
//nus为要延时的us数.
void delay_us(u32 nus)
{
u32 ticks;
u32 told,tnow,tcnt=0;
u32 reload=SysTick->LOAD; //LOAD的值
ticks=nus*fac_us; //需要的节拍数
tcnt=0;
delay_osschedlock(); //阻止OS调度，防止打断us延时
told=SysTick->VAL; //刚进入时的计数器值
while(1)
{
tnow=SysTick->VAL;
if(tnow!=told)
{
if(tnow<told)tcnt+=told-tnow; //这里注意一下SYSTICK是一个递减的计数器就可以了.
else tcnt+=reload-tnow+told;
told=tnow;
if(tcnt>=ticks)break; //时间超过/等于要延迟的时间,则退出.
}
};
delay_osschedunlock(); //恢复OS调度
}
//延时nms
//nms:要延时的ms数
void delay_ms(u16 nms)
{
if(delay_osrunning&&delay_osintnesting==0) //如果OS已经在跑了,并且不是在中断里面(中断里面不能任务调度)
{
if(nms>=fac_ms) //延时的时间大于OS的最少时间周期
{
delay_ostimedly(nms/fac_ms); //OS延时
}
nms%=fac_ms; //OS已经无法提供这么小的延时了,采用普通方式延时
}
delay_us((u32)(nms*1000)); //普通方式延时
}
#else //不用OS时
//延时nus
//nus为要延时的us数.
void delay_us(u32 nus)
{
u32 temp;
SysTick->LOAD=nus*fac_us; //时间加载
SysTick->VAL=0x00; //清空计数器
SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ; //开始倒数
do
{
temp=SysTick->CTRL;
}while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16))); //等待时间到达
SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //关闭计数器
SysTick->VAL =0X00; //清空计数器
}
//延时nms
//注意nms的范围
//SysTick->LOAD为24位寄存器,所以,最大延时为:
//nms<=0xffffff*8*1000/SYSCLK
//SYSCLK单位为Hz,nms单位为ms
//对72M条件下,nms<=1864
void delay_ms(u16 nms)
{
u32 temp;
SysTick->LOAD=(u32)nms*fac_ms; //时间加载(SysTick->LOAD为24bit)
SysTick->VAL =0x00; //清空计数器
SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ; //开始倒数
do
{
temp=SysTick->CTRL;
}while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16))); //等待时间到达
SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //关闭计数器
SysTick->VAL =0X00; //清空计数器
}
#endif
主函数：
#include "stm32f10x.h"
#include "delay.h"
#include "led.h"
int main(void)
{
LED_Init();
delay_init(); //使用系统滴答定时器、延时初始化
while(1) //循环亮起
{
LED_R_TOGGLE();
delay_ms(500); //红灯亮后延时1s
LED_G_TOGGLE();
delay_ms(500); //绿灯亮后延时1s
LED_Y_TOGGLE();
delay_ms(500); //黄灯亮后延时1s
}
}
6）、烧录并运行
3、基于标准外设库点亮LED小灯
由于我们不想看数据手册来计算寄存器的地址，我们可以通过stm32f10x.h 文件，有关寄存器映射的代码都统一写在 stm32f10x.h文件中
主函数代码：
//--------------APB2???????------------------------
#define RCC_AP2ENR *((unsigned volatile int*)0x40021018)
//----------------GPIOA????? ------------------------
#define GPIOA_CRL *((unsigned volatile int*)0x40010800)
#define GPIOA_ORD *((unsigned volatile int*)0x4001080C)
//----------------GPIOB????? ------------------------
#define GPIOB_CRH *((unsigned volatile int*)0x40010C04)
#define GPIOB_ORD *((unsigned volatile int*)0x40010C0C)
//----------------GPIOC????? ------------------------
#define GPIOC_CRH *((unsigned volatile int*)0x40011004)
#define GPIOC_ORD *((unsigned volatile int*)0x4001100C)
//-------------------???????-----------------------
void Delay_ms( volatile unsigned int t)
{
unsigned int i;
while(t--)
for (i=0;i<800;i++);
}
void A_LED_LIGHT(){
GPIOA_ORD=0x0<<7;
GPIOB_ORD=0x1<<9;
GPIOC_ORD=0x1<<15;
}
void B_LED_LIGHT(){
GPIOA_ORD=0x1<<7;
GPIOB_ORD=0x0<<9;
GPIOC_ORD=0x1<<15;
}
void C_LED_LIGHT(){
GPIOA_ORD=0x1<<7;
GPIOB_ORD=0x1<<9;
GPIOC_ORD=0x0<<15;
}
int main()
{
int j=100;
RCC_AP2ENR|=1<<2;
RCC_AP2ENR|=1<<3;
RCC_AP2ENR|=1<<4;
//????????? RCC_APB2ENR|=1<<3|1<<4;
GPIOA_CRL&=0x0FFFFFFF;
GPIOA_CRL|=0x20000000;
GPIOA_ORD|=1<<7;
GPIOB_CRH&=0xFFFFFF0F;
GPIOB_CRH|=0x00000020;
GPIOB_ORD|=1<<9;
GPIOC_CRH&=0x0FFFFFFF;
GPIOC_CRH|=0x30000000;
GPIOC_ORD|=0x1<<15;
while(j)
{
A_LED_LIGHT();
Delay_ms(10000000);
B_LED_LIGHT();
Delay_ms(10000000);
C_LED_LIGHT();
Delay_ms(10000000);
}
}
实验展示：
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