STM32/51单片机编程入门(点亮LED)

xiaosorry

已于 2023-09-25 18:12:57 修改

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文章标签： stm32 51单片机嵌入式硬件

于 2023-09-25 16:01:19 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/xiaosorry/article/details/133245538

一、安装并熟悉Proteus 电路仿真软件，完成一个C51程序设计和仿真

1.Proteus的简介

Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。

1.1Proteus的功能：

原理布图

PCB自动或人工布线

SPICE电路仿真

1.2Proteus的特点：

革命性的特点：

互动的电路仿真

仿真处理器及其外围电路

2.Proteus的安装

安装步骤：

1.右键以管理员身份运行安装程序

2.选择安装路径，点击Next

3.点击Next

4.等待安装完成

5.点击Finish

汉化步骤：

1.找到汉化补丁文件

2.将文件移动到Proteus目录下

3.替换目标中文件

4.运行并打开软件，如图示

3.Proteus的工程创建

3.1点击新建工程，输入工程名并选择安装路径。

3.2选择“从选中的模板中创建原理图（DEFAULT）”。

3.3选择“不创建PCB布板设计”。

3.4选择实验所需的系列、Controller、编译器

3.5点击Finish，完成创建

4.配置仿真器件

4.1配置LED灯

4.2选择三个电阻并双击电阻调整电阻大小为50Ω（电阻默认为10kΩ，电流过小，LED灯可能不亮）

4.3完成接线，如下图所示

5.使用Keil5生成.hex文件

安装Keil5软件：略

5.1创建工程

（1）点击 Project → New uVision Project …

（2）工程命名

（3）选择AT89C51芯片

（4）点击“是”确认

5.2编写主程序main.c

（1）点击新建文件

（2）编写代码

  #include <reg51.h>
	#include <intrins.h>
	void delay_ms(int a)
	{
		int i,j;
		for(i=0;i<a;i++)
		{
			for(j=0;j<1000;j++) _nop_();
	
		}
	}
	
	void main(void)
	{
		while(1)
		{
			P0=0xfe;
			delay_ms(50);
			P0=0xfd;
			delay_ms(50);
			P0=0xfb;
			delay_ms(50);
			P0=0xf7;
			delay_ms(50);
			P0=0xef;
			delay_ms(50);
			P0=0xdf;
			delay_ms(50);
			P0=0xbf;
			delay_ms(50);
			P0=0x7f;
			delay_ms(50);
		}
	}

（3）点击保存文件，并命名文件（文件名以.c结尾）

（4）右键点击 Source Group 1 ，再点击 Add Existing Files to Group “Source Group 1”…

（5）选中led.c 文件，并点击 Add 。

5.3生成.hex文件

（1）点击魔术棒

（2）在Output中勾选Creat HEX File

(3)点击编译按钮，进行编译,生成.hex文件

6.进行仿真

（1）返回Proteus软件的原理图，双击 AT89C51 芯片，选择Program File文件，选择led.hex文件。

（2）点击开始按钮

（3）调试结果

51单片机流水灯仿真

二、安装mdk5软件和stm32包，熟悉mdk开发环境，完成一个stm32的简单的通过寄存器方式，用某一个GPIO端口点亮LED等程序。

1.STM32流水灯Keil编写

1.1创建工程

（1）点击 Project → New uVision Project …

（2）工程命名

（3）选择STM32F103C8芯片

(4)本实验在添加库文件窗口无需操作，取消即可

（6）下载startup_stm32f10x_md.s作为启动文件

ST公司提供了 3 个启动文件给我们，分别用于不同容量的 STM32 芯片，这三个文件是：
startup_stm32f10x_ld.s,

startup_stm32f10x_md.s,

startup_stm32f10x_hd.s
其中，ld.s 适用于小容量产品；md.s 适用于中等容量产品；hd 适用于大容量产品；

容量是指 FLASH 的大小：

小容量：FLASH≤32K
中容量：64K≤FLASH≤128K
大容量：256K≤FLASH

（7）将startup_stm32f10x_md.s文件复制到目录下

（8）双击Source Group 1，选择改变文件类型为All files，选择startup_stm32f10x_md.s

（7）下载SYSTEM（寄存器版本）文件夹（此文件夹代码在STM32F10x的芯片上通用）

同时在工程文件夹下新建HARDWARE文件夹，储存代码

（8）右键Target 1，选择Manage Project Items，

（9）在Manage Project Ltems中创建并添加USER、SYSTEM、HARDWARE的组（Groups）,并在SYSTEM中添加三个.c文件

在HARDWARE中添加led.c、led.h文件（Files）

（10）创建test.c文件，并将其放在USER组下

1.2修改目标设置

（1）点击魔术棒

（2）在Output中勾选Creat HEX File

（3）在C/C++中设置sys、delay、usart的i路径

1.3主要代码编写

（1）led.c

#include "led.h"
//初始化 PB1 PC4 PD8为输出口.并使能这三个口的时钟 
//LED IO 初始化
void LED_Init(void)
{
	RCC->APB2ENR|=1<<2; //使能 PORTA 时钟 
	RCC->APB2ENR|=1<<3; //使能 PORTB 时钟 
//	RCC->APB2ENR|=1<<4; //使能 PORTC 时钟
//	RCC->APB2ENR|=1<<5; //使能 PORTD 时钟	
	GPIOB->CRL&=0XFF0FFFFF; 
	GPIOB->CRL|=0X00300000;//PB.5 推挽输出 
	GPIOB->ODR|=1<<5; //PB.5 输出高 
	
	GPIOB->CRL&=0XFFFFFFF0; 
	GPIOB->CRL|=0X00000003;//PB.0 推挽输出 
	GPIOB->ODR|=1<<0; //PB.0 输出高
	
	GPIOA->CRL&=0XFFFFFF0F; 
	GPIOA->CRL|=0X00000030;//PA.1 推挽输出 
	GPIOA->ODR|=1<<1; //PA.1 输出高
}

（2）led.h

#ifndef __LED_H
#define __LED_H
#include "sys.h"
//LED 端口定义
#define LED0 PBout(5) // DS0
#define LED1 PBout(0) // DS1
#define LED2 PAout(1) // DS2
void LED_Init(void); //初始化 
#endif

（3）test.c

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "led.h"
int main(void)
{ 
	Stm32_Clock_Init(9); //系统时钟设置
	delay_init(72); //延时初始化
	LED_Init(); //初始化与 LED 连接的硬件接口
	while(1)
	{
		LED0=0;
		LED1=1;
		LED2=1;
		delay_ms(1000);
		LED0=1;
		LED1=0;
		LED2=1;
		delay_ms(1000);
		LED0=1;
		LED1=1;
		LED2=0;
		delay_ms(1000);
	} 
}

1.4尝试编译

（1）出现错误

（2）右键Target，修改ARM Compiler为v5.06

(3)编译成功

2.Proteus仿真（具体步骤请参考C51程序仿真）

2.1Proteus仿真工程

2.2进行仿真

STM32流水灯仿真

3.硬件连接

3.1STM32F103C8与USB转TTL线连接

STM32F103开发板	USB转TTL线
GND	GND
PA9	RXD
PA10	TXD
3V3	3V3

3.2 LED的电路连接

LED-RED	LED-YELLOW	LED-GREEN
电源正极	电源正极	电源正极
B5	B0	A1

4.烧录

4.1下载烧录软件FlyMcu或mcuisp并打开（以FlyMcu为例）

4.2设置烧录软件，并选择.hex文件

4.3完成烧录

注意：接线帽需如图接通

烧录顺利完成

5.LED流水灯实况

STM32流水灯实况

三、(理论概念-常见嵌入式岗位面试题) 通过以上实践，结合阅读
ARM、STM32技术手册，深入思考STM32F103系列芯片的地址映射和寄存器映射原理，GPIO端口的初始化设置的一般步骤。

1.寄存器简介

寄存器是CPU内部用来存放数据的一些小型存储区域，用来暂时存放参与运算的数据和运算结果。寄存器是存储器层次结构中的顶端，也是系统操作数据的快速途径。通常，寄存器都是以寄存器数组的方式来实现的，也可以使用单独的触发器、高速的核心存储器、薄膜存储器以及在数种机器上的其他方式来实现。根据功能的不同，寄存器可分为基本寄存器和移位寄存器两大类。

2.地址映射和寄存器映射原理

2.1地址映射原理（也叫存储器映射，内存映射）

地址映射是将物理地址空间映射到虚拟地址空间的过程。CPU通过虚拟地址来访问内存和IO设备，而实际访问的是物理地址。地址映射由硬件电路实现，如MMU（内存管理单元），操作系统也利用此技术管理进程的虚拟地址空间。

存储器本身不具有地址信息，它的地址是由芯片厂商或用户分配，给存储器分配地址的过程就称为存储器映射。如果给存储器再分配一个地址就叫存储器重映射。

2.2寄存器映射原理

寄存器映射则是将CPU内部的寄存器映射到虚拟地址空间中的特定区域，以便程序通过读写这些虚拟地址来访问寄存器。一般情况下，通过绝对地址访问内存单元较为复杂，而通过寄存器的方式来实现更加便利。

STM32 的外设地址：

3.GPIO功能介绍

GPIO（General-Purpose Input/Output）是通用输入输出引脚，它是许多微控制器和芯片组上的数字接口，可以被软件配置为输入或输出。

GPIO在连接外部设备时发挥重要作用，它们可以使用寄存器级操作进行配置和控制，因此具有灵活性和可编程性。在输入模式下，GPIO口接收外部设备产生的电信号，并将其转换为数字信号传递给处理器。在输出模式下，GPIO口将处理器输出的数字信号转换为电信号，并向外部设备发送。

GPIO还有多种工作模式，例如中断输入模式、定时器输入捕获模式、PWM输出模式、模拟输入模式等。

4.GPIO端口的初始化设置

3.1使能GPIO口的时钟：

通过RCC相关的寄存器设置相应的GPIO口时钟使能位。

3.2GPIO端口参数设置：

对GPIO端口的工作模式，端口输出数据寄存器的值进行设置；根据需求对端口的引脚速率进行设置。

5.程序编写

5.1对单个GPIO口的初始化：

使能GPIOA的时钟：

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;                    //定义初始化结构体
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); //使能GPIOA时钟

设置工作模式、IO属性、初始化GPIO：

GPIO_InitStruct.GPIO_Mode    = GPIO_Mode_Out_PP;     //配置模式
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin     = GPIO_Pin_0;           //配置哪个IO口
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed   = GPIO_Speed_50MHz;     //配置IO口速度,仅输出有效
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);                   //初始化GPIOA的参数为以上结构体

5.2实例

使能GPIOA的时钟：

RCC->APB2ENR|=1<<2; //使能 PORTA 时钟

设置工作模式：

	GPIOB->CRL&=0XFF0FFFFF; 
	GPIOB->CRL|=0X00300000;//PB.5 推挽输出 
	GPIOB->ODR|=1<<5; //PB.5 输出高

5.回答：

（1）嵌入式C程序代码对内存(RAM)中的各变量的修改操作，与对外部设备（寄存器--->对应相关管脚）的操作有哪些相同与差别？

相同点：

语法：在C语言中，无论是对内存中的变量进行修改，还是对外部设备进行操作，使用的都是同样的赋值语句。
硬件：无论是操作内存还是操作外部设备，都需要对硬件有一定的了解。需要理解内存的地址范围，以及设备的寄存器的地址和功能。

不同点：

操作对象：操作内存主要是操作RAM中的变量，而操作外部设备主要是操作设备的寄存器，这些寄存器通常对应着相关的硬件管脚。
操作权限：在操作内存时，程序通常具有相对较大的权限，可以访问和修改大部分内存区域。但在操作外部设备时，由于硬件的限制和保护，程序可能只能访问和修改特定的寄存器。
速度：内存的访问速度通常比外部设备的访问速度快很多。这是因为内存的访问是电子的，而外部设备的访问可能涉及到硬件的电磁信号等复杂的过程。
并发性：在操作内存时，可能会涉及到多任务、多线程的并发问题。而在操作外部设备时，由于硬件的限制，可能不存在这样的问题。
错误处理：在操作内存时，如果出现错误（如越界访问），程序可能会崩溃或者产生不可预测的结果。而在操作外部设备时，如果出现错误（如向错误的寄存器写入数据），可能只会影响到特定的硬件的功能。

（2）为什么51单片机的LED点灯编程要比STM32的简单？

1.硬件电路简单：51单片机连接简单的LED电路，只需将LED的正极连接到单片机的某个I/O引脚，负极接地即可。这种简单的连接方式使得编程更加容易。而STM32可能需要更加复杂的电路，如使用GPIO引脚和电阻来控制LED。

2.寄存器配置简单：51单片机的寄存器较少，配置起来相对简单。而STM32具有更多的寄存器和外设，需要更多的配置工作来实现LED点灯。

四、(理论概念-常见嵌入式岗位面试题) 与PC平台上的一般程序不同，嵌入式C程序经常会看见 register和volatile 关键字，请解释这两个变量修饰符的作用，并用C代码示例进行说明。

1.`register`

register修饰符用于提示编译器，将变量存储在寄存器中，以加快访问速度。寄存器是CPU内部的一种存储设备，访问速度比内存快得多。使用register修饰符可以减少变量的内存访问时间，提高程序的执行效率。但是，实际上是否将变量存储在寄存器中是由编译器决定的，因为现代编译器通常能够自动进行优化。

register int i;  
for (i = 0; i < 10; i++) {  
    // 循环体  
}

2.`volatile`

volatile修饰符用于告诉编译器，该变量可能会被意外地修改，不要在编译优化时做出错误的假设。在嵌入式系统中，某些内存地址可能会被外部设备或硬件直接修改，而不是通过程序来修改。使用volatile修饰符可以确保编译器不会对这些可能被意外修改的变量进行优化，以确保程序的正确性。

volatile int shared_variable;  
// 某个外部设备或硬件可以直接修改shared_variable的值

五、总结

虽然51单片机的LED点灯编程相对简单，但它的功能和性能也相对较低。而STM32具有更强大的处理能力和外设，适用于更复杂的应用场景。

参考：

[1]

Proteus使用教程并仿真51程序——LED流水灯_proteus 51 仿真_网盘已清空，链接已失效的博客-优快云博客

[2]

1、Proteus仿真STM32流水灯实验例程、详细步骤。_proteus例程_学者-老栋的博客-优快云博客[

[3]

【嵌入式08】STM32F103C8T6寄存器方式借助面包板点亮LED流水灯详解_噗噗的罐子的博客-优快云博客

[4]STM32 LED实验（寄存器方式和HAL库方式） - 知乎 (zhihu.com)

[5]

STM32寄存器的简介、地址查找，与直接操作寄存器_stm32 基地址在那个文件_yummy说电子的博客-优快云博客