STM32最小系统核心板(STM32F103C8T6)实现流水灯

文章目录

一.题目要求

二.STM32简介

三.GPIO初始化

1.输入输出模式和输出速率设置

（1）找到GPIOA、GPIOB、GPIOC的地址

（2）配置对应引脚寄存器，基地址+偏移量

（3）设置输出模式为推挽输出，输出速度为2Mhz

2.时钟地址

三.工程文件模板的建立

1.所需文件

2.创建工程

3.启动代码

3.1启动代码介绍

3.2使用启动代码

3.3完善项目创建

四.代码的书写

1.led.c

2.led.h

3.test.c

五.调试问题

六.总结

一.题目要求

 假设你手中已有 STM32最小系统核心板(STM32F103C8T6)+面板板+3只红绿蓝LED，并搭建了电路，分别GPIOA-5、GPIOB-9、GPIOC-14 这3个引脚上控制LED灯（最高时钟2Mhz），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

二.STM32简介

关于单片机外设的功能都是完全不同的，但初始化都是大同小异的，点灯是所有学单片机的人都应该学会的第一项技能，这样子才算入门。

51单片机的点灯是，通过控制寄存器将片外引脚（我们称之为IO口）拉低拉高，输出高低电平，以控制LED亮灭，过程为：单片机给指令->控制寄存器->给IO口电平->控制LED亮灭

stm32的点灯则是，通过使能外设GPIO时钟，发出指令给外设GPIO，外设GPIO收到指令后，着手配置自己的寄存器，然后给IO口模式，让其实现各种功能,过程为：CPU给指令->GPIO收到指令->配置内部寄存器->配置IO口模式（注意是模式）->控制LED亮灭

STM32

  STM32，从字面上来理解，ST 是意法半导体，M 是 Microelectronics 的缩写，32 表示32 位，合起来理解STM32就是指 ST 公司开发的 32 位微控制器。
  STM32 属于一个微控制器，自带了各种常用通信接口，比如 USART、I2C、SPI 等，可连接非常多的传感器，可以控制很多的设备。现实生活中，我们接触到的很多电器产品都有 STM32 的身影，比如智能手环，微型四轴飞行器，平衡车、移动 POST 机，智能电饭锅，3D 打印机等等。
  STM32 有很多系列，可以满足市场的各种需求，从内核上分有 Cortex-M0、M3、M4和 M7 这几种，每个内核又大致分为主流、高性能和低功耗。
 单纯从学习的角度出发，可以选择 F1和 F4，F1代表了基础型，基于 Cortex-M3内核，主频为 72MHZ，F4 代表了高性能，基于 Cortex-M4 内核，主频 180M。

三.GPIO初始化

1.输入输出模式和输出速率设置

  首先需要知道的是，STM32中对于GPIO口的操作，无非就是操作下面的寄存器而已，所谓的标准库也好，HAL库也好，它们都只是对操作寄存器的过程进行了封装，目的是为了减轻编程时的工作负担：

两个32位的配置寄存器：GPIOx_CRL、GPIOx_CRH

两个32位数据寄存器：GPIOx_IDR、GPIOx_ODR

一个32位的置位/复位寄存器：GPIOx_BSRR

一个16位复位寄存器：GPIOx_BRR

一个32位锁定寄存器：GPIOx_LCKR

本次实验采用通用推挽输出模式，最高输出时钟频率2Mhz。分别用到A5、B9、C14三个引脚。其中A5属于端口配置低寄存器偏移地址为0x00，B9、C13属于端口配置高寄存器偏移地址为0x04。

（1）找到GPIOA、GPIOB、GPIOC的地址

查询数据手册找到GPIOA、GPIOB、GPIOC的地址，可发现本次实验采用GPIOA、B、C三个端口，该三个端口都属于APB2总线

（2）配置对应引脚寄存器，基地址+偏移量

故而配置如下

//----------------GPIOA配置寄存器 -----------------------
#define GPIOA_CRL		*((unsigned volatile int*)0x40010800)
//----------------GPIOB配置寄存器 -----------------------
#define GPIOB_CRL		*((unsigned volatile int*)0x40010C04)
//----------------GPIOC配置寄存器 -----------------------
#define GPIOC_CRH		*((unsigned volatile int*)0x40011004)

（3）设置输出模式为推挽输出，输出速度为2Mhz

     
	GPIOA->CRL&=0xFF0FFFFF;		//设置位 清零	
	GPIOA->CRL|=0X00200000;		//PA5推挽输出
	GPIOA->ODR|=1<<5;			//设置PA5初始灯为灭
	
	GPIOB->CRH&=0xFFFFFF0F;		//设置位 清零	
	GPIOB->CRH|=0x00000020;		//PB9推挽输出
	GPIOB->ODR|=0x1<<9;			//设置初始灯为灭
	
	GPIOC->CRH&=0xF0FFFFFF;		//设置位 清零
	GPIOC->CRH|=0x02000000;   	//PC14推挽输出
	GPIOC->ODR|=0x1<<14;			//设置初始灯为灭	

例：将GPIOB9配置成推挽输出模式，且最大速度为2MHz
首先，其为GPIOB9端口，其属于端口配置高寄存器模块，则由图8.2.2可知，CNF9和MODE9位为0，其余位为F，即：GPIOB_CRH&=0xFFFFFF0F；又因其为推挽输出模式，且最大速度为2MHz，所以4位寄存器的配置就是CNF9【00】MODE9【10】，0010换成十进制数就是2，即：GPIOB_CRH|=0x00000020

2.时钟地址

时钟控制名字叫做RCC，属于AHB总线。

查询数据手册可发现，外设时钟使能寄存器，设偏移量为0x18，起始地址0x4002 1000，该寄存器地址为0x4002 1018

#define RCC_AP2ENR	*((unsigned volatile int*)0x40021018) #时钟使能寄存器

手册RCC_APB2ENR，位3是IOPBEN，名字是IO端口B时钟使能，就是我们想要的。把RCC_APB2ENR的位3赋值为1，就是开启GPIOB时钟

    RCC->APB2ENR|=1<<2;			//APB2-GPIOA外设时钟使能
	RCC->APB2ENR|=1<<3;			//APB2-GPIOB外设时钟使能	
	RCC->APB2ENR|=1<<4;			//APB2-GPIOC外设时钟使能
	//这两行代码可以合为 RCC_APB2ENR|=1<<3|1<<4;

关于STM32F103系列芯片的地址映射和寄存器映射原理，GPIO端口的初始化设置步骤可以参考笔者的上一篇博客：地址和寄存器映射原理讲解与GPIO端口的初始化设置

三.工程文件模板的建立

1.所需文件

建立模板要用到的SYSTEM文件及启动文件，包括点灯时需要的C8T6数据手册，以及烧录用到的FlyMcu，网盘自取。
链接：https://pan.baidu.com/s/1jxbVCa_filfR9ZRlmP6SMw
提取码：k4lv

2.创建工程

新建工程work4文件，工程名为led，因为之后实验采用C8T6板，因此这里选择STM32F103C8
之后弹出的添加库文件窗口Manage Run-Time Environment，在这个界面，我们可以添加自己需要的组件，从而方便构建开发环境，不过这里我们不做介绍。选择Cancel即可。至此为止我们还只是建了一个框架，还需要添加启动代码，以及.c 文件等。

3.启动代码

3.1启动代码介绍

启动代码是一段和硬件相关的汇编代码
主要作用如下：
1、堆栈（SP）的初始化
2、初始化程序计数器（PC）
3、设置向量表异常事件的入口地址
4、调用 main 函数

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；这里的容量是指 FLASH 的大小
判断方法如下：
小容量：FLASH≤32K
中容量：64K≤FLASH≤128K
大容量：256K≤FLASH

查阅C8T8的数据手册，可知C8T6的Flash容量为128K，属于中容量，因此这里采用startup_stm32f10x_md.s作为启动文件

3.2使用启动代码

STM32F103C8T6核心板启动文件下载链接：
链接：https://pan.baidu.com/s/1Elgc4nvxXjiHLSZ2nXnSCQ
提取码：bmba

将启动文件拷贝到work4工程文件夹下:

我们找到 Target1→Source Group1→双击→设置打开文件类型为 Asm Source file→选择 startup_stm32f10x_hd.s→点击 Add，如下图所示

下列两个文件Listings 和 Objects，是 KEIL 自行创建的，用于保存编译过程中生成的一些文件。

而后我们创建USER文件夹存放存放启动文件（startup_stm32f10x_md.s）、工程文件（test.uvprojx）等不可缺少的文件；创建OBJ文件夹存放这些编译过程中产生的中间文件(包括.hex文件也将存放在这个文件夹里面)。然后我们将把Listings 和Objects 文件夹里面的东西全部移到 OBJ 文件夹下。

我们将系统代码 copy 过来放在我们的work4里面（即 SYSTEM文件夹，该文件夹由 ALIENTEK 提供，这些代码在任何 STM32F10x 的芯片上都是通用的，可以用于快速构建自己的工程。注意是寄存器版本

3.3完善项目创建

（1）在USER文件夹下面找到 led，打开它，然后在 Target 目录树上点击右键→Manage Project Items，弹出对话框。

（2）在上面对话框的中间栏，点新建按钮（也可以通过双击下面的空白处实现），新建 USER 和 SYSTEM 两个组。然后点击 Add Files 按钮，把 SYSTEM 文件夹三个子文件夹里面的：sys.c、usart.c、delay.c 加入到 SYSTEM 组中。然后OK，返回界面


（3）点击新建文件，新建test.c文件,保存在USER中，然后双击USER，会弹出加载文件的对话框，此时我们在 USER 目录下选择test.c文件，加入到 USER 组下。

（4）设置路径，点击魔法棒，弹出 Options for Target’Target 1’对话框，选择 Output 选项卡→选中 Create Hex File（用于生成 Hex 文件，后面会用到）→点击 Select Folder for Objects→找到 OBJ 文件夹→点击 OK

（5）再设置 Listings 文件路径，在上述基础上，打开 Listing 选项卡→点击 Select Folder for Listings→找到 OBJ 文件夹→点击 OK

（6）最后选择c/c++，在Define处输入：STM32F10X_MD，然后点击include Patha添加sys、delay、usart的include路径，如图所示

注意！我们必须根据所用 STM32F1 型号的容量，来输入相关宏定义，对于STM32F103 系列芯片，设置原则如下：
16KB≤FLASH≤32KB 选择：STM32F10X_LD 64KB≤FLASH≤128KB 选择：STM32F10X_MD
256KB≤FLASH≤512KB 选择：STM32F10X_HD

至此我们的工程就完全建立好啦，可以开始写入代码了。

四.代码的书写

（1）在wor4文件夹下新建一个HARDWARE文件夹，用来存储以后与硬件相关的代码。
（2）打开程序，新建两个文件led.c led.h，保存在HARDWARE中
（3）将文件添加进入工程，步骤与上述操作一致。
（4）点击魔法棒按照之前步骤，将HARDWARE路径加入，以免报错

1.led.c

#include "led.h"
void LED_Init(void)
{

    RCC->APB2ENR|=1<<2;			//APB2-GPIOA外设时钟使能
	RCC->APB2ENR|=1<<3;			//APB2-GPIOB外设时钟使能	
	RCC->APB2ENR|=1<<4;			//APB2-GPIOC外设时钟使能
	GPIOA->CRL&=0xFF0FFFFF;		//设置位 清零	
	GPIOA->CRL|=0X00200000;		//PA5推挽输出
	GPIOA->ODR|=1<<5;			//设置PA5初始灯为灭
	
	GPIOB->CRH&=0xFFFFFF0F;		//设置位 清零	
	GPIOB->CRH|=0x00000020;		//PB9推挽输出
	GPIOB->ODR|=0x1<<9;			//设置初始灯为灭
	
	GPIOC->CRH&=0xF0FFFFFF;		//设置位 清零
	GPIOC->CRH|=0x02000000;   	//PC14推挽输出
	GPIOC->ODR|=0x1<<14;			//设置初始灯为灭	

}

2.led.h

#ifndef __LED_H
#define __LED_H	 
#include "sys.h"
//--------------APB2使能时钟寄存器------------------------
#define RCC_AP2ENR	*((unsigned volatile int*)0x40021018)
	//----------------GPIOA配置寄存器 ------------------------
#define GPIOA_CRL	*((unsigned volatile int*)0x40010800)
#define	GPIOA_ODR	*((unsigned volatile int*)0x4001080C)
//----------------GPIOB配置寄存器 ------------------------
#define GPIOB_CRH	*((unsigned volatile int*)0x40010C04)
#define	GPIOB_ODR	*((unsigned volatile int*)0x40010C0C)
//----------------GPIOC配置寄存器 ------------------------
#define GPIOC_CRH	*((unsigned volatile int*)0x40011004)
#define	GPIOC_ODR	*((unsigned volatile int*)0x4001100C)

void LED_Init(void);	//初始化		

#endif

3.test.c

#include "sys.h"
#include "usart.h"		
#include "delay.h"	
#include "led.h"
void A_light()
{
	GPIOA_ODR=0x0<<5;		//PA5低电平
	GPIOB_ODR=0x1<<9;		//PB9高电平
	GPIOC_ODR=0x1<<14;		//PC14高电平
}
void B_light()
{
	GPIOA_ODR=0x1<<5;		//PA5低电平
	GPIOB_ODR=0x0<<9;		//PB9高电平
	GPIOC_ODR=0x1<<14;		//PC14高电平
}
void C_light()
{
	GPIOA_ODR=0x1<<5;		//PA5低电平
	GPIOB_ODR=0x1<<9;		//PB9高电平
	GPIOC_ODR=0x0<<14;		//PC14高电平
}
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)
	{
	 A_light();
	 delay_ms(1000);
		 B_light();
		delay_ms(1000);
		 C_light();
		delay_ms(1000);
	}	 
}

点击编译发现无错误无警告，成功啦！

五.调试问题

当我们点击调试按键时会出现如下警告

我们需要先点击魔法棒找到Debug,勾选Use Simulator（因为我们的电脑没有连接设备）；在Utilities中取消勾选Use Debug Driver，点击Settings,选择Reset and Run就可以正常调试啦。

六.总结

本文带领大家熟悉了一遍寄存器方式编程的基本操作，完成了流水灯实验，笔者在学习期间也遇到过许多困难，但经过查阅资料询问老师同学也解决了问题，受益匪浅，各位在学习途中也不要急于求成要一步一步地来。最后由于笔者暂时还没有面包板故无法进行实物的演示。

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参考

1.https://blog.csdn.net/qq_47281915/article/details/120812867
2.https://blog.csdn.net/weixin_47554309/article/details/120810913
3.https://blog.csdn.net/qq_46467126/article/details/120791793?spm=1001.2014.3001.5502
4.https://blog.csdn.net/qq_53112972/article/details/127153401?spm=1001.2014.3001.5502