如何利用STM32F103寄存器方式点亮LED流水灯？

一、STM32寄存器规则及IO口介绍

本博客将要实现的是控制 STM32 开发板上的三个IO口实现一个类似流水灯的效果，该实验的关键在于如何控制 STM32 的IO口输出。了解了 STM32的IO口如何输出的，就可以实现流水灯了。通过这次的学习，你将初步掌握 STM32 基本 IO 口的使用，而这是迈向STM32的第一步。
STM32 的 IO 口可以由软件配置成如下 8 种模式：
1、输入浮空
2、输入上拉
3、输入下拉
4、模拟输入
5、开漏输出
6、推挽输出
7、推挽式复用功能
8、开漏复用功能
每个 IO 口可以自由编程，但 IO 口寄存器必须要按 32 位字被访问。STM32 的每个 IO 端口都有 7 个寄存器来控制。他们分别是：配置模式的 2 个 32 位的端口 配置寄存器 CRL 和 CRH；2 个 32 位的数据寄存器 IDR 和 ODR；1 个 32 位的置位/复位寄存器 BSRR；一个 16 位的复位寄存器 BRR；1 个 32 位的锁存寄存器 LCKR；这里我们仅介绍常用 的 几个寄存器，我们常用的 IO 端口寄存器只有 4 个：CRL、CRH、IDR、ODR。
CRL 和 CRH 控制着每个 IO 口的模式及输出速率。 STM32 的 IO 口位配置表如表所示：

STM32 输出模式配置如表所示：

接下来我们看看端口低配置寄存器 CRL 的描述，如图所示：

该寄存器的复位值为 0X4444 4444，从图 6.1.1 可以看到，复位值其实就是配置端口为浮空 输入模式。从上图还可以得出：STM32 的 CRL 控制着每组 IO 端口（A~G）的低 8 位的模式。 每个 IO 端口的位占用 CRL 的 4 个位，高两位为 CNF，低两位为 MODE。这里我们可以记住几 个常用的配置，比如 0X0 表示模拟输入模式（ADC 用）、0X3 表示推挽输出模式（做输出口用， 50M 速率）、0X8 表示上/下拉输入模式（做输入口用）、0XB 表示复用输出（使用 IO 口的第二 功能，50M 速率）。


CRH 的作用和 CRL 完全一样，只是 CRL 控制的是低 8 位输出口，而 CRH 控制的是高 8 位输出口。这里我们对 CRH 就不做详细介绍了。 给个实例，比如我们要设置 PORTC 的 11 位为上拉输入，12 位为推挽输出。代码如下：


GPIOC->CRH&=0XFFF00FFF;//清掉这 2 个位原来的设置，同时也不影响其他位的设置

GPIOC->CRH|=0X00038000; //PC11 输入，PC12 输出

GPIOC->ODR=1<<11; //PC11 上拉
通过这 3 句话的配置，我们就设置了 PC11 为上拉输入，PC12 为推挽输出。


IDR 是一个端口输入数据寄存器，只用了低 16 位。该寄存器为只读寄存器，并且只能以 16 位的形式读出。该寄存器各位的描述如图所示:





要想知道某个 IO 口的状态，你只要读这个寄存器，再看某个位的状态就可以了。使用起 来是比较简单的。
ODR 是一个端口输出数据寄存器，也只用了低 16 位。该寄存器为可读写，从该寄存器读 出来的数据可以用于判断当前 IO 口的输出状态。而向该寄存器写数据，则可以控制某个 IO 口 的输出电平。该寄存器的各位描述如图所示：

了解了这几个寄存器，我们就可以开始流水灯实验的真正设计了。
二、硬件连接设计

根据题目要求，使用GPIOB,GPIOC,GPIOD端口来控制LED灯，在查询STM32数据手册后，我选用了PB6，PC6，PD2管脚分别连接红绿蓝三种颜色的灯（由于我只有红绿黄三个小灯，在之后实际硬件中，会用黄灯代替蓝灯）

三、软件设计
3.1配置IO口
我们首先需要配置IO口，这里我们采用的配置方法是使用寄存器。通过配置寄存器的值，来改变IO口的值进行变化。


led.h


#ifndef __LED_H
#define __LED_H         
#include "sys.h"
   
//LED端口定义
#define LED0 BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,6)   // PB6输出
#define LED1 BIT_ADDR(GPIOC_ODR_Addr,6)          // PC6输出
#define LED2 BIT_ADDR(GPIOD_ODR_Addr,2)          // PD2输出

void LED_Init(void);        //初始化                                                     
#endif
led.c


#include "sys.h"   
#include "led.h"

//初始化PB6、PC6和PD2为输出口，并使能这3个口的时钟
//LEDIO初始化
void LED_Init(void)
{
        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&=0XF0FFFFFF; //PB6清零
        GPIOB->CRL|=0X03000000; //PB6推挽输出           
    GPIOB->ODR|=1<<6;       //PB6输出高
       
        GPIOC->CRL&=0XF0FFFFFF; //PC6清零
        GPIOC->CRL|=0X03000000; //PC6推挽输出
        GPIOC->ODR|=1<<6;      //PC6输出高
       
        GPIOD->CRL&=0XFFFFF0FF; //PD2清零
        GPIOD->CRL|=0X00000300;//PD2推挽输出         
    GPIOD->ODR|=1<<2;      //PD2输出高
                                                                                          
}
3.2编写主函数
test.c


#include "sys.h"               
#include "led.h"

void delay(unsigned int i)   //简单延时函数
{
        unsigned char j;               
        unsigned char k;
        for(;i>0;i--)
                for(j=500; j>0; j--)
               for(k =200; k>0; k--);
}

int main(void)
{                 

        LED_Init();                                   //初始化与LED连接的硬件接口   
        while(1)
        {
               
                LED0=0;  //灯亮
                LED1=1;  //灯灭
                LED2=1;
                delay(20);  //延时
                LED0=1;
                LED1=0;
                LED2=1;
                delay(20);
            LED0=1;
                LED1=1;
                LED2=0;
                delay(20);
               
        }         
}


3.3烧录：STM32与PC端连接
借助FLYMCU下载软件，即可将test.hex载入，软件资料同样可在网盘下载。这里我利用FlyMcu进行。





四、汇编语言实现
代码：


RCC_APB2ENR EQU 0x40021018

GPIOA_CRH EQU   0x40010804
GPIOA_ODR EQU   0x4001080C
                                    
GPIOB_CRL EQU   0x40010C00    ;寄存器映射
GPIOB_ODR EQU   0x40010C0C       
       
GPIOC_CRH EQU   0x40011004
GPIOC_ODR EQU   0x4001100C       
       
       
Stack_Size      EQU     0x00000400

                AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
                                        ;NOINIT： = NO Init，不初始化。READWRITE : 可读，可写。ALIGN =3 : 2^3 对齐，即8字节对齐。
Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
__initial_sp

                AREA    RESET, DATA, READONLY

__Vectors       DCD     __initial_sp               
                DCD     Reset_Handler              
                    
                    
                AREA    |.text|, CODE, READONLY
                    
                THUMB
                REQUIRE8
                PRESERVE8
                    
                ENTRY
Reset_Handler
               
               
MainLoop                BL LED2_Init
                BL LED2_ON
                BL Delay             ;LED2灯闪烁
                BL LED2_OFF
                BL Delay
                               
                                BL LED1_Init                               
                                BL LED1_ON
                BL Delay             ;LED1灯闪烁
                BL LED1_OFF
                BL Delay
                               
                BL LED3_Init                               
                                BL LED3_ON
                BL Delay            ;LED3灯闪烁
                BL LED3_OFF
                BL Delay
                               
                B MainLoop
                               
            
LED1_Init
                PUSH {R0,R1, LR}        ;R0,R1,LR中的值放入堆栈
               
                LDR R0,=RCC_APB2ENR      ;LDR是把地址装载到寄存器中(比如R0)。
                ORR R0,R0,#0x08         ;开启端口GPIOB的时钟,ORR 按位或操作,01000将R0的第二位置1，其他位不变               
                LDR R1,=RCC_APB2ENR
                STR R0,[R1]             ;STR是把值存储到寄存器所指的地址中，将r0里存储的值给rcc寄存器
                                ;上面一部分汇编代码是控制时钟的
               
               
                LDR R0,=GPIOB_CRL
                ORR R0,R0,#0X00000020   ;GPIOB_Pin_1配置为通用推挽输出;开启的是pb1，所以是2，为0010，是推挽输出模式，最大速度为2mhz
                LDR R1,=GPIOB_CRL
                STR R0,[R1]
               
                LDR R0,=GPIOB_ODR   
                BIC R0,R0,#0X00000002      ;BIC 先把立即数取反，再按位与
                LDR R1,=GPIOB_ODR          ;GPIOB_Pin_1输出为0;由r1控制ord寄存器
                STR R0,[R1]                 ;将ord寄存器的值变为r0的值
            
                POP {R0,R1,PC}             ;将栈中之前存的R0，R1，LR的值返还给R0，R1，PC


            
LED1_OFF
                PUSH {R0,R1, LR}   
               
                LDR R0,=GPIOB_ODR
                BIC R0,R0,#0X00000002    ;因为是PB1所以对应二进制0010;GPIOB_Pin_1输出为0，LED1熄灭
                            LDR R1,=GPIOB_ODR
                STR R0,[R1]
            
                POP {R0,R1,PC}
            
LED1_ON
                PUSH {R0,R1, LR}   
               
                 LDR R0,=GPIOB_ODR
                ORR R0,R0,#0X00000002    ;GPIOB_Pin_1输出为1，LED1亮
                 LDR R1,=GPIOB_ODR
                STR R0,[R1]
                POP {R0,R1,PC}           


                               

LED2_Init
                PUSH {R0,R1, LR};R0,R1,LR中的值放入堆栈
               
                LDR R0,=RCC_APB2ENR
                ORR R0,R0,#0x04                   ;打开GPIOA的时钟
                LDR R1,=RCC_APB2ENR
                STR R0,[R1]               
               
                LDR R0,=GPIOA_CRH
                ORR R0,R0,#0X00020000   ;GPIOA_Pin_12配置为通用推挽输出
                LDR R1,=GPIOA_CRH
                STR R0,[R1]
               
                LDR R0,=GPIOA_ODR
                BIC R0,R0,#0X00001000   
                LDR R1,=GPIOA_ODR            ;GPIOA_Pin_12输出为0
                STR R0,[R1]
            
                POP {R0,R1,PC}
                               
LED2_OFF
                PUSH {R0,R1, LR}   
               
               LDR R0,=GPIOA_ODR
               BIC R0,R0,#0X00001000        ;GPIOA_Pin_12输出为0，LED2熄灭
                            LDR R1,=GPIOA_ODR
                STR R0,[R1]
            
                POP {R0,R1,PC}
            
LED2_ON
                PUSH {R0,R1, LR}   
               
                LDR R0,=GPIOA_ODR
                ORR R0,R0,#0X00001000     ;GPIOA_Pin_12输出为1，LED2亮
                                 LDR R1,=GPIOA_ODR
                STR R0,[R1]
                               
                                 POP {R0,R1,PC}
                                 

LED3_Init
                PUSH {R0,R1, LR}
               
                LDR R0,=RCC_APB2ENR
                ORR R0,R0,#0x10                    ;打开GPIOC的时钟
                LDR R1,=RCC_APB2ENR
                STR R0,[R1]               
               
                LDR R0,=GPIOC_CRH
                ORR R0,R0,#0X02000000   ;GPIOC_Pin_14配置为通用推挽输出
                LDR R1,=GPIOC_CRH
                STR R0,[R1]
               
                LDR R0,=GPIOC_ODR
                BIC R0,R0,#0X00004000   ;GPIOC_Pin_14输出为0
                LDR R1,=GPIOC_ODR
                STR R0,[R1]
            
                POP {R0,R1,PC}
            
LED3_OFF
                PUSH {R0,R1, LR}   
               
                LDR R0,=GPIOC_ODR
                BIC R0,R0,#0X00004000  ;GPIOC_Pin_14输出为0，LED3熄灭
                            LDR R1,=GPIOC_ODR
                STR R0,[R1]
            
                POP {R0,R1,PC}
            
LED3_ON
                PUSH {R0,R1, LR}   
               
                 LDR R0,=GPIOC_ODR
                ORR R0,R0,#0X00004000   ;GPIOC_Pin_14输出为1，LED3亮
                 LDR R1,=GPIOC_ODR
                STR R0,[R1]
                               
                POP {R0,R1,PC}        
               
Delay
                PUSH {R0,R1, LR}
               
                MOVS R0,#0
                MOVS R1,#0
                MOVS R2,#0
               
DelayLoop0        
                ADDS R0,R0,#1

                CMP R0,#300
                BCC DelayLoop0
               
                MOVS R0,#0
                ADDS R1,R1,#1
                CMP R1,#300
                BCC DelayLoop0

                MOVS R0,#0
                MOVS R1,#0
                ADDS R2,R2,#1
                CMP R2,#15
                BCC DelayLoop0
               
                POP {R0,R1,PC}   

                END


编译烧录方法同上，效果展示