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一、什么是寄存器
寄存器是CPU中有限存贮容量的高速存贮部件，可用来暂存指令、数据和地址。
简单来讲，如果将我们的计算机比作一栋大楼，而寄存器就是这栋大楼中的每一间房子，寄存器地址便可以看做是房子的门牌号，只不过这个门牌号有点特殊，是由0 1比特流构成的。
GPIO
GPIO 是通用输入输出端口的简称，也就是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。
所有的 GPIO 引脚都有基本的输入输出功能。
工作模式：
typedef enum
{
GPIO_Mode_AIN = 0x0, // 模拟输入
GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04, // 浮空输入
GPIO_Mode_IPD = 0x28, // 下拉输入
GPIO_Mode_IPU = 0x48, // 上拉输入
GPIO_Mode_Out_OD = 0x14, // 开漏输出
GPIO_Mode_Out_PP = 0x10, // 推挽输出
GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C, // 复用开漏输出
GPIO_Mode_AF_PP = 0x18 // 复用推挽输出
} GPIOMode_TypeDef;
我们点亮LED灯，需要将其设置成推挽输出模式。
详细可见：STM32寄存器的简介、地址查找，与直接操作寄存器
二、 使用寄存器点亮LED灯
1. 建立工程模板
stm32提供了一个用c语言封装好的固件库,我们要实现什么功能，直接调用相应的库函数即可。
要使用ST固件库，可以建立一个工程模板，方便我们调用函数。
详细建立过程可参考：stm32f103c8t6工程模板的建立
1.1 建立相关文件
新建总文件夹用来存放本次工程的所有程序，然后再建CORE、HARDWARE、OBJ、FWLIB、SYSTEM、USER这六个文件夹。其中，HARDWARE文件夹是用来存放外设硬件代码，OBJ用来存放生成调试代码，FWLIB是各种.c和.h文件，如下图所示：
CORE文件夹：
HARDWARE文件夹：
FWLib文件夹：
SYSTEM文件夹：
USER文件夹：
1.2 建立工程
打开Keil，新建工程至USER文件夹中，具体过程可参考：基于MDK创建纯汇编语言的STM32工程
注意这里的芯片型号选择STM32F103C8（根据自有的芯片选择）；
并且在选择运行环境时，不用再勾选Startup和CORE。
在Groups窗口添加五个自定义的文件夹：
在每个文件夹中添加相应的文件：
添加后可在工作栏中查看：
1.3 配置环境
右击Target1，进入Options for Target 'Target 1’；
点击Target，可以看到STM芯片为STM32F103C8，修改晶振频率值为8；
点击Output，其中select folder for objects是选择生成的hex存放的目录，这里选择存放在建立的OBJ文件夹中，Create HEX File用于生成可执行代码文件，用于下载到开发板；
再点击C/C++ 选项
a) 首先将其中的Define设置为USE_STDPERIPH_DRIVER,STM32F10X_MD，
b) 再点击添加Include Paths的路径
具体路径为之前加入到工程中的路径：
添加完成后如下所示：
至此，便基本完成了工程的建立。
2. 配置GPIO端口
GPIO 是通用输入输出端口的简称，也就是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。
GPIO端口的初始化设置三步骤:
1、时钟配置
2、输入输出模式设置
3、最大速率设置
2.1 配置时钟使能
为什么配置时钟？为了省电，默认的时钟都是关闭的。配置STM32的任何资源前，都必须首先使能时钟。
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
//开启 GPIOB 端口时钟
2.2 初始化结构体
库函数中提供了一个结构体来配置GPIO端口的输入输出模式设置 、 最大速率设置等。
// @file stm32f10x_gpio.h
typedef struct
{
uint16_t GPIO_Pin; /*!< 选择要配置的 GPIO 引脚 */
GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed; /*!< 选择 GPIO 引脚的速率 */
GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode; /*!< 选择 GPIO 引脚的工作模式 */
}GPIO_InitTypeDef;
该结构体中包含了初始化 GPIO 所需要的信息，包括引脚号、工作模式、输出速率。
设计思路是：
1、初始化 GPIO 前，先定义一个这样的结构体变量，根据需要配置 GPIO 的模式，对这个结构体的各个成员进行赋值，
2、把这个变量作为“GPIO 初始化函数”的输入参数，该函数能根据这个变量值中的内容去配置寄存器，从而实现 GPIO 的初始化。
2.3.配置输入输出模式
配置 端口位为通用推挽输出，速度为 2M
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 ; //选定输出端口为GPIO_Pin_4
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_2MHz; //输出速度为2M
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
至此一个GPIOB_Pin_4配置完毕，我们总算可以控制一个 LED 了。
3. 主要函数
3.1 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
3.2 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);
}
3.3 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
3.4 delay.c函数
本实验调用的是正点原子写好的延时函数用于实现延时1s后三种LED灯轮流闪烁，这里就不多做介绍，若感兴趣，可以自行尝试编写。
#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
3.5 main.c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
}
}
4. 生成HEX文件
点击左上角的编译按钮进行调试编译，跳出一个错误：
搜索可知错误原因是：
MDK5 默认编码方式是 C89，不支持 C/C++ 的字符串空格编程定义。需要改成 C99编码方式后支持。
解决方法：勾选配置中C/C++的C99 Mode
打开建立的OBJ文件夹也可以看见存放有生成的.hex文件
5. 搭建电路
本次实验是在面包板上使用c8t6来控制红、绿、黄三个灯轮流闪烁，关于面包板的使用简介可参考：面包板使用简介
搭建的电路图如下：
注意使用管脚时不要插错，否则实验会不成功
6. 用串口下载程序
其中实验用到的STM32 开发板用的 USB 转串口的驱动芯片是 CH340，要使用串口得先在电脑中安装 USB 转串口驱动—CH340 版本。
驱动链接：https://pan.baidu.com/s/1DgvVGtLwRdJf-Ta9bZYl-w
提取码：761Q
如果 USB转串口驱动安装成功，USB 线跟板子连接没有问题，
在计算机->管理->设备管理器->端口中可识别到串口。
用 USB 线连接电脑和开发板的 USB 转串口接口：USB TO UART，给开发板上电。
接下来要将程序烧录进芯片中，用到的软件是mcuisp
mcuisp下载链接：https://pan.baidu.com/s/1i1i6shnqsXLfLkzjq9lGuQ
提取码：dj9o
打开 mcuisp 软件，配置如下：
a) 搜索串口，设置波特率 115200（尽量不要设置的太高）；
b) 选择要下载的HEX文件；
c) 校验、编程后执行；
d) 选择DTR 低电平复位，RTS 高电平进入 bootloader；
e) 开始编程，如果出现一直连接的情况，按一下开发板的复位键即可；
开始编译后的下载成功后的提示如下图，则说明HEX文件已经成功被烧录到芯片中。
7. 实验结果
四、总结
本次实验主要进行了使用STM32寄存器点亮LED流水灯，通过使用库函数和寄存器，体会到了库函数确实比寄存器简便的多，且寄存器的可读性远远比不上直接调用库函数。但通过寄存器，可以直观地了解到底层的工作原理，对于STM32F103系列芯片的地址映射和寄存器映射原理也有了更加深入的理解！且实际连接上面包板，发现软件仿真与实际使用硬件设备是有所不同的，软件调试正确但是硬件却不一定能够正常工作，比较难找到问题所在，不过在他人的帮助下还是成功地完成了点灯实验！
五、参考文章
1、STM32F103寄存器方式点亮LED流水灯
2、STM32从地址到寄存器
3、面包板使用简介
4、STM32寄存器的简介、地址查找，与直接操作寄存器