STM32 入门开发 - 详解 GPIO 口的配置与控制方式（以 LED 灯为例）

作者：DS小龙哥

2024-07-11
重庆
本文字数：6657 字
阅读完需：约 22 分钟

[TOC]

一、前言

这篇文章学习STM32F103单片机，以寄存器方式，点亮 LED 灯。以控制 LED 灯为例，学习如何配置 STM32 的寄存器，实现输出高低电平的控制。

所以，重点不是 LED 灯如何控制，重点是教会大家如何写代码配置 STM32 的 GPIO 口，实现对 LED 这种外设模块进行控制。

学会如何配置 GPIO 口，不管是多少 LED 灯，还是其他的外设模块，比如：继电器、电机、各种传感器，控制办法都是一样的，都是高低电平进行控制。

二、系列文章

在本专栏里，除了有很多完整的项目案例之外，剩下的大部分文章是讲解 STM32 的基础编程，方便没有基础的同学可以从 0 开始学习 STM32 编程，我的所有 STM32 项目，都是采用寄存器风格编程，整体代码简洁，工程文件少，工程构造简单，这样写出的代码也很方便移植到其他系列单片机使用。

下面是物联网项目开发专栏里的一部分 STM32 基础开发系列文章，大家可以打开专栏看目录学习。

00 STM32基础开发-安装keil软件、新建keil工程、搭建基础开发环境---初学者必看01 STM32寄存器开发基础-位段操作(以控制LED灯为例)02 STM32寄存器开发基础-按键检测(讲解GPIO口输入)---初学者必看03 STM32寄存器开发基础-点亮LED灯(讲解GPIO口输出)---初学者必看04 STM32寄存器开发基础-位段操作(以检测按键为例)05 STM32寄存器开发基础-串口编程06 STM32寄存器开发基础-定时器编程 07 STM32寄存器开发基础-中断编程 08 STM32编程-基础模块开发-ESP8266串口WIFI09 STM32编程-基础模块开发-HC05串口蓝牙10 STM32编程-基础模块开发-EEPROM编程(IIC总线讲解)11 STM32编程-基础模块开发-W25Q64-FLASH编程(SPI总线讲解)12 STM32编程-基础模块开发-DS18B20温度传感器编程(单总线协议讲解)13 STM32编程-基础模块开发-DHT11温湿度传感器编程(单线协议讲解)14 STM32编程-基础模块开发-SHTxx温湿度传感器编程(IIC总线讲解)15 STM32编程-基础模块开发-Air724UG-4G模块编程(串口AT指令)16 STM32编程-基础模块开发-NBIOT-BC26模块编程(串口AT指令)17 STM32编程-基础模块开发-SIM800C-2G模块编程(串口AT指令)18 STM32编程-基础模块开发-0.96寸-OLED显示屏(4针)编程(IIC协议)19 STM32编程-基础模块开发-0.96寸-OLED显示屏(7针)编程(SPI协议)20 STM32编程-基础模块开发-1.44寸-LCD显示屏编程(SPI协议)21 STM32编程-基础模块开发-RC522-RFID刷卡模块编程(SPI协议)22 STM32寄存器开发基础-ADC编程(采集MQ2烟雾传感器的模拟量数据)23 STM32编程-基础模块开发-继电器模块编程(高低电平控制)24 STM32编程-基础模块开发-蜂鸣器模块编程(高低电平控制)25 STM32编程-基础模块开发-水质、浑浊度模块编程(ADC采集)26 STM32编程-基础模块开发-土壤湿度模块编程(ADC采集)27 STM32寄存器开发基础-RTC实时时钟编程(设计电子钟)28 STM32编程-基础模块开发-MPU6050陀螺仪模块编程(IIC协议)29 STM32编程-基础模块开发-(LU)MX90614红外测温模块编程(串口协议)30 STM32编程-基础模块开发-SG90舵机模块编程(PWM控制)31 STM32编程-基础模块开发-ULN2003+28BYJ4步进电机模块编程(4线)32 STM32编程-基础模块开发-防水型DS18B20水温测量模块编程34 STM32编程-基础模块开发-ESP8266-AT指令连接华为云物联网平台35 STM32编程-基础模块开发-ESP8266-AT指令连接OneNet物联网平台36 STM32编程-基础模块开发-ESP8266-AT指令连接腾讯云物联网平台37 STM32编程-基础模块开发-MQ3酒精浓度检测模块编程(ADC采集)38 STM32编程-基础模块开发-GPS定位模块编程(串口采集数据)39 STM32编程-基础模块开发-MAX30102模块编程(串口采集数据)40 STM32编程-基础模块开发-PulseSensor心率模块编程(ADC采集数据)
....会继续持续更新

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三、如何学习？

在学习 STM32 单片机编程之前，肯定得有点基础的准备。

（1）先保证自己的 C 语言基础过关，不需要太高深的 C 语言基础，最起码 C 语言的基本语法要能够看懂。

（2）C 语言的位运算是必须必须要会，我的 STM32 教程里都是采用寄存器编程，寄存器编程都是采用位运算操作 STM32 的寄存器，如果你不懂位运算，那么可能就看不懂如何操作硬件寄存器。

（3）要先自己安装好 keil 软件，要会 keil 软件的基本使用：比如，如何新建工程? 如何添加.c 文件？如何添加.h 头文件？如何设置.h 头文件的搜索路径？

如果不会 C 语言怎么办？

你可以关注我的微信公众号：《DS 小龙哥嵌入式技术资讯》进行学习。在公众号里，有完全免费的 C 语言教程可以学习，在菜单栏里，可以找到 C 语言的菜单。

也可以去网盘里下载文档学习： https://pan.quark.cn/s/aa9abc2979c4

如果 STM32 文章看起来有难度怎么办？

**【1】可以看视频辅助学习，这个视频是以前我录制的课堂上现场讲解的一部分STM32 的视频，大家可以下载学习（这是网盘下载）：**https://pan.quark.cn/s/266dcb6db50c

【2】后面也会在 B 站发布更新 STM32 基础学习视频，会重新录制整套 STM32 的视频（可以关注动态）： https://space.bilibili.com/68130189

**【3】教程里用到的各种文档资料、工具，软件，在哪里下载？（网盘下载）： ** https://pan.quark.cn/s/7b2aacb3be24

【4】学会 STM32 之后有哪些项目可以练手？（网盘下载） https://pan.quark.cn/s/b9e518ea5beb

四、STM32 编程-控制 LED 灯

4.1 STM32 开发板

学习之前，那肯定得准备一块 STM32 的开发板。只要是STM32F103的芯片都可以，本系列教程都适用。

4.2 原理图

控制 LED 灯，首先需要知道 LED 灯的原理图，知道 LED 是连接到 STM32 板子的那一个 IO 口才可以编程。

从原理图上得知，LED0 接在PD2，LED1 接在PA8上面的。

4.3 STM32 的 GPIO 口

STM32 的 GPIO 口是分组管理的，它的命名规则是这样的： GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD.......

每个组里面有 16 个口，比如(简称)：

PA0、PA1、PA2 ... PA15

PB0、PB1、PB2 ... PB15

...

在寄存器里管理这些 IO 口的时候，每个组分为了高和低两个部分。

L 表示低，IO 口的编号范围是： 0 ~ 7

H 表示高，IO 口的编号范围是： 8 ~ 15

4.4 开时钟

STM32 的每个组的 GPIO 口要能使用，需要打开对应组的时钟。其实就是相当于打开开关,表示允许这个组的 GPIO 口可以配置。

控制时钟开关的寄存器是，RCC_APB1 和 RCC_APB2 。

在数据手册第 6 章节有说明这个时钟如何开。

从下面图标出来的寄存器位置可以知道，要开启时钟，只需要把对应的寄存器位设置为 1 就可以了。

如果我要把GPIOA的时钟打开，代码里如何写呢？可以这样写

RCC->APB2ENR|=1<<2;//PA

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如果我要把GPIOB的时钟打开，代码里如何写呢？可以这样写

RCC->APB2ENR|=1<<3;//PB

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如果我要把GPIOC的时钟打开，代码里如何写呢？可以这样写

RCC->APB2ENR|=1<<4;//PC

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如果我要把GPIOD的时钟打开，代码里如何写呢？可以这样写

RCC->APB2ENR|=1<<5;//PD

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如果要继续开其他外设的时钟，按这个规律写就行。

在第 6.2 章还有一张图，时钟树。这个是用来描述 STM32 芯片内部的时钟的情况（看不懂也没有关系，这不影响下面的编程）。

4.5 配置 GPIO 模式的寄存器

在数据手册的第 8 章，是专门配置 GPIO 口的章节。可以配置模式、输出控制、输入检测等等。

下面是 GPIO 口端口模式配置对应的寄存器，名字叫：GPIOX_CRL 和 GPIOX_CRH 。

端口配置低寄存器 (GPIOx_CRL) (x=A..E)

端口配置高寄存器 (GPIOx_CRH) (x=A..E)

这个寄存器为什么分GPIOX_CRL 和 GPIOX_CRH ？

前面已经说过，STM32 的 IO 口为了高、低两个部分进行管理。 0~7 的 IO 口编号属于低位，8 ~ 15 的 IO 口属于高位。

其中的 X 是代号，实际使用可以替换为：A、B、C、D、..... 也就是实际 IO 口的分组名字。

那么这个GPIOx_CRL 和 GPIOx_CRH寄存器如何使用呢？

从下面的寄存器截图里可以看出，这个寄存器是 32 位，有 32 个位。每 4 个位表示一个 GPIO 口的模式。

这 4 个位如何填，从上面截图里的 2 个红色框框可以看到的很清楚，这个 4 个位可以有很多种组合，每个组合都表示了一直模式。

CNFy：端口配置位

在输入模式(MODE)：00：模拟输入模式01：浮空输入模式(复位后的状态) 10：上拉/下拉输入模式11：保留    在输出模式(MODE)：00：通用推挽输出模式01：通用开漏输出模式10：复用功能推挽输出模式11：复用功能开漏输出模式

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MODEy 端口模式位：

00：输入模式(复位后的状态) 01：输出模式，最大速度10MHz 10：输出模式，最大速度2MHz 11：输出模式，最大速度50MHz

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如果现在的 GPIO 口是要控制 LED 灯、控制继电器、或者控制其他外设，需要强大的驱动力气，对速度没有要求，那就需要配置为推挽输出模式。

对的 4 个位就应该填：0011 ，前面的00表示通用推挽输出模式；后面的11表示输出模式，最大速度 50MHz。

如果你需要配置为其他模式，那么就按这个规律进行组合即可。

**【1】如果我要将 PB6 配置为推挽输出模式，应该怎么写代码？ ** 说明：这里的 PB6 表示 GPIOB 这个组的第 6 个 IO 口。

GPIOB->CRL&=0xF0FFFFFF;  //这一步是位运算操作，特别注意这个& ， 意思是先将之前的配置清除为0.GPIOB->CRL|=0x03000000;  //这一步是位运算操作，特别注释这个|，意思是将新的配置赋值进去。
如果大家对这个位运算的  &   和  |  理解不了。 可以先看看C语言的位运算，然后写写例子验证下&和|的功能。这样再回来看就明白了。    这份代码里的 0xF0FFFFFF。  大家要数位置，要从右向左数。一个位置表示一个IO口。 数的时候从0开始数。

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**【2】如果我要将 PB6 和 PB7 同时配置为推挽输出模式，应该怎么写代码？ ** 看下面的代码学习。

GPIOB->CRL&=0x00FFFFFF;  //这一步是位运算操作，特别注意这个& ， 意思是先将之前的配置清除为0.GPIOB->CRL|=0x33000000;  //这一步是位运算操作，特别注释这个|，意思是将新的配置赋值进去。

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**【3】如果我要将 PC2 配置为推挽输出模式，应该怎么写代码？ ** 看下面的代码学习。

GPIOC->CRL&=0xFFFFF0FF;  //这一步是位运算操作，特别注意这个& ， 意思是先将之前的配置清除为0.GPIOC->CRL|=0x00000300;  //这一步是位运算操作，特别注释这个|，意思是将新的配置赋值进去。

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**【4】如果我要将 PA8 配置为推挽输出模式，应该怎么写代码？ ** 看下面的代码学习。

细心的同学可能发现，PA8 的代码写法与前面的几个例子不一样了。不再是 CRL，而是 CRH 了。因为 PA8 是属于高位，属于8~15的范围，对应的寄存器是CRH。

GPIOA->CRH&=0xFFFFFFF0;  //这一步是位运算操作，特别注意这个& ， 意思是先将之前的配置清除为0.GPIOA->CRH|=0x00000003;  //这一步是位运算操作，特别注释这个|，意思是将新的配置赋值进去。

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通过以上几个例子，相信大家已经看懂了吧？如果你要继续配置其他的 IO 口，照着这个规律配置就行了。

4.6 编写 LED 灯的初始化代码

下面就来实操一下，学一个完整的代码，初始化 LED 灯链接的 GPIO 口。

/*函数功能: LED初始化硬件连接: PA8 PD2特性: 低电平点亮*/void LED_Init(void){    //开时钟    RCC->APB2ENR|=1<<2;    RCC->APB2ENR|=1<<5;        //配置GPIO口    GPIOA->CRH&=0xFFFFFFF0;    GPIOA->CRH|=0x00000003;    GPIOD->CRL&=0xFFFFF0FF;    GPIOD->CRL|=0x00000300;        //上拉    GPIOA->ODR|=1<<8;    GPIOD->ODR|=1<<2;}

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4.7 GPIO 口控制输出寄存器

上面已经将模式配置好了，配置为输出模式。那如何控制 GPIO 口输出？

看下面的寄存器GPIOx_ODR。 GPIOx_ODR 这个寄存器就是用来控制 GPIO 口每个位输出0和1的。

那么这个GPIOx_ODR寄存器如何使用呢？下面举几个例子，大家就明白了。

【1】如果想控制 PB6 这个口输出 1，应该怎么写？

GPIOB->ODR|=1<<6;

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【2】如果想控制 PB6 这个口输出 0，应该怎么写？

GPIOB->ODR&=~(1<<6);

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【3】如果想控制 PC2 这个口输出 0，应该怎么写？

GPIOC->ODR&=~(1<<2);

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【4】如果想控制 PA13 这个口输出 1，应该怎么写？

GPIOA->ODR|=1<<13;

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通过以上几个例子，相信大家已经看懂了吧？如果你要继续配置其他的 IO 口输出，照着这个规律写就行了。

4.8 一个完整的闪光灯程序代码

这个也就是控制 LED 灯，一亮，一灭的效果代码。让大家看看如何在主函数里调用写好的函数。

#include "stm32f10x.h"
/*函数功能: LED初始化硬件连接: PA8 PD2特性: 低电平点亮*/void LED_Init(void){    //开时钟    RCC->APB2ENR|=1<<2;    RCC->APB2ENR|=1<<5;        //配置GPIO口    GPIOA->CRH&=0xFFFFFFF0;    GPIOA->CRH|=0x00000003;    GPIOD->CRL&=0xFFFFF0FF;    GPIOD->CRL|=0x00000300;        //上拉    GPIOA->ODR|=1<<8;    GPIOD->ODR|=1<<2;}
/*函数功能: 延时ms单位*/void DelayMs(int ms){  int i,j,n;  for(i=0;i<ms;i++)    for(j=0;j<100;j++)      for(n=0;n<100;n++);}

int main(void){  LED_Init();  //初始化LED  while(1)  {    GPIOA->ODR&=~(1<<8);        GPIOD->ODR&=~(1<<2);      DelayMs(100);                GPIOA->ODR|=1<<8;        GPIOD->ODR|=1<<2;        DelayMs(100);  }  }

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下面是工程代码截图：

五、关于寄存器是问题

喜欢深究代码 探寻真理 的同学，看了上面内容之后，可能还有疑问。

比如下面的代码：

GPIOB->CRL&=0x00FFFFFF;GPIOB->CRL|=0x33000000;

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我们写了这个代码之后，就可以配置PB6和PB7为推挽输出模式。

从 C 语言的语法上我们可以看出GPIOB->CRL是一个结构体的类型，那么这个GPIOB是怎么来的？在哪里定义的？

我们建立工程的时候，是会添加一个stm32f10x.h 头文件。并在代码里最前面引用了。

#include "stm32f10x.h"

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这个头文件是ST官方提供的，里面已经定义了全部寄存器，设置好了地址偏移，我们只要在代码里包含了#include "stm32f10x.h" 头文件。就可以直接使用已经定义好的寄存器进行配置。

那我们可不可以自己定义寄存器名字，不要官方的stm32f10x.h头文件呢？那当然是可以的。

如果你为了能更加清晰的搞懂底层，是可以自己写的头文件的。

我们注意看数据手册，在每个寄存器上，都写了这个寄存器的地址偏移的。

在得知偏移地址之后，还需要知道基地址，也就是基于什么地址偏移的，这样就可以找到寄存器的真实地址了。

翻到数据手册的 2 章就可以看到每个寄存器的起始地址。

比如：时钟寄存器 RCC 的起始地址。

比如：GPIO 配置寄存器 A B C D ... 的起始地址。

根据前面的说明的偏移量。起始地址加上偏移量就是这个寄存器的实际地址。我们只要用 C 语言的指针，定义指针类型指向这个地址，我们就可以对这个地址进行操作进行配置寄存器。从这里大家应该理解了。

学指针的时候，各种资料都说 C 语言指针是 C 语言的灵魂，还可以操作硬件，这不，活生生的实际例子就来了。

下面给出完整的代码： 下面这个代码例子，就是完全自己定义寄存器，配置寄存器，完成 LED 灯的控制的例子。大家可以琢磨琢磨。

//RCC时钟寄存器#define RCC_APB2ENR *((volatile u32 *)(0x40021000+0x18))#define GPIOB_CRL *((volatile u32 *)(0x40010C00+0x00))#define GPIOB_CRH *((volatile u32 *)(0x40010C00+0x04))#define GPIOA_CRL *((volatile u32 *)(0x40010800+0x00))#define GPIOA_CRH *((volatile u32 *)(0x40010800+0x04))
#define GPIOB_IDR *((volatile u32 *)(0x40010C00+0x08))#define GPIOB_ODR *((volatile u32 *)(0x40010C00+0x0C))    #define GPIOA_IDR *((volatile u32 *)(0x40010800+0x08))#define GPIOA_ODR *((volatile u32 *)(0x40010800+0x0C))  
//结构体定义方式struct STM32_GPIO{    u32 CRL;  //0x00  u32 CRH;  //0x04  u32 IDR;  //0x08  u32 ODR;  //0x0C};
#define MY_GPIOA ((struct STM32_GPIO*)(0x40010800))#define MY_GPIOB ((struct STM32_GPIO*)(0x40010C00))


/*函数功能: LED初始化硬件特性: 低电平亮硬件接线:    LED1--PB6    LED2--PB7    LED3--PB8    LED4--PB9*/void LED_Init(void){  /*1. 开时钟--第6章RCC*/  RCC_APB2ENR|=1<<3;//PB    /*2. 配置GPIO模式--第8章GPIOx*/  GPIOB_CRL&=0x00FFFFFF;  GPIOB_CRL|=0x33000000;    GPIOB_CRH&=0xFFFFFF00;  GPIOB_CRH|=0x00000033;    /*3. 上拉: 关闭LED灯*/  GPIOB_ODR|=1<<6;  GPIOB_ODR|=1<<7;  GPIOB_ODR|=1<<8;  GPIOB_ODR|=1<<9;}


/*函数功能: 延时ms单位*/void DelayMs(int ms){  int i,j,n;  for(i=0;i<ms;i++)    for(j=0;j<100;j++)      for(n=0;n<100;n++);}

int main(void){  LED_Init();  //初始化LED  while(1)  {    GPIOB_ODR&=~(1<<6);      GPIOB_ODR&=~(1<<7);      GPIOB_ODR&=~(1<<8);      GPIOB_ODR&=~(1<<9);      DelayMs(100);                GPIOB_ODR|=1<<6;      GPIOB_ODR|=1<<7;      GPIOB_ODR|=1<<8;      GPIOB_ODR|=1<<9;        DelayMs(100);  }  }

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原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/2ede7f647f67491ebc175ed58】。文章转载请联系作者。

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STM32 入门开发 - 详解 GPIO 口的配置与控制方式（以 LED 灯为例）

一、前言

二、系列文章

三、如何学习？

四、STM32 编程-控制 LED 灯

4.1 STM32 开发板

4.2 原理图

4.3 STM32 的 GPIO 口

4.4 开时钟

4.5 配置 GPIO 模式的寄存器

4.6 编写 LED 灯的初始化代码

4.7 GPIO 口控制输出寄存器

4.8 一个完整的闪光灯程序代码

五、关于寄存器是问题

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