嵌入式入门，基于keil5用stm32寄存器和标准库实现LED流水灯

本文章采用的开发板是STM32F103C8T6，下载器是ST_Link，开发环境是Keil5。本文要实现的是控制STM32F103C8T6(后文简称STM32)初始化GPIO，并控制其引脚PA0（红色二极管）、PB5（蓝色二极管）和PC13（STM32自带的黄色LED）的高低电平实现LED流水灯。

本文的实现前提是：

1. 完成配置keil5的环境（包括keil内魔法棒的一些参数配置）；
2. 能简单创建keil的工程

如果不会的小伙伴们可以看看[江协科技]（STM32入门教程-2023版 细致讲解 中文字幕_哔哩哔哩_bilibili）大大的视频，本文也是基于江科大的视频实现的。

一、基于寄存器实现LED流水灯

1.前置知识：STM32 GPIO 核心原理

在开始写代码前，必须先搞懂 2 个核心概念，这是寄存器操作的基础：

1. STM32 外设时钟默认关闭：STM32 为了低功耗，所有外设（包括 GPIO）的时钟默认是断开的，必须先通过 RCC 寄存器开启对应 GPIO 的时钟，否则后续配置全无效；

2. GPIO 引脚配置三要素

   ：每个 GPIO 引脚的工作模式由「端口配置寄存器（CRL/CRH）」的 2 组位控制 ：

   • MODE 位：控制输出速度（仅输出模式有效）；
   • CNF 位：控制工作模式（推挽 / 开漏 / 输入等）；
   • 寄存器地址：每个 GPIO 端口（A/B/C）有固定基地址，寄存器通过「基地址 + 偏移」访问。

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2、找到所要调用的寄存器地址

我们可以在STM32的官方网站或者其他渠道下载STM32的官方参考手册，对于具体的 STM32 型号，其数据手册会详细列出各个外设（如GPIO、定时器、USART 等）的寄存器映射表。这些映射表明确给出了每个寄存器的名称、功能描述以及对应的偏移地址（相对于外设基地址）。本文所用的官方参考手册是STM32F10xxx参考手册（中文）。

打开手册，因为STM32 所有外设时钟默认关闭，必须先开启 GPIOA 的时钟，否则后续配置 CRL/ODR 等寄存器都无效。各个时钟中，APB2外设时钟使能寄存器(RCC_APB2ENR)是控制GPIO的时钟。我们在手册中找到APB2外设时钟使能寄存器(RCC_APB2ENR)的解释部分：

我们要使能的分别是GPIOA、GPIOB和GPIOC的时钟。以使能GPIOA端口的时钟为例，我们可以看到下方的介绍，找到位2，IOPAEN：IO端口A时钟使能 (I/O port A clock enable)，其置0：IO端口A时钟关闭；置1：IO端口A时钟开启。于是我们使位2置1，其它位置0。如下图所示：

可以看到我们读出的地址为0x00000004，将这个地址赋给RCC_APB2ENR，在keil中的代码如下：

当然我们可以用stm32f10x.h库中定义的变量映射，如下图所示：

图上的RCC_APB2ENR_IOPAEN其实是stm32f10x.h库中定义的地址：0x00000004，我们选中它右键，选择

Go To Definition Of 'RCC_APB2ENR_IOPAEN',跳转到它定义看看：

可以看见，RCC_APB2ENR_IOPAEN其实就是0x00000004，那么同理，我们也可以打开GPIOB和GPIOC的时钟了。

时钟配置完后，我们需要将GPIO的输出模式配置为「通用推挽输出」模式。依旧是打开手册，以PC13为例，找到8.2.2 端口配置高寄存器(GPIOx_CRH) (x=A..E)，然后看下面的解释，对照计算其设置的地址，如下图所示：

模式类型	CNF [1:0]（配置位）	MODE [1:0]（速度位）
通用推挽输出	00	01/10/11（非 00）

我这里将速度位设置成了11，也就是最大速度50MHz。

//stm32f10x.h中定义
#define  GPIO_CRH_MODE13                     ((uint32_t)0x00300000)        /*!< MODE13[1:0] bits (Port x mode bits, pin 13) */
#define  GPIO_CRH_MODE13_0                   ((uint32_t)0x00100000)        /*!< Bit 0 */
#define  GPIO_CRH_MODE13_1                   ((uint32_t)0x00200000)        /*!< Bit 1 */

   //主函数GPIOC->CRH |= GPIO_CRH_MODE13;GPIOC->CRH &= ~GPIO_CRH_CNF13;

代码逻辑解释

• |= 操作：只将目标位置 1，不影响其他位（比如这里只改 MODE13，不碰其他引脚的配置）；
• &= ~ 操作：只将目标位清 0，不影响其他位（比如这里清除 CNF13，确保是推挽模式）；
• 若写成 GPIOC->CRH = GPIO_CRH_MODE13; 会覆盖 CRL 寄存器的其他位，导致 PC8-15引脚配置混乱，这是新手常见错误！

3.输出电平的设置以及主函数的设计

初始化成功后，我们接下来控制 PC13输出低电平，点亮板载二极管。

我这里采用的是BSRR 寄存器来控制高低电平，手册中找到8.2.5 端口位设置清除寄存器(GPIOx_BSRR) (x=A..E)：

BSRR 是「置位 / 复位寄存器」，写 1 有效，不影响其他位：

• 低 16 位（bit0-bit15）：置位（写 1→对应引脚输出高电平）；
• 高 16 位（bit16-bit31）：复位（写 1→对应引脚输出低电平）。

GPIOC->BSRR = GPIO_BSRR_BR13;

//  PC13输出低电平(点亮PC13引脚)
GPIOC->BSRR = GPIO_BSRR_BR13;

在网上找到实现delay延时的函数：

/*** @brief  微秒级延时* @param  xus 延时时长，范围：0~233015* @retval 无*/
void Delay_us(uint32_t xus)
{SysTick->LOAD = 72 * xus;				//设置定时器重装值SysTick->VAL = 0x00;					//清空当前计数值SysTick->CTRL = 0x00000005;				//设置时钟源为HCLK，启动定时器while(!(SysTick->CTRL & 0x00010000));	//等待计数到0SysTick->CTRL = 0x00000004;				//关闭定时器
}/*** @brief  毫秒级延时* @param  xms 延时时长，范围：0~4294967295* @retval 无*/
void Delay_ms(uint32_t xms)
{while(xms--){Delay_us(1000);}
}/*** @brief  秒级延时* @param  xs 延时时长，范围：0~4294967295* @retval 无*/
void Delay_s(uint32_t xs)
{while(xs--){Delay_ms(1000);}
} 

实现流水灯的具体代码如下：(延时函数已封装没有给出，不知道怎么封装的自行学习)

#include "stm32f10x.h"
#include "Delay.h"int main(void) {// 启用GPIOA、GPIOB和GPIOC时钟RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN | RCC_APB2ENR_IOPBEN | RCC_APB2ENR_IOPCEN;// 配置引脚为通用推挽输出GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_MODE0 ;// |=：用于设置特定位为 1（不影响其他位）GPIOA->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF0;//  &= ~：用于清除特定位为 0（不影响其他位），如配置推挽模式GPIOB->CRL |= GPIO_CRL_MODE5;GPIOB->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF5;GPIOC->CRH |= GPIO_CRH_MODE13;GPIOC->CRH &= ~GPIO_CRH_CNF13;while (1) {// 点亮A0引脚，同时熄灭 B5, PC13引脚GPIOA->BSRR = GPIO_BSRR_BR0;GPIOB->BSRR = GPIO_BSRR_BS5;GPIOC->BSRR = GPIO_BSRR_BS13;Delay_s(1);  // 延时一秒// 点亮B5引脚，同时熄灭A0, PC13引脚GPIOA->BSRR = GPIO_BSRR_BS0;GPIOB->BSRR = GPIO_BSRR_BR5;GPIOC->BSRR = GPIO_BSRR_BS13;Delay_s(1);  // 延时一秒// 点亮PC13引脚，同时熄灭A0, B5引脚GPIOA->BSRR = GPIO_BSRR_BS0;GPIOB->BSRR = GPIO_BSRR_BS5;GPIOC->BSRR = GPIO_BSRR_BR13;Delay_s(1);  // 延时一秒}}

4.实验结果

编译烧录后，实验结果如以下视频：

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二、基于标准库实现LED流水灯

1. 标准库实现原理概述

STM32 标准库（STM32F10x_StdPeriph_Lib）封装了底层寄存器操作，通过提供结构化的 API 函数简化开发。相比寄存器操作，标准库的优势在于：

• 无需记忆复杂的寄存器地址和位操作
• 通过结构体统一配置参数，代码可读性更强
• 兼容不同型号 STM32 芯片，移植性更好

实现 LED 流水灯的核心流程与寄存器方式一致（时钟使能→GPIO 配置→电平控制→延时循环），但操作方式通过标准库函数完成。

2. 代码解析

（1）头文件与函数声明（light.h）

#ifndef _light_H_
#define _light_H_
#include "stm32f10x.h"  // 包含标准库核心头文件// 声明LED初始化和控制函数
void LED_INIT();
void LED1_ON(void);
void LED1_OFF(void);
void LED2_ON(void);
void LED2_OFF(void);
void LED3_ON(void);
void LED3_OFF(void);#endif

• 头文件保护符_light_H_防止重复包含
• 依赖stm32f10x.h，该文件包含了标准库所有外设的定义

（2）LED 驱动实现（light.c）

① 时钟使能

#include "stm32f10x.h"
#include "Delay.h"void LED_INIT()
{// 使能GPIOA、GPIOB、GPIOC时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);// 函数说明：RCC_APB2PeriphClockCmd(外设列表, 使能状态)// 作用等价于寄存器操作中的`RCC->APB2ENR |= ...`，但无需记忆具体位定义
}

② GPIO 初始化结构体配置

void LED_INIT()
{// ...（时钟使能代码同上）GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;  // 定义GPIO初始化结构体// 通用配置（适用于所有LED引脚）GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;  // 推挽输出模式（对应寄存器的CNF=00）GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 输出速度50MHz（对应寄存器的MODE=11）// 初始化PA0（LED1）GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;  // 指定引脚GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);     // 应用配置到GPIOA// 初始化PB5（LED2）GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;  // 复用结构体，仅修改引脚参数GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);// 初始化PC13（LED3）GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
}

• 结构体GPIO_InitTypeDef是标准库的核心设计，将引脚模式、速度、引脚号等参数封装成结构体
• GPIO_Init()函数会根据结构体参数自动配置对应的 CRL/CRH 寄存器，无需手动计算位偏移

③ LED 电平控制函数

// LED1（PA0）控制
void LED1_ON(void)
{GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);  // 输出低电平（点亮LED）// 等价于寄存器操作：GPIOA->BSRR = GPIO_BSRR_BR0;
}
void LED1_OFF(void)
{GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);    // 输出高电平（熄灭LED）// 等价于寄存器操作：GPIOA->BSRR = GPIO_BSRR_BS0;
}// LED2（PB5）控制（逻辑同上）
void LED2_ON(void) { GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5); }
void LED2_OFF(void) { GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5); }// LED3（PC13）控制（逻辑同上）
void LED3_ON(void) { GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13); }
void LED3_OFF(void) { GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13); }

• GPIO_SetBits()和GPIO_ResetBits()分别对应寄存器操作中的 "置位" 和 "复位"，内部已处理 BSRR 寄存器的高低位映射

（3）主函数逻辑（main.c）

#include "stm32f10x.h"
#include "Delay.h"
#include "light.h"int main(void) {LED_INIT();  // 初始化LED引脚while (1) {// 轮流点亮三个LED，间隔1秒LED1_ON();  LED2_OFF(); LED3_OFF(); Delay_s(1);LED1_OFF(); LED2_ON();  LED3_OFF(); Delay_s(1);LED1_OFF(); LED2_OFF(); LED3_ON();  Delay_s(1);}
}

• 主函数逻辑清晰：先初始化硬件，再在死循环中通过控制函数切换 LED 状态，配合延时实现流水效果
• 相比寄存器版本，代码更接近自然语言，可读性大幅提升

3. 标准库与寄存器操作对比

操作环节	寄存器方式	标准库方式
时钟使能	直接操作RCC->APB2ENR寄存器	调用RCC_APB2PeriphClockCmd()函数
GPIO 配置	手动计算 CRL/CRH 寄存器位值	配置GPIO_InitTypeDef结构体
电平控制	操作GPIOx->BSRR寄存器	调用GPIO_SetBits()/GPIO_ResetBits()
代码可读性	低（需记忆寄存器地址和位定义）	高（函数和结构体语义化）
移植性	差（不同型号寄存器可能有差异）	好（标准库统一接口）

4. 实验结果

实验结果如下：

与寄存器实现效果一致：PA0（红）→ PB5（蓝）→ PC13（黄）依次循环点亮，间隔 1 秒，形成流水灯效果。

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三、Keil的软件仿真和误差分析

写延时函数的时候，我们用Delay_s(1)想让 LED 亮 1 秒，但实际芯片运行时，这个时间总会有点偏差。这不是函数写错了，而是硬件运行、代码执行这些环节总会有微小的时间差。那怎么知道差多少呢？Keil 自带的逻辑分析仪能帮我们看到引脚的波形，轻松测出实际延时。

1.为啥要看波形？

Delay_s(1)的意思是 “延时 1 秒”，但实际运行时：

• 延时函数本身的代码执行需要时间
• 芯片的系统时钟可能有微小波动
• 其他代码（比如切换 LED 状态的指令）也会占一点时间

这些都会让实际延时和 1 秒有偏差。逻辑分析仪能像 “慢镜头” 一样拍下引脚的高低电平变化，让我们直接看到每个 LED 亮了多久。

2.用 Keil 逻辑分析仪的步骤

2.1 仿真的设置以及调试模式的打开

根据下图步骤进行仿真设置：

先在 Keil 里打开我们的 LED 工程，点击菜单栏的Debug按钮（像个小虫子的图标），进入调试模式。

2.2 调出逻辑分析仪

在调试界面里，点击菜单栏的View，选择Logic Analyzer，这时会弹出一个空白的波形窗口。

2.3 添加要观察的引脚

点击波形窗口里的Setup按钮，弹出配置框。我们要添加观察控制 LED 的三个引脚：

输完后，每个信号的 “Display Format” 选Bit（只看高低电平），点Close关掉配置框。

2.4 开始运行并抓波形

点击调试工具栏的Run按钮（三角箭头），让程序跑起来。等几秒后点击Stop，波形窗口就会显示三个引脚的高低电平变化了 —— 高电平表示 LED 灭，低电平表示 LED 亮。

3.看波形算误差

在波形图上，找一个 LED 亮的时间段（比如 PB5 的低电平部分），用鼠标拖动测量这段时间的长度。

观察上方的波形图，可以看见LED流水灯正常实现功能，波形时序状态正确。

看到下方显示的时间分别为 4.001923和5.030682，那么它们之间的差值1.028759即为真正延时的时间，真实周期为3.086277。

为啥会有误差呢？主要是Delay_s(1)内部是用Delay_ms(1000)循环实现的，而Delay_ms又靠Delay_us，每一层循环都多花了一点点时间。这些 “一点点” 加起来，就造成了最终的偏差。

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四、总结

本文围绕 STM32F103C8T6 实现 LED 流水灯，从寄存器操作与标准库应用两方面展开，为嵌入式入门者提供了清晰的实践路径。

寄存器方式中，核心在于理解 STM32 外设时钟默认关闭的特性，需先通过 RCC_APB2ENR 寄存器开启 GPIOA、GPIOB、GPIOC 时钟，再通过 CRL/CRH 寄存器配置引脚为推挽输出模式，最后利用 BSRR 寄存器控制电平实现灯的亮灭。这一过程要求开发者熟悉寄存器地址与位操作，虽略显繁琐，却能直观理解硬件工作机制。

标准库方式则通过封装好的 API 函数（如 RCC_APB2PeriphClockCmd、GPIO_Init）简化操作，借助结构体统一配置参数，大幅提升了代码可读性与移植性，更适合快速开发。

文中还通过 Keil 仿真分析了延时误差，揭示了软件设计与硬件运行的细微偏差，体现了工程实践中理论与实际的辩证关系。

两种方式各有价值：寄存器操作是理解底层逻辑的基础，培养对硬件的深度认知；标准库则展现了软件工程中抽象与封装的思想，为复杂项目提供效率保障。对于入门者而言，先掌握寄存器原理，再过渡到标准库应用，能构建更完整的嵌入式开发知识体系。