目录
前言
一、需求
二、硬件电路
三、分析
1.电路原理
2. 结论
四、代码模块化设计思路
前言
本文以 STM32F103 单片机为核心，采用纯寄存器编程方式实现经典的流水灯案例，直接操作寄存器配置 GPIO 外设。通过从底层硬件原理出发，拆解 GPIO 时钟使能、工作模式配置、电平控制的完整流程，帮助读者摆脱 “库函数黑盒”，深入理解 STM32 GPIO 外设的工作机制；同时结合模块化编程思想，将 LED 控制、延时功能拆分为独立模块，既兼顾代码的可移植性与可读性，也为嵌入式入门开发者建立规范的底层编程思维。
一、需求
嵌入式入门经典案例 —— 使用 STM32F103 的 GPIOA0、GPIOA1、GPIOA8 引脚驱动 3 路 LED（LED1/LED2/LED3）实现流水灯效果，要求代码模块化、可移植、易扩展。
二、硬件电路
三、分析
1.电路原理
LED1、LED2、LED3 的阳极通过 2K 排阻接 3.3V 高电平，阴极分别接 GPIOA0、GPIOA1、GPIOA8 引脚：
点亮 LED：对应 GPIO 引脚输出低电平（阴极拉低，形成导通回路）；
熄灭 LED：对应 GPIO 引脚输出高电平（阴极拉高，回路断开）。
2. 结论
需要将 GPIOA0、GPIOA1、GPIOA8 配置为推挽输出模式（可选50MHz 最大速度），通过控制引脚高低电平实现 LED 亮灭。
四、代码模块化设计思路
按照结构化的设计对代码进行划分和优化，将代码按照功能进行模块化，按照功能功能包装成函数。这样可以增加代码的可移植性和可读性。
首先，LED控制部分的源代码可以单独封装成一个.c文件：led.c，并且与之匹配一个led.h文件，以便提供相应的接口。
配置端口模式、初始状态的代码部分可以封装成一个初始化函数
led.h文件：
代码中通过使用#define将单片机的GPIO寄存器名称重命名为LED1\2\3，增加了代码的可读性。
#ifndef __LED_H #define __LED_H //包含需要用到的头文件 #include "stm32f10x.h" // LED接口宏定义 增加代码的可读性 #define LED1 GPIO_ODR_ODR0 #define LED2 GPIO_ODR_ODR1 #define LED3 GPIO_ODR_ODR8 // LED初始化 void LED_Init(void); // 打开或关闭某一个LED void LED_On(uint16_t led); void LED_Off(uint16_t led); // 翻转某一位的LED void LED_Turn(uint16_t led); // 全部打开或关闭 void LED_All_On(uint16_t leds[], uint8_t size); void LED_All_Off(uint16_t leds[], uint8_t size); #endifled.c文件
在led.c文件中，直接操作寄存器来配置对应GPIO端口的工作模式和状态，以达到控制LED灯的工作状态。并将对应的操作封装成函数，在整体逻辑中直接调用函数来实现具体的功能。
注意：如果在for循环中定义并初始化循环变量，需要在keil中设置支持C99。 for(uint8_t i = 0; i < led; i++)
#include "led.h" // LED初始化 void LED_Init(void) { //1.打开GPIOA的时钟 RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN; //2.设置GPIOA的A1、A2、A3口为推挽输出模式，最高频率为50MHz GPIOA->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF0;//在寄存器MODE为输出模式的时候，CNF寄存器 0 0 表示推挽输出模式 GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_MODE0;//MODE寄存器 1 1 表示输出模式，最高频率为50MHz GPIOA->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF1; GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_MODE1; GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_CNF8; GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE8; LED_Off(LED1); LED_Off(LED2); LED_Off(LED3); } // 打开或关闭某一个LED void LED_On(uint16_t led) { GPIOA->ODR &= ~led; } void LED_Off(uint16_t led) { GPIOA->ODR |= led; } // 翻转某一位的LED void LED_Turn(uint16_t led) { if((GPIOA->IDR & led) == 0)//端口的输出的状态可以在IDR中读取，注意：这里不能判断是否为1，因为是不同的位 { LED_Off(led); } else { LED_On(led); } } // 全部打开或关闭 void LED_All_On(uint16_t leds[], uint8_t led_num) { for(uint8_t i = 0; i < led_num; i++) { LED_On(leds[i]); } } void LED_All_Off(uint16_t leds[], uint8_t led_num) { for(uint8_t i = 0; i < led; i++) { LED_Off(leds[i]); } }delay.h文件
#ifndef __DELAY_H #define __DELAY_H #include "stm32f10x.h" void Delay_nms(uint16_t nms); void Delay_nus(uint16_t nus); #endifdelay.c文件
#include "delay.h" void Delay_nus(uint16_t nus) { //使用系统的滴答计时器实现，滴答计时器可以实现一个机器周期减一个数，减到零的时候会将寄存器的SysTick_CTRL_COUNTFLAG位置1 SysTick->LOAD = nus * 72; //时钟周期为72MHz，一个机器周期是1/72us SysTick->CTRL |= 0x05; //使用系统时钟（1）;计数结束时不产生中断（0）;使能定时器 while((SysTick->CTRL & SysTick_CTRL_COUNTFLAG) == 0)//检测计数是否结束 {} //关闭定时器 SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE; } void Delay_nms(uint16_t nms) { while(nms--) { Delay_nus(1000);//产生1ms的延时 } }main.c文件
#include "stm32f10x.h" #include "delay.h" #include "led.h" #define DELAY_TIME 300 //LED等的闪烁间隔 int main(void) { //1.初始化 LED_Init(); //2.创建一个LED灯的数组 uint16_t leds[3] = {LED1, LED2, LED3}; //3.在一个while循环中实现流水灯 while(1) { for(uint16_t i = 0; i < 3; i++) { LED_On(leds[i]); Delay_nms(DELAY_TIME); LED_Off(leds[i]); } } }
