STM32F103 流水灯三种写法对比 + HAL 库按键中断控制（暂停/恢复）

STM32F103 流水灯三种写法对比 + HAL 库按键中断控制（暂停/恢复）

写在前面：这次要交的是"用 HAL 库 + 按键中断控制流水灯"。
但在动手之前，我把同一个流水灯用三种方式各写了一遍 —— 直接操作寄存器、调用标准外设库、调用 HAL 库，
想搞清楚GPIO_Init()、HAL_GPIO_Init()这些函数背后到底替我们干了什么。
三种写法代码看着完全不一样，最后写进去的却是同一批寄存器。

所有代码都在 Keil MDK 5.24 上编译下载实测过：0 Error(s), 0 Warning(s)。

目录

• 这次要做什么
• 三种写法到底差在哪
  • ① 直接操作寄存器——自己算地址、自己拼位域
  • ② 调用标准外设库——地址和位域都由库函数代劳
  • ③ 调用 HAL 库 —— 写法类似，函数名和宏换了一套
  • 三种写法的对应关系
  • 该怎么选
• 为什么要把延时改成定时器中断
  • TIM3 的 1ms 是怎么算出来的
• 按键中断是怎么串起来的
  • 没有按键怎么办
  • 消抖为什么要两级
• 完整代码
  • LED 初始化与显示
  • TIM3 初始化
  • 主循环
  • 按键初始化
  • 中断服务函数与消抖
• 实测结果
  • 编译结果
  • 运行现象
• 参考资料

摘要：本文用 STM32F103C8T6（Blue Pill）实现三只 LED 流水灯，每只亮 1 秒，并对比了直接操作寄存器、标准外设库、HAL 库三种写法的异同——代码看似不同，最终写进去的却是同一批寄存器。随后把Delay()死等改为TIM3 每 1ms 中断计数，让主循环不再阻塞；再用EXTI 外部中断接一个按键（板上没有按键，用杜邦线代替），实现按一下暂停、再按一下继续。全文代码均在 Keil MDK 5.24 上编译下载实测通过（0 Error(s), 0 Warning(s)），并附完整代码、编译结果与运行现象。

这次要做什么

• 用 STM32F103C8T6 最小系统板（Blue Pill）+ 面包板 + 3 只 LED 做流水灯，每只亮 1 秒；
• 三只灯接 PA0 / PA1 / PA2，低电平点亮；
• 同一个功能用寄存器 / 标准外设库 / HAL 库三种写法各实现一遍，对比差别；
• 把Delay()死等换成TIM3 每 1ms 中断计数，让主循环不阻塞；
• 用EXTI 外部中断接一个按键（板上没有按键，用杜邦线代替），实现按一下暂停、再按一下继续。## 用到的硬件和软件

面包板接线和 Keil 编译界面可以直接对着板子拍两张照片贴在这一节下面，图文更直观。

三种写法到底差在哪

同一个“点亮 PA0”的动作，三种写法如下。

① 直接操作寄存器——自己算地址、自己拼位域

*(unsignedint*)0x40021018|=(1<<2);// 开 GPIOA 时钟（RCC_APB2ENR）*(unsignedint*)0x40010800&=0xFFFFFFF0;// 清 PA0 的配置位（GPIOA_CRL）*(unsignedint*)0x40010800|=0x00000002;// PA0 通用推挽输出 2MHz*(unsignedint*)0x4001080C=(1<<0);// PA0 输出高（GPIOA_ODR）

这些地址是从哪来的

先把丑话说在前面：0x4001080C这种数没人能背下来，都是查手册两张表拼出来的。

• 第一张表：参考手册《STM32F10xxx RM0008》的外围基地址表 —— 查到GPIOA = 0x40010800；
• 第二张表：同一本手册里 GPIO 的寄存器偏移表 —— 查到CRL = +0x00、ODR = +0x0C。

基地址 + 偏移，才是最终的绝对地址。本项目用到的都在下面这张表里：

一个省事的办法：每个 GPIO 端口有 7 个寄存器，偏移量是固定的
——CRL+0x00、CRH+0x04、IDR+0x08、ODR+0x0C、BSRR+0x10、BRR+0x14、LCKR+0x18。
所以只要记住端口基地址（GPIOA = 0x40010800、GPIOB = 0x40010C00、GPIOC = 0x40011000），
加个偏移就够了，不用每个寄存器都去翻手册。

为什么别人博客里写的是GPIOA->CRL？那其实是"查表查得更彻底"的写法。
ST 官方头文件里已经把这些地址定义好了，连加法都替你写好了：

#defineGPIOA_BASE(APB2PERIPH_BASE+0x00000800UL)// → 0x40010800#defineGPIOA((GPIO_TypeDef*)GPIOA_BASE)typedefstruct{__IOuint32_tCRL;// 偏移 0x00__IOuint32_tCRH;// 偏移 0x04__IOuint32_tIDR;// 偏移 0x08__IOuint32_tODR;// 偏移 0x0C...}GPIO_TypeDef;

于是GPIOA->ODR就等于0x40010800 + 0x0C = 0x4001080C，和手写硬地址完全等价，
只是让编译器替你做那个加法，可读性还更好。
本节用硬地址是为了把"两张表 + 一次加法"摆到明面上看，实际写代码推荐用GPIOA->CRL这种指针写法。

② 调用标准外设库——地址和位域都由库函数代劳

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);// 开 GPIOA 时钟GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;// 推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);// PA0 输出高

③ 调用 HAL 库 —— 写法类似，函数名和宏换了一套

__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();// 开 GPIOA 时钟GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure={0};GPIO_InitStructure.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;// 推挽输出GPIO_InitStructure.Pin=GPIO_PIN_0;GPIO_InitStructure.Pull=GPIO_NOPULL;GPIO_InitStructure.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_SET);// PA0 输出高

三种写法的对应关系

代码完全不同，但最终写进去的是同一批寄存器：

结论：HAL 库并没有让“底层”消失，它只是把寄存器操作封装成了函数。
寄存器该配的还是要配，只是不用自己算地址、不用自己记位域了。
不信可以翻HAL_GPIO_WritePin()的源码，它内部就是在写 BSRR 寄存器：

voidHAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin,GPIO_PinState PinState){if(PinState!=GPIO_PIN_RESET)GPIOx->BSRR=GPIO_Pin;// 置位 → 输出高elseGPIOx->BSRR=(uint32_t)GPIO_Pin<<16u;// 写高 16 位 → 输出低}

该怎么选

我这次选 HAL 库，因为它是 ST 现在主推的方式，后面学 CubeMX 会直接生成 HAL 代码。

为什么要把延时改成定时器中断

标准外设库那个版本是用Delay_ms(1000)让 CPU 空转着数 1 秒，这 1 秒里 CPU 什么都干不了，按键按下去也没人理。所以必须换思路：

TIM3 每 1ms 中断一次 → 在中断里给计数器 +1 → 主循环数够 1000 次就换下一只灯

Delay_ms()是"阻塞等待"，定时器中断是"到点了通知我"，两种完全不同的思路。
换成中断之后主循环不再阻塞，按键中断随时都能被响应 —— 这是能加上按键控制的前提。

TIM3 的 1ms 是怎么算出来的

STM32F103 系统时钟 72 MHz。TIM3 挂在 APB1 上，APB1 分频系数是 2，所以 APB1 时钟是 36 MHz；
但只要 APB1 分频系数不为 1，定时器时钟就要再乘 2（这条规则我第一次看手册时直接漏了），
所以 TIM3 的实际时钟还是72 MHz。

代码里 PSC 是按SystemCoreClock实时算的，没写死 72，这样即使外部晶振没起振、系统退回内部 8 MHz，1 ms 也不会跑偏。

按键中断是怎么串起来的

PB1 碰到 GND（电平由高变低，产生下降沿） ↓ 硬件 EXTI1 产生中断请求 ↓ NVIC 放行 EXTI1_IRQHandler() ← 中断服务函数 ↓ HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler() ← HAL 库：清中断标志 ↓ HAL_GPIO_EXTI_Callback() ← 消抖 → 翻转暂停标志 ↓ 主循环读到标志变化 → 暂停 / 继续换灯

三个容易搞错的点：

1. EXTI 线号 = 引脚号。PB1 走 EXTI1、PC13 走 EXTI13，跟端口没关系；
   但同一条线号同一时间只能映射到一个端口，用了 PB1 就不能再用 PA1 做中断。
2. 要用 EXTI 必须先开 AFIO 时钟。因为AFIO_EXTICR这个寄存器负责把 EXTI 线“接线”到具体端口。
   这点 HAL 已经替我们做了 —— 只要把 Mode 配成GPIO_MODE_IT_FALLING，
   HAL_GPIO_Init()内部就会开 AFIO 时钟、写AFIO_EXTICR、开EXTI_FTSR和EXTI_IMR，
   我们只需要再打开 NVIC。
3. 中断服务函数名必须和启动文件向量表里的写法完全一致，写错一个字母，
   中断一来就会跑到默认的死循环里，而且不报错，非常难查。

没有按键怎么办

最小系统板上只有 RESET 和 BOOT0 两个按键，这两个都不能用：

• RESET直接接芯片 NRST 引脚，按下整个芯片复位，程序从main()重跑；
• BOOT0只在复位瞬间被采样（决定启动模式），运行中按它没有反应。

所以直接用一根杜邦线代替按键：

杜邦线一头 → PB1（插在排针上不动） 杜邦线另一头 → 碰一下 GND 再拿开，相当于"按了一下"

不需要外接上拉电阻，也不需要消抖电容 —— 程序把 PB1 配成内部上拉输入，
不碰时被内部电阻拉到高电平，碰到 GND 变成低电平，这个由高变低的瞬间就是下降沿。

操作要点：碰一下就拿开，别一直按着。程序是靠下降沿触发的，
一直按着只有最开始那一次下降沿，只会暂停一次；拿开再碰才有第二次。

消抖为什么要两级

杜邦线插拔和机械按键一样，触点接触的瞬间会连续弹跳，一次触碰可能产生一串下降沿。
如果每个都处理，就会出现"碰一下就暂停、又立刻恢复"。所以做了两级：

完整代码

LED 初始化与显示

staticvoidLed_GPIO_Init(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure={0};__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();// 不开时钟后面全白配GPIO_InitStructure.Pin=GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2;GPIO_InitStructure.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStructure.Pull=GPIO_NOPULL;GPIO_InitStructure.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(LED_GPIO_PORT,&GPIO_InitStructure);HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_PORT,GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2,LED_OFF_STATE);}staticvoidLed_Show(uint8_tindex)// 点亮第 index 只，其余熄灭{uint8_ti;for(i=0U;i<LED_NUM;i++){HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_PORT,LED_PIN_TABLE[i],LED_OFF_STATE);}if(index<LED_NUM){HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_PORT,LED_PIN_TABLE[index],LED_ON_STATE);}}

TIM3 初始化

staticvoidLed_Timer_Init(void){__HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();htim3.Instance=TIM3;htim3.Init.Prescaler=(SystemCoreClock/1000000U)-1U;// 72-1 → 1MHzhtim3.Init.CounterMode=TIM_COUNTERMODE_UP;htim3.Init.Period=1000U-1U;// 1000 次 = 1mshtim3.Init.ClockDivision=TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;htim3.Init.AutoReloadPreload=TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;HAL_TIM_Base_Init(&htim3);HAL_NVIC_SetPriority(TIM3_IRQn,1,0);// 分组 2，取值 0~3HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn);HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);}

主循环

while(1){if(Led_IsPaused()==0U){if(g_led_elapsed_ms>=LED_INTERVAL_MS){g_led_elapsed_ms=0U;g_led_index++;if(g_led_index>=LED_NUM){g_led_index=0U;}Led_Show(g_led_index);}}else{g_led_elapsed_ms=0U;// 暂停时清零，恢复后重新亮满 1 秒}}

按键初始化

voidBsp_Key_Init(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure={0};__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();GPIO_InitStructure.Pin=BSP_KEY_GPIO_PIN;GPIO_InitStructure.Mode=GPIO_MODE_IT_FALLING;// 下降沿触发中断GPIO_InitStructure.Pull=GPIO_PULLUP;// 内部上拉HAL_GPIO_Init(BSP_KEY_GPIO_PORT,&GPIO_InitStructure);HAL_NVIC_SetPriority(BSP_KEY_IRQn,1,1);HAL_NVIC_EnableIRQ(BSP_KEY_IRQn);}

中断服务函数与消抖

/* 中断入口 */voidTIM3_IRQHandler(void){HAL_TIM_IRQHandler(&htim3);}voidBSP_KEY_IRQHandler(void){HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(BSP_KEY_GPIO_PIN);}/* TIM3 每 1 ms 进一次：流水计时 + 按键消抖 */voidHAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef*htim){if(htim->Instance==TIM3){g_led_elapsed_ms++;Bsp_Key_Tick();}}/* 按键中断回调：只记一笔，不做延时 */voidHAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_tGPIO_Pin){if(GPIO_Pin!=BSP_KEY_GPIO_PIN)return;if((HAL_GetTick()-key_last_ms)<BSP_KEY_MIN_GAP_MS)return;// 防止弹跳连发key_pending=1U;key_ticks=0U;}/* 消抖：由 TIM3 的 1 ms 中断调用 */voidBsp_Key_Tick(void){if(key_pending==0U)return;if(++key_ticks<BSP_KEY_DEBOUNCE_MS)return;key_pending=0U;if(HAL_GPIO_ReadPin(BSP_KEY_GPIO_PORT,BSP_KEY_GPIO_PIN)==GPIO_PIN_RESET){key_last_ms=HAL_GetTick();g_key_paused=(uint8_t)(!g_key_paused);// 暂停 ⇄ 恢复}}

注意：消抖不能直接写在按键中断里用HAL_Delay()等待，否则会死锁——原因见下面“踩过的坑”。

实测结果

编译结果

三种写法的代码量对比（同样三只灯、同样 1 秒间隔）：

HAL 库版的完整输出：

*** Using Compiler 'V5.06 update 5 (build 528)', folder: '<Keil 安装目录>\ARM\ARMCC\Bin' Build target 'Target 1' Program Size: Code=2528 RO-data=292 RW-data=32 ZI-data=1096 ".\Objects\Project.axf" - 0 Error(s), 0 Warning(s).

两个版本现象完全一样，但 HAL 版多出了定时器配置、中断处理和按键逻辑，
所以 Code 从 1160 字节涨到 2528 字节。即使这样也只占 64 KB Flash 的 4%，资源很宽裕。

运行现象

参考资料

1. STM32C8T6 寄存器方式与标准库方式流水灯
2. STM32 寄存器/标准库流水灯（CSDN）
3. ST 官方《STM32F10xxx 参考手册 RM0008》
4. ST 官方《STM32F1xx HAL 库用户手册 UM1850》
5. 江协科技《STM32 入门教程》—— 工程模板与 HAL 库开发流程