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STM32/51單片機編程入門(點亮LED)

這篇具有很好參考價值的文章主要介紹了STM32/51單片機編程入門(點亮LED)。希望對大家有所幫助。如果存在錯誤或未考慮完全的地方,請大家不吝賜教,您也可以點擊"舉報違法"按鈕提交疑問。

目錄

一、Proteus電路仿真軟件上的C51程序設(shè)計及仿真

1.原理圖繪制

2.Keil5上的51程序編寫

3.仿真

二、安裝mdk5軟件和stm32包,完成一個stm32的簡單程序

1.mdk5軟件中編寫程序

2.stm32仿真程序調(diào)試

三、STM32F103系列芯片的地址映射和寄存器映射原理,GPIO端口的初始化設(shè)置的一般步驟

1.STM32F103系列芯片的地址映射和寄存器映射原理

(1)寄存器的概念

(2)映射原理

(3)GPIO端口的初始化設(shè)置的一般步驟

2.嵌入式C程序代碼對內(nèi)存(RAM)中的各變量的修改操作與對外部設(shè)備的操作比較

(1)相同

(2)不同

3.51單片機的LED點燈編程比STM32簡單的原因

(1)體系結(jié)構(gòu)的簡單性

(2)內(nèi)存限制

(3)社區(qū)支持和資料:

(4)開發(fā)環(huán)境和工具:

四、register和volatile 關(guān)鍵字的作用

1.register

?2.volatile


本文操作所需軟件:Keil5、proteus以及stm32包。

如題,通過上述軟件和配件包來完成在stm32和stm51上的入門操作——點亮led燈。本文只給出基本的代碼,過程示意圖及大概流程描述,無具體安裝軟件方法和步驟,有需要請移步別的鏈接進(jìn)行詳細(xì)學(xué)習(xí)。

一、Proteus電路仿真軟件上的C51程序設(shè)計及仿真

1.原理圖繪制

stm51,stm32

步驟:

  • 選擇三個文件:AT89C51芯片、LED_YELLOW、RES。
  • 依次擺放芯片、八個led燈、八個res電阻(請注意觀察圖中l(wèi)ed燈方向)。
  • 雙擊res電阻,在彈出的窗口中將數(shù)值“10k“修改為”300“,目的是為了讓led燈更亮,方便觀察。
  • 在芯片和LED燈中間拉一條主線(藍(lán)色粗線)。
  • 以主線為中心,將芯片、LED燈和res電阻連接管腳(綠色細(xì)線)。
  • 選擇power,放置電源在右上角圖示地址,并雙擊將其修改為vcc。
  • 使用LBL對支線編號。在主線左右兩側(cè)的綠色細(xì)線上分別編號。

2.Keil5上的51程序編寫

stm51,stm32

步驟:

  • 點擊上方工具欄中”project“,選擇第一個選項,新建文件并自命名。
  • 彈出的窗口中輸入”AT89C51“,選擇對應(yīng)的芯片。
  • 在接下來的彈出窗口中選擇是。
  • 點擊file下方的白紙圖標(biāo),新建文件,將代碼輸入空白框中。
//51單片機編程常用的頭文件
	#include <reg51.h>
	#include <intrins.h>
	//延遲函數(shù)
	void delay_ms(int a)
	{
		int i,j;
		for(i=0;i<a;i++)
		{
			for(j=0;j<1000;j++) _nop_();
	
		}
	}
	
	void main(void)
	{
		while(1)
		{
			P0=0xfe;
			delay_ms(50);
			P0=0xfd;
			delay_ms(50);
			P0=0xfb;
			delay_ms(50);
			P0=0xf7;
			delay_ms(50);
			P0=0xef;
			delay_ms(50);
			P0=0xdf;
			delay_ms(50);
			P0=0xbf;
			delay_ms(50);
			P0=0x7f;
			delay_ms(50);
		}
	}
  • 點擊保存圖標(biāo),將文件命名為”隨便叫什么都可以但是不要有中文.c”。不加.c后綴文件將不能編譯。
  • 右鍵點擊左方project項目示意欄下的Source Group 1,選擇Add Existing Files to Group “Source Group 1”…,在彈出窗口中選擇第5步中你創(chuàng)建的.c文件,點擊add。
  • 點擊魔法棒,選擇output,再勾選Create HEX File,ok。
  • 點擊編譯按鈕,生成兩個頭文件。(注意此處下方提示欄中需有0 ERROR(s),0 WARNING(s)字樣,這表示你的代碼正確并且運行正常。)

3.仿真

回到proteus軟件的原理圖中,雙擊AT89C51芯片,在彈出的窗口ProgramFile一項選擇剛剛創(chuàng)立的hex后綴文件。OK。

開始仿真。

1695648623094

完成。

二、安裝mdk5軟件和stm32包,完成一個stm32的簡單程序

1.mdk5軟件中編寫程序

stm51,stm32

步驟:

  • 點擊上方工具欄project,點擊第一個選項新建工程。
  • 彈出的窗口左側(cè)查找欄中輸入“STM32F103RB”,選擇該芯片。
  • 彈出的窗口中左側(cè)CMSIS,右側(cè)勾選第一個空格;左側(cè)Device,右側(cè)勾選第三個空格。
  • 左上角新建文件,空白框內(nèi)輸入代碼。
//宏定義,用于存放stm32寄存器映射
#define PERIPH_BASE           ((unsigned int)0x40000000)//AHB
#define APB2PERIPH_BASE       (PERIPH_BASE + 0x10000)
#define GPIOA_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x0800)
//GPIOA_BASE=0x40000000+0x10000+0x0800=0x40010800,該地址為GPIOA的基地址
#define GPIOB_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x0C00)
//GPIOB_BASE=0x40000000+0x10000+0x0C00=0x40010C00,該地址為GPIOB的基地址
#define GPIOC_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x1000)
//GPIOC_BASE=0x40000000+0x10000+0x1000=0x40011000,該地址為GPIOC的基地址
#define GPIOD_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x1400)
//GPIOD_BASE=0x40000000+0x10000+0x1400=0x40011400,該地址為GPIOD的基地址
#define GPIOE_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x1800)
//GPIOE_BASE=0x40000000+0x10000+0x0800=0x40011800,該地址為GPIOE的基地址
#define GPIOF_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x1C00)
//GPIOF_BASE=0x40000000+0x10000+0x0800=0x40011C00,該地址為GPIOF的基地址
#define GPIOG_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x2000)
//GPIOG_BASE=0x40000000+0x10000+0x0800=0x40012000,該地址為GPIOG的基地址
#define GPIOA_ODR_Addr    (GPIOA_BASE+12) //0x4001080C
#define GPIOB_ODR_Addr    (GPIOB_BASE+12) //0x40010C0C
#define GPIOC_ODR_Addr    (GPIOC_BASE+12) //0x4001100C
#define GPIOD_ODR_Addr    (GPIOD_BASE+12) //0x4001140C
#define GPIOE_ODR_Addr    (GPIOE_BASE+12) //0x4001180C
#define GPIOF_ODR_Addr    (GPIOF_BASE+12) //0x40011A0C   
#define GPIOG_ODR_Addr    (GPIOG_BASE+12) //0x40011E0C 
 
#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))
#define MEM_ADDR(addr)  *((volatile unsigned long  *)(addr))
 
 #define LED0  MEM_ADDR(BITBAND(GPIOA_ODR_Addr,8))
//#define LED0 *((volatile unsigned long *)(0x422101a0)) //PA8
//定義typedef類型別名
typedef  struct
{
   volatile  unsigned  int  CR;
   volatile  unsigned  int  CFGR;
   volatile  unsigned  int  CIR;
   volatile  unsigned  int  APB2RSTR;
   volatile  unsigned  int  APB1RSTR;
   volatile  unsigned  int  AHBENR;
   volatile  unsigned  int  APB2ENR;
   volatile  unsigned  int  APB1ENR;
   volatile  unsigned  int  BDCR;
   volatile  unsigned  int  CSR;
} RCC_TypeDef;
 
#define RCC ((RCC_TypeDef *)0x40021000)
//定義typedef類型別名
typedef  struct
{
volatile  unsigned  int  CRL;
volatile  unsigned  int  CRH;
volatile  unsigned  int  IDR;
volatile  unsigned  int  ODR;
volatile  unsigned  int  BSRR;
volatile  unsigned  int  BRR;
volatile  unsigned  int  LCKR;
} GPIO_TypeDef;
//GPIOA指向地址GPIOA_BASE,GPIOA_BASE地址存放的數(shù)據(jù)類型為GPIO_TypeDef
#define GPIOA ((GPIO_TypeDef *)GPIOA_BASE)
 
void  LEDInit( void )
{
     RCC->APB2ENR|=1<<2;  //GPIOA 時鐘開啟
     GPIOA->CRH&=0XFFFFFFF0;
     GPIOA->CRH|=0X00000003; 
}
 
//粗略延時
void  Delay_ms( volatile  unsigned  int  t)
{
     unsigned  int  i,n;
     for (n=0;n<t;n++)
         for (i=0;i<800;i++);
}

int main(void)
{
	 LEDInit();
     while (1)
     {
         LED0=0;//LED熄滅
         Delay_ms(500);//延時時間
         LED0=1;//LED亮
         Delay_ms(500);//延時時間
     }
}
  • 左上角保存文件,起名為后綴為.c的文件使其可編譯。
  • 右鍵點擊左方顯示欄中 Source Group 1,選擇Add Existing Files to Group …,添加剛才生成的.c文件,選擇ADD。
  • 左上角進(jìn)行編譯軟件。0 Error和0 Warning表示成功。

2.stm32仿真程序調(diào)試

stm51,stm32

如圖,點擊紅色放大鏡進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)。

缺少配件無法連接電腦進(jìn)行實驗,所以此處不做演示。

三、STM32F103系列芯片的地址映射和寄存器映射原理,GPIO端口的初始化設(shè)置的一般步驟

1.STM32F103系列芯片的地址映射和寄存器映射原理

(1)寄存器的概念

寄存器是CPU內(nèi)部用來存放數(shù)據(jù)的一些小型存儲區(qū)域,用來暫時存放參與運算的數(shù)據(jù)和運算結(jié)果,是一種常用的時序邏輯電路,但這種時序邏輯電路只包含存儲電路。

寄存器的存儲電路是由鎖存器或觸發(fā)器構(gòu)成的,因為一個鎖存器或觸發(fā)器能存儲1位二進(jìn)制數(shù),所以由N個鎖存器或觸發(fā)器可以構(gòu)成N位寄存器。寄存器是中央處理器內(nèi)的組成部分。寄存器是有限存儲容量的高速存儲部件,它們可用來暫存指令、數(shù)據(jù)和位址。?

在計算機領(lǐng)域,寄存器是CPU內(nèi)部的元件,包括通用寄存器、專用寄存器和控制寄存器。寄存器擁有非常高的讀寫速度,所以在寄存器之間的數(shù)據(jù)傳送非???。

(2)映射原理

地址映射是指將外設(shè)的地址空間映射到處理器的地址空間,使得處理器可以通過讀寫相應(yīng)的地址來訪問外設(shè)。在STM32F103系列芯片中,使用的是基于內(nèi)存映射的地址映射方法。

STM32F103系列芯片的地址空間被劃分為不同的區(qū)域,包括內(nèi)存區(qū)域和外設(shè)區(qū)域。內(nèi)存區(qū)域包括代碼存儲器(Flash)和數(shù)據(jù)存儲器(SRAM),用于存儲程序代碼和數(shù)據(jù)。外設(shè)區(qū)域包括各種外設(shè)模塊,如通用輸入輸出(GPIO)、定時器(Timer)、串行通信接口(UART/SPI/I2C)等。

在地址映射中,每個外設(shè)模塊都被映射到特定的地址范圍。通過讀寫這些地址,可以對外設(shè)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)傳輸。具體的地址映射信息可以在芯片的參考手冊中找到,該手冊提供了外設(shè)寄存器的地址范圍及其功能的詳細(xì)說明。

例如,GPIO端口A的地址范圍可能被映射到0x4001?0800?-?0x4001?0BFF之間的地址空間。通過讀寫這個地址范圍內(nèi)的寄存器,可以對GPIO端口A的引腳配置和狀態(tài)進(jìn)行操作。例如,可以設(shè)置引腳為輸入或輸出模式、讀取或?qū)懭胍_狀態(tài)等。

對于寄存器映射原理,STM32F103系列芯片中的外設(shè)控制和狀態(tài)寄存器都被映射到特定的地址。這些寄存器可以直接通過讀寫操作來控制和監(jiān)視外設(shè)的行為。寄存器的位字段提供了與特定功能相關(guān)聯(lián)的具體控制和配置選項。

在編程中,可以使用C語言或匯編語言來訪問這些寄存器。通過讀取和寫入寄存器的值,可以配置外設(shè)的各種參數(shù),以滿足特定應(yīng)用的需求。

    int main(void)
    {
        unsigned int *pRCC_APB2ENR = (unsigned int *)0x40021018;
        unsigned int *pGPIOB_CRH = (unsigned int *)0x40010c04;
        unsigned int *pGPIOB_ODR = (unsigned int *)0x40010c0c;
        *pRCC_APB2ENR = 0x00000008;
        *pGPIOB_CRH = 0x44444443;
        *pGPIOB_ODR = 0x00000000;
         return 0;             
    }

(3)GPIO端口的初始化設(shè)置的一般步驟

步驟如下:

  • 選擇要初始化的GPIO端口:確定要操作的GPIO端口,即確定要配置的引腳。
  • 使能GPIO外設(shè)時鐘:通過配置相關(guān)的時鐘控制寄存器,使能對應(yīng)GPIO端口的時鐘。這樣才能使GPIO模塊工作。
  • 配置引腳的模式:選擇引腳的工作模式,包括輸入模式(如浮空輸入、上拉/下拉輸入)和輸出模式(如推挽輸出、開漏輸出)。
  • 配置引腳的速度:選擇引腳的工作速度,即確定引腳的輸出驅(qū)動能力,通常有低速、中速和高速可選。
  • 配置引腳的上拉/下拉:如果選擇了上拉/下拉輸入模式,需要根據(jù)需要配置引腳的上拉或下拉電阻。
  • 配置引腳的輸出類型:如果選擇了輸出模式,需要選擇引腳的輸出類型,通常有推挽輸出和開漏輸出可選。
  • 配置引腳的中斷:如果需要使用引腳的中斷功能,需要配置中斷觸發(fā)條件和優(yōu)先級,并使能對應(yīng)引腳的中斷。
  • 實施配置:將上述配置寫入GPIO外設(shè)的相應(yīng)寄存器,完成對GPIO端口的初始化設(shè)置。
  • 初始化單個GPIO端口:
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
第一步:使能GPIOA的時鐘:
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
 
第二步:設(shè)置GPIOA參數(shù):輸出OR輸入,工作模式,端口翻轉(zhuǎn)速率
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_6| GPIO_Pin_7| GPIO_Pin_8; //設(shè)定要操作的管腳
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //設(shè)置為推挽輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // IO口速度為50MHz
 
第三步:調(diào)用GPIOA口初始化函數(shù),進(jìn)行初始化。
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //根據(jù)設(shè)定參數(shù)初始化GPIOA
 
第四步:調(diào)用GPIO-SetBits函數(shù),進(jìn)行相應(yīng)為的置位。
GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0); //輸出高
 
  • 初始化多個GPIO端口:
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
第一步:使能GPIOA,GPIOE的時鐘:
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);
 
第二步:設(shè)置GPIOA,GPIOE參數(shù):輸出OR輸入,工作模式,端口翻轉(zhuǎn)速率
第三步:調(diào)用GPIOA口初始化函數(shù),進(jìn)行初始化。
第四步:調(diào)用GPIO-SetBits函數(shù),進(jìn)行相應(yīng)為的置位。
 
把第二、三、四步合并分別設(shè)置GPIOA和GPIOE
先設(shè)置GPIOA
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4; // 第四個口,PA4
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //設(shè)置為推挽輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // IO口速度為50MHz
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO-InitST); //根據(jù)設(shè)定參數(shù)初始化GPIOA
GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4); //輸出高
 
再設(shè)置GPIOE
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3; // 第三個口,PE3
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //設(shè)置為推挽輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // IO口速度為50MHz
GPIO_Init(GPIOE,&GPIO-InitST); //根據(jù)設(shè)定參數(shù)初始化GPIOE
GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_3); //輸出高

2.嵌入式C程序代碼對內(nèi)存(RAM)中的各變量的修改操作與對外部設(shè)備的操作比較

(1)相同

  • 均需要通過讀取和寫入特定的地址來進(jìn)行操作:無論是修改內(nèi)存中的變量還是控制外部設(shè)備,都需要通過讀寫操作來訪問特定的地址。在嵌入式系統(tǒng)中,這些地址通常與內(nèi)存映射或外設(shè)寄存器相關(guān)聯(lián)。
  • 都需要考慮并發(fā)訪問和同步:修改內(nèi)存中的變量和對外部設(shè)備的操作都可能涉及并發(fā)訪問的問題。例如,在多任務(wù)系統(tǒng)中,多個任務(wù)可能同時訪問相同的內(nèi)存位置或外設(shè)寄存器,因此需要考慮并發(fā)訪問的同步機制,如互斥鎖或信號量。

?(2)不同

  • 訪問方式和時序:內(nèi)存是直接可尋址的,可以通過指針或變量名直接讀取和修改。而對外部設(shè)備的操作通常需要遵循特定的接口規(guī)范和時序要求,可能涉及到特定的通信協(xié)議、寄存器配置序列或時鐘信號。
  • 需要處理外部設(shè)備狀態(tài):與修改內(nèi)存中的變量不同,對外部設(shè)備的操作通常需要考慮設(shè)備的實際狀態(tài)。例如,配置某個外設(shè)之前,需要確保設(shè)備處于一種可配置狀態(tài),而且需要在配置完成之后進(jìn)行適當(dāng)?shù)那謇砗完P(guān)閉操作。
  • 物理接口和電器特性:外部設(shè)備的操作可能涉及物理接口和電器特性,如電壓水平、電流要求、時鐘頻率等。在進(jìn)行對外部設(shè)備的操作時,需要確保遵守相關(guān)的電氣和物理規(guī)范,以防止硬件損壞或通信錯誤。

3.51單片機的LED點燈編程比STM32簡單的原因

51單片機的編程相對簡單,但它們的性能和功能有限。STM32微控制器提供了更多的性能和功能,適用于復(fù)雜的應(yīng)用程序。因此,在選擇單片機時,需要根據(jù)項目需求來決定使用哪種類型的微控制器。簡單的LED點燈任務(wù)可能適合51單片機,而更復(fù)雜的應(yīng)用可能需要使用STM32或其他高性能微控制器。

(1)體系結(jié)構(gòu)的簡單性

  • 8051架構(gòu)相對較簡單,具有傳統(tǒng)的馮·諾伊曼體系結(jié)構(gòu),包含一個緊湊的指令集,易于理解。
  • STM32微控制器基于ARM?Cortex-M架構(gòu),具有更強大和復(fù)雜的體系結(jié)構(gòu),包括多個處理器核心,更多的外設(shè)和功能。這使得STM32編程需要更多的復(fù)雜性和學(xué)習(xí)曲線。

(2)內(nèi)存限制

  • 大多數(shù)51單片機具有有限的內(nèi)存和資源,這迫使程序員編寫緊湊的代碼,通常沒有太多的抽象層次。
  • STM32微控制器通常具有更多的內(nèi)存和資源,允許更復(fù)雜的應(yīng)用程序和更高級的編程方法。這也可以增加編程的復(fù)雜性。

(3)社區(qū)支持和資料:

  • 由于51單片機有著悠久的歷史,有豐富的社區(qū)支持和大量的參考資料、教程可供學(xué)習(xí)和參考。
  • STM32也有龐大的社區(qū),但相對于51單片機社區(qū)而言,可能需要更多的深入研究和學(xué)習(xí)。

(4)開發(fā)環(huán)境和工具:

  • 為51單片機編程通常使用較簡單的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)和編譯器。這些工具相對容易上手。
  • STM32通常使用強大的IDE(如STM32CubeIDE)和復(fù)雜的工具鏈,這些工具提供更多的功能和選項,但也可能需要更多的學(xué)習(xí)和配置。

四、register和volatile 關(guān)鍵字的作用

在嵌入式C程序中,"register"和"volatile"是兩個重要的變量修飾符,用于對變量的行為進(jìn)行修飾和控制。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-783052.html

1.register

  • "register"用于建議編譯器將變量存儲在寄存器中,以提高訪問速度。然而,具體是否將變量存儲在寄存器中是由編譯器決定的,它可能會忽略"register"修飾符。
  • "register"修飾符適用于頻繁訪問的變量,例如在循環(huán)中使用的迭代計數(shù)器或臨時計算結(jié)果。
  • "register"修飾符不能與"static"、"extern"或"volatile"等修飾符一起使用。
  • 實例:
    int main() {
        register unsigned int i;  // 使用register修飾符聲明一個無符號整數(shù)變量
        for (i = 0; i < 1000; i++) {
            // 執(zhí)行一些操作
        }
        return 0;
    }
    

?2.volatile

  • "volatile"用于告訴編譯器該變量的值可能在程序執(zhí)行期間發(fā)生變化,防止編譯器對該變量進(jìn)行優(yōu)化,以確保每次訪問都從內(nèi)存中讀取最新值。
  • "volatile"修飾符適用于需要與外部環(huán)境(如硬件設(shè)備或并發(fā)任務(wù))進(jìn)行交互的變量,例如表示硬件寄存器或共享變量。
  • "volatile"修飾符可以防止編譯器對變量的讀寫進(jìn)行優(yōu)化,并確保每次訪問都是實時的,而不是依賴于編譯器的優(yōu)化。
  • "volatile"變量不能被寄存器修飾符"register"修飾。
  • 實例:
    volatile unsigned int* const GPIO_PORT = (unsigned int*)0x40001000;  // GPIO端口寄存器的地址
    
    int main() {
        *GPIO_PORT = 0xFF;  // 向GPIO端口寫入值
        // 延時或執(zhí)行其他操作
        unsigned int value = *GPIO_PORT;  // 從GPIO端口讀取值
        // 繼續(xù)執(zhí)行其他操作
        return 0;
    }
    

到了這里,關(guān)于STM32/51單片機編程入門(點亮LED)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容,請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章,希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)!

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