一、点灯实验简介

        在嵌入式系统开发中，点亮 LED 灯如同编程世界的 "Hello World"，是最基础也是最重要的入门实验。通过这个实验，我们可以了解单片机 GPIO（通用输入输出）端口的基本操作原理和配置方法。本文将详细介绍如何基于 STM32 单片机，使用寄存器和库函数两种方式实现 LED 点灯。

二、硬件连接与原理图分析

1. LED 连接原理图

        在我们的实验中，LED（D0）连接在 STM32 芯片的 PB5 引脚上。LED 的阳极通过限流电阻连接到 VCC（3.3V），阴极连接到 PB5 引脚。根据电路原理，当 PB5 引脚输出低电平时，LED 两端形成电压差，电流流过 LED，使其点亮；反之，当 PB5 引脚输出高电平时，LED 熄灭。

2. GPIO 与时钟控制原理

        STM32 的 GPIO 端口需要先使能相应的时钟才能正常工作。PB 端口（GPIOB）由 APB2 总线控制，其时钟由 RCC_APB2ENR 寄存器控制。具体来说，我们需要将 RCC_APB2ENR 寄存器的第 3 位置 1，才能开启 GPIOB 的时钟。

3. GPIO 端口配置原理

        对于 PB5 引脚的配置，我们需要设置其工作模式为通用推挽输出。在 STM32 中，每个 GPIO 端口的配置由两个 32 位寄存器控制：CRL（低 16 位引脚，对应 Pin0~Pin7）和 CRH（高 16 位引脚，对应 Pin8~Pin15）。由于我们使用的是 PB5 引脚，属于低 8 位引脚，因此需要配置 GPIOB_CRL 寄存器的 20~23 位。

三、寄存器方式实现 LED 点灯

1. 时钟使能

// GPIOB时钟使能
RCC->APB2ENR |= (0x1 << 3);

        这段代码的作用是将 RCC_APB2ENR 寄存器的第 3 位置 1，从而开启 GPIOB 的时钟。0x1 << 3 表示将二进制数 00000001 左移 3 位，得到 00001000（即十进制的 8），然后通过按位或操作将该位设置为 1。

2. 端口配置

// GPIOB配置通用推挽输出
GPIOB->CRL &= ~(0xf << 20);  // 清除原来的配置
GPIOB->CRL |= (0x2 << 20);   // 设置为通用推挽输出，最大速度2MHz

        这里首先清除 GPIOB_CRL 寄存器的 20~23 位（通过按位与操作和取反），然后将其设置为 0x2（即二进制的 0010），表示通用推挽输出模式，最大输出速度为 2MHz。

3. 控制 LED 点亮

// 端口输出0，点亮灯泡
GPIOB->ODR &= ~(0x1 << 5);  // 将ODR寄存器的第5位清零，输出低电平

        这段代码通过清除 GPIOB_ODR 寄存器的第 5 位，使 PB5 引脚输出低电平，从而点亮 LED。

四、库函数方式实现 LED 点灯

1. 引入必要的头文件

#include "stm32f10x.h"

2. 时钟使能

// 时钟使能
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

        使用 STM32 标准外设库提供的函数 RCC_APB2PeriphClockCmd 来使能 GPIOB 的时钟，相比寄存器方式更加直观和安全。

3. 端口配置

// PB的GPIO配置 通用推挽输出 输出1灯熄灭 输出0灯点亮
GPIO_InitTypeDef led_D0;
led_D0.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;        // PB5
led_D0.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 通用推挽输出
led_D0.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz; // 2MHz

GPIO_Init(GPIOB, &led_D0);

        这里定义了一个 GPIO_InitTypeDef 类型的结构体变量 led_D0，并设置其成员变量。然后调用 GPIO_Init 函数将配置应用到 GPIOB 端口。

4. 控制 LED 点亮

// 端口输出0，点亮灯泡
GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5);

        使用 GPIO_ResetBits 函数将 GPIOB 的第 5 位（即 PB5 引脚）置为低电平，点亮 LED。

五、完整代码实现

        下面是使用库函数方式实现 LED 点灯的完整代码：

#include "stm32f10x.h"

int main(void)
{
    // 时钟使能
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    
    // PB的GPIO配置 通用推挽输出 输出1灯熄灭 输出0灯点亮
    GPIO_InitTypeDef led_D0;
    led_D0.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;        // PB5
    led_D0.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 通用推挽输出
    led_D0.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz; // 2MHz
    
    GPIO_Init(GPIOB, &led_D0);
    
    // 点亮LED
    GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5);
    
    while (1)
    {
        // 主循环可以留空，LED将持续点亮
    }
}

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