目标：本文通过直接读写寄存器的方式点亮开发板上的LED灯，不依赖任何固件库，不需要先学完 GPIO 框图,先完成一个可编译、可下载的最小工程，再逐项说明代码中每个寄存器和数值的含义。

1. 点灯实现步骤

控制一个引脚输出电平固定需要三个步骤，顺序不可调换：

以LED接在PB0的开发板为例，main函数的内容如下：

#include "stm32f10x.h"
// SystemInit 留空即可——后面直接在 main 里配时钟，用不到它
void SystemInit(void)
{
}

int main(void)
{
    RCC_APB2ENR |= (1 << 3);            // 开启GPIOB时钟
    GPIOB_CRL   &= ~(0x0F << (4 * 0));  // 清空PB0的配置位
    GPIOB_CRL   |=  (0x01 << (4 * 0));  // PB0配为推挽输出，10MHz
    GPIOB_ODR   &= ~(1 << 0);           // PB0输出低电平，LED亮

    while (1);                          // 程序在此停留
}

stm32f10x.h

 /*片上外设基地址  */
 #define PERIPH_BASE         ((unsigned int)0x40000000)

 /*总线基地址，GPIO都挂载到APB2上 */
 #define APB2PERIPH_BASE     (PERIPH_BASE + 0x10000)

 /*GPIOB外设基地址*/
 #define GPIOB_BASE          (APB2PERIPH_BASE + 0x0C00)
 
 /* AHB总线基地址 */
#define AHBPERIPH_BASE      (PERIPH_BASE + 0x20000)

 /* GPIOB寄存器地址,强制转换成指针 */
 #define GPIOB_CRL           *(unsigned int*)(GPIOB_BASE+0x00)
 #define GPIOB_CRH           *(unsigned int*)(GPIOB_BASE+0x04)
 #define GPIOB_IDR           *(unsigned int*)(GPIOB_BASE+0x08)
 #define GPIOB_ODR           *(unsigned int*)(GPIOB_BASE+0x0C)
 #define GPIOB_BSRR          *(unsigned int*)(GPIOB_BASE+0x10)
 #define GPIOB_BRR           *(unsigned int*)(GPIOB_BASE+0x14)
 #define GPIOB_LCKR          *(unsigned int*)(GPIOB_BASE+0x18)

 /*RCC外设基地址*/
 #define RCC_BASE           (AHBPERIPH_BASE + 0x1000)
 /*RCC的AHB1时钟使能寄存器地址,强制转换成指针*/
 #define RCC_APB2ENR        *(unsigned int*)(RCC_BASE+0x18)
		 

startup_stm32f10x_hd.s还是之前的默认文件。比如Keil_v5下面就有现成的。
Keil_v5\ARM\PACK\Keil\STM32F1xx_DFP\2.4.1\Boards\Keil\MCBSTM32E\Blinky\RTE\Device\STM32F103ZE\startup_stm32f10x_hd.s

F7编译，F8运行。

2. GPIO 简介

GPIO 是 General Purpose Input/Output（通用输入输出）的缩写，指 STM32 上我们能用代码控制电平高低的引脚。引脚接上外部设备，就能实现控制（输出高低电平）、通讯（发送接收信号）、采集（读取外部电平）。

2.1 内部结构

下图最右边是芯片引出的引脚，往左全是芯片内部的东西：

2.2 八种工作模式

上面的结构决定了每个引脚可以配成 8 种工作模式，归纳成三类：

点灯用的是其中的通用推挽输出。以后用标准库或 HAL 库时见到的 GPIO_Mode_Out_PP 这类名字，对应的就是这 8 种模式。

2.3 引脚编号

GPIO 按组划分，每组最多 16 个引脚，编号 0-15。比如 STM32F103VET6 有 GPIOA-GPIOE 共 5 组。

引脚名 = P + 组字母 + 编号：

下文说「端口」指一整组（如 GPIOB），「引脚」指组里的一根（如 PB0）。

有个关键点：寄存器是按端口给的，不是按引脚给的。一个 32 位寄存器里装着整组 16 个引脚的信息，改某一个引脚，只能在寄存器里动属于它的那几位——这就是后文代码里全是位操作的原因。

2.4 基本功能

本文只用输出功能：让引脚输出低电平，点亮接在上面的 LED。输入的读法在 6.7 节顺带说明。

3. 硬件连接

野火开发板的 LED 是「共阳」接法：LED 正极接 3.3V 电源，负极接 STM32 引脚，中间串一个限流电阻。

灯亮不亮，只看有没有电流流过 LED，也就是引脚两端有没有电压差：

一句话记住：这块板子，写 0 灯亮，写 1 灯灭。（如果板子是 LED 负极接地、正极接引脚的共阴接法，就反过来。）

另外，引脚内部虽有保护二极管（电压超出范围时导通泄流，防止烧芯片），但它扛不住大电流——想直接驱动电机这类大功率器件，要么不转要么烧芯片，必须外加驱动电路。LED 功率小，串个限流电阻就够了。

3.1 指南者板的LED引脚

本文以 F103-指南者为例，LED 接在 PB0。板上是 RGB 三色灯，红、绿、蓝三个引脚各控一色，本文只配其中一个。

如果换其他引脚，按这个规律换算：

• 时钟开关的位号 = 字母序号 + 2（A=2、B=3、C=4……）
• 引脚号 0~7 → 用 CRL，位移 4 * 引脚号
• 引脚号 8~15 → 用 CRH，位移 4 * (引脚号 - 8)

4. 寄存器地址

4.1 寄存器是什么

寄存器就是芯片内一块有地址的内存，32 个位，每位放 0 或 1。往里面写特定的数字，硬件就会照着做。

比如 GPIOB 的 ODR 寄存器，低 16 位正好对应 16 个引脚：第 0 位管 PB0、第 1 位管 PB1……某位写 0，对应引脚就输出低电平。

4.2 地址怎么算出来的

像门牌号一样逐级叠加：城市 → 区 → 街道 → 门牌号。

0x4000_0000  片上外设（市）
 ├─ +0x10000 → 0x4001_0000  APB2总线（区）
 │    ├─ +0x0800 → 0x4001_0800  GPIOA（街道）
 │    ├─ +0x0C00 → 0x4001_0C00  GPIOB
 │    └─ +0x1000 → 0x4001_1000  GPIOC
 └─ +0x20000 → 0x4002_0000  AHB总线（区）
      └─ +0x1000 → 0x4002_1000  RCC（管时钟的）

不用背，知道「名字 = 基地址逐级加偏移算出来的地址」就够了，换算全在 stm32f10x.h 里做好了。

4.3 给地址起名字

数字地址没人记得住，所以在 stm32f10x.h 里给每个地址起了名字：

#define GPIOB_ODR   *(unsigned int*)(GPIOB_BASE + 0x0C)

拆开看：

• GPIOB_BASE + 0x0C：算出地址 0x4001_0C0C
• (unsigned int*)：把这个数当成指针
• 开头的 *：以后代码里写 GPIOB_ODR，就是直接读写这个地址

点灯步骤开头贴出的 stm32f10x.h 只定义了 GPIOB，要用 GPIOA、GPIOC，照着把 BASE 换一下即可。

4.4 GPIO 端口里的寄存器

每个 GPIO 端口有 7 个寄存器。名字看着像乱码，其实全是英文缩写，对照全称就知道各自管什么：

读写属性记两条：CRL/CRH/ODR 可读可写；IDR 只读，且只有低 16 位有效。各寄存器每一位的完整说明，可查《STM32F10X-中文参考手册》的 GPIO 章节。

RCC 那边本文只用到一个：偏移 0x18 的 RCC_APB2ENR。拆开念：RCC = Reset and Clock Control（复位与时钟控制），管全芯片的时钟；APB2 是挂 GPIO 的那条总线（4.2 地址树里的「区」）；ENR = Enable Register（使能寄存器）。合起来就是「APB2 总线上外设的时钟开关排」。

5. 工程文件

点灯工程就三个文件：

工程目录/
├── startup_stm32f10x_hd.s   启动文件，ST官方提供，不用改
├── stm32f10x.h              寄存器名字 → 地址的对应表
└── main.c                   主程序

5.1 启动文件：芯片上电后先跑它

芯片上电后不是直接跑 main，而是先执行启动文件里的汇编，它干两件事：

1. 调用 SystemInit 配置系统时钟
2. 跳进 C 库的 __main，最后进入我们写的 main

这就是 main.c 里放一个空 SystemInit 占位的原因。留空不配时钟时，芯片自动用内部自带的 8MHz 振荡器，点灯足够。

6. 寄存器配置说明

把 main 里的 4 行代码逐行讲清楚。

6.1 开启端口时钟——不给电，写了也白写

RCC_APB2ENR |= (1 << 3);   // 开启GPIOB时钟

STM32 为了省电，每个外设默认「断电」（时钟关闭）。断电的外设，往它寄存器写什么都没反应。

RCC_APB2ENR 就是一排电源开关，每位管一个外设：

(1 << 3) 就是把第 3 号开关（GPIOB）拨到开。

新手第一大坑就是漏了这行：程序能编译、能下载、看起来一切正常，就是灯不亮。

参考手册里 RCC_APB2ENR 的位定义原图：

6.2 CRL 与 CRH 的引脚定位

引脚复位后默认是输入模式，不能输出，要先配置。配置信息存在端口配置低寄存器 CRL、端口配置高寄存器 CRH 里（全称见 4.4），规则两条：

• 每个引脚占 4 个位
• 07 号引脚归 CRL 管，815 号归 CRH 管

以 PB0 为例：0 号引脚归 CRL 管，排在 CRL 最开头的 4 位（bit[3:0]），所以位移表达式是 4 * 0。

一般规则：引脚号 n 在 07 → 用 CRL，位移 4*n；n 在 815 → 用 CRH，位移 4*(n-8)。CRH 里从 0 重新数起，比如 PA8 的位移是 4*0 而不是 4*8，这点最容易搞错。

参考手册里 CRL 和 CRH 的位定义原图（两者结构一样，只是管的引脚不同）：

6.3 配置位的取值

每个引脚的 4 个位分成两半，各管一件事：

bit3  bit2 | bit1  bit0
 CNF[1:0]  | MODE[1:0]
 输出什么类型 | 输入还是输出、多快

CNF 就是 configuration（配置）的缩写，MODE 原意是「模式」。名字记不住没关系，记住下面几张表就行。

MODE（方向 + 速度）：

「速度」指电平翻转的最高切换频率：档位越高功耗越大。对功耗没要求选最大也行，点灯这种慢场景选哪档都无所谓。

注意别和 CPU 主频搞混：这个 MHz 是引脚电平翻转的上限，管的是脚。CPU 跑代码的频率由时钟决定——本文 SystemInit 留空、没配时钟，芯片复位后默认用自带的内部 8MHz 振荡器跑，第 7 节算延时用的就是它。

CNF（MODE 不是 00 时，选输出类型）：

开漏输出「1」时两个管子都关、引脚悬空（高阻态），高电平全靠外部上拉电阻。这个特性有两个典型用途：I2C 总线多个设备共用一根线，任一设备拉低整条线就变低（「线与」）；上拉电源接 5V 还能输出 5V 电平，实现电平转换。

MODE 为 00（输入模式）时，CNF 改为选输入类型：

常用组合速查：

参考手册里的端口位配置表，CNF 与 MODE 的全部编码以此为准：

点灯选最普通的组合 0001：推挽输出 + 10MHz。速度对点灯无所谓，LED 亮灭根本用不着 10MHz。

6.4 为什么用 &= ~ 和 |=，不直接 =

寄存器一次读写就是整个 32 位，没法单独改一位。而 CRL 里住着 8 个引脚的配置，直接赋值会殃及别人：

GPIOB_CRL = 0x00000001;   // 错！PB0配好了，PB1~PB7的配置全被冲成0

CRL 的复位值是 0x44444444，即 8 组 0100——上电后全部引脚默认浮空输入，直接赋值连这些默认值也一起冲掉。

所以要用「读-改-写」，只动自己那几位：

GPIOB_CRL &= ~(0x0F << 0);   // 只把PB0那4位清0，其它位不动
GPIOB_CRL |=  (0x01 << 0);   // 只往PB0那4位写新值，其它位不动

两个口诀：

• &= ~xxx：把 xxx 对应的位清 0，其余保持原样
• |= xxx：把 xxx 对应的位设为 1，其余保持原样

0x0F << 0 这种写法是在构造掩码——一个只有目标 4 位是 1、其余全 0 的数。取反 ~ 之后目标位变 0、其余变 1，于是与运算时「和 1 保持原值、和 0 被清掉」，或运算正好反过来。想改哪几位，就造一个只圈住它们的掩码。

6.5 控制输出电平

能控制电平的寄存器有三个：ODR、BSRR、BRR，其中 BSRR 和 BRR 最终影响的也是 ODR（见 6.6）。本文直接操作 ODR：

GPIOB_ODR &= ~(1 << 0);   // PB0输出低电平，LED亮

ODR 的低 16 位一一对应 16 个引脚（高 16 位保留，复位值为 0），写 0 输出低、写 1 输出高。相关的三个写法：

GPIOB_ODR &= ~(1 << 0);   // 写0：输出低电平，灯亮
GPIOB_ODR |=  (1 << 0);   // 写1：输出高电平，灯灭
GPIOB_ODR ^=  (1 << 0);   // 取反：亮变灭、灭变亮

注意一个坑：有些资料写成 GPIOB_ODR &= (0 << 0);——0<<0 就是 0，这行实际是 &= 0，把整个寄存器全清零。灯确实会亮，但同端口其它引脚也被一起拉低了。正确写法是 &= ~(1 << 0)。

6.6 BSRR 与 BRR

&= 和 |= 是读、改、写三步，中间可能被中断打断。BSRR/BRR 由硬件保证一步到位（原子操作）：

GPIOB_BSRR = (1 << 0);        // PB0置高电平
GPIOB_BSRR = (1 << (0 + 16)); // PB0置低电平（高16位是清零区）
GPIOB_BRR  = (1 << 0);        // PB0置低电平，BRR只能清零

这里直接用 = 就行，不用 |=——写 0 的位本来就不产生影响，没必要先读原值。

6.7 读取输入电平

引脚电压先经过施密特触发器，整形成干净的 0/1，再存进 IDR。读它就知道引脚现在是高还是低。IDR 只读、低 16 位有效：

if (GPIOB_IDR & (1 << 0))
{
    // PB0当前是高电平
}

输出模式下触发器也开着，IDR 照样能读，可以反过来确认输出是否真的生效。模拟输入是唯一的例外：ADC 要的是原始电压而不是 0/1，所以信号在触发器之前就分岔，不经过触发器和MOS管。同理，DAC 输出模拟电压时也不经过双MOS管，直接从引脚输出。

7. LED 闪烁

在点灯代码外面套个死循环，加上延时和取反：

#include "stm32f10x.h"

void SystemInit(void)
{
}

/* 软件延时：volatile 告诉编译器别把这个循环优化没了 */
static void Delay(volatile unsigned int count)
{
    while (count--);
}

int main(void)
{
    RCC_APB2ENR |= (1 << 3);            // 开GPIOB时钟
    GPIOB_CRL   &= ~(0x0F << (4 * 0));  // 清空PB0配置位
    GPIOB_CRL   |=  (0x01 << (4 * 0));  // PB0推挽输出

    while (1)
    {
        GPIOB_ODR ^= (1 << 0);   // 电平取反：亮变灭、灭变亮
        Delay(0x7FFFF);          // 亮一阵灭一阵，数字越大闪得越慢
    }
}

两个要点：

• ^= 每执行一次电平翻转一次，灯就交替亮灭
• 延时函数的参数 volatile 不能省，否则编译器认为这个循环没有副作用，直接删掉，灯就不闪了

延时是可以粗算的，三个已知量：

• 0x7FFFF 是十六进制 ≈ 十进制 52 万，即 CPU 空转 52 万圈
• while (count--) 编译成机器码后，每圈约 5~10 个时钟周期（随优化等级浮动，按 8 算）
• CPU 每秒跑 800 万个周期——SystemInit 留空没配时钟，芯片默认用自带的内部 8MHz 振荡器（见 5.1）

52 万圈 × 8 周期/圈 ≈ 420 万周期 ÷ 800 万周期/秒 ≈ 半秒

常用档位对照：

规律：数字翻倍，延时大致翻倍。还想更慢就在 while (1) 里连着多调几次 Delay。

8. 各种颜色的小灯

依次类推，各种颜色的小灯操作如下：

#include "stm32f10x.h"

void SystemInit(void)
{
}

/* 软件延时，同第 7 节 */
static void Delay(volatile unsigned int count)
{
    while (count--);
}

int main(void)
{
    RCC_APB2ENR |= (1 << 3);            // GPIOB时钟，三个颜色脚共用

    GPIOB_CRL &= ~(0x0F << (4 * 0));    // PB0 绿，推挽输出
    GPIOB_CRL |=  (0x01 << (4 * 0));
    GPIOB_CRL &= ~(0x0F << (4 * 1));    // PB1 蓝，推挽输出
    GPIOB_CRL |=  (0x01 << (4 * 1));
    GPIOB_CRL &= ~(0x0F << (4 * 5));    // PB5 红，推挽输出
    GPIOB_CRL |=  (0x01 << (4 * 5));

    while (1)
    {
        /* 每换一色：先全灭（写1），再点亮目标色（写0） */
        GPIOB_ODR |= (1 << 5) | (1 << 0) | (1 << 1);
        GPIOB_ODR &= ~(1 << 5);                          // 红
        Delay(0x7FFFF);

        GPIOB_ODR |= (1 << 5) | (1 << 0) | (1 << 1);
        GPIOB_ODR &= ~(1 << 0);                          // 绿
        Delay(0x7FFFF);

        GPIOB_ODR |= (1 << 5) | (1 << 0) | (1 << 1);
        GPIOB_ODR &= ~(1 << 1);                          // 蓝
        Delay(0x7FFFF);

        GPIOB_ODR |= (1 << 5) | (1 << 0) | (1 << 1);
        GPIOB_ODR &= ~((1 << 5) | (1 << 0));             // 红+绿=黄
        Delay(0x7FFFF);

        GPIOB_ODR |= (1 << 5) | (1 << 0) | (1 << 1);
        GPIOB_ODR &= ~((1 << 5) | (1 << 1));             // 红+蓝=紫
        Delay(0x7FFFF);

        GPIOB_ODR |= (1 << 5) | (1 << 0) | (1 << 1);
        GPIOB_ODR &= ~((1 << 0) | (1 << 1));             // 绿+蓝=青
        Delay(0x7FFFF);

        GPIOB_ODR |= (1 << 5) | (1 << 0) | (1 << 1);
        GPIOB_ODR &= ~((1 << 5) | (1 << 0) | (1 << 1));  // 三色全亮=白
        Delay(0x7FFFF);
    }
}

规律：想让哪个颜色亮，就在 ODR 里把对应的位写 0，其余写 1。

但这样每个脚只有「亮 / 灭」两档，最多混出上表 7 种颜色，没有中间亮度。

想要深红、粉色这类过渡色，得用 PWM（脉冲宽度调制）：引脚只能输出 0V 或 3.3V，那就在极短时间内高速开关，一个周期里亮的时间占比（占空比）就是平均亮度——

█ = 亮  ░ = 灭（每格等长时间，高速循环）
████████  占空比 100% → 全亮
████░░░░  占空比  50% → 半亮
█░░░░░░░  占空比  10% → 微亮

红、绿、蓝各配一个占空比，就能混出任意深浅的颜色。PWM 波形一般由定时器产生，是另一个话题，本文不展开。