Day30 —【STM32F103C8 + Keil5 + Proteus】没有开发板也能学 STM32：从环境搭建到 LED 流水灯仿真

Day30 对当前 Proteus 学习阶段进行完整整理。本文记录一次“没有真实硬件”的 STM32 学习实践：使用 Keil µVision 编译 STM32F103C8 程序，生成 HEX 固件，再由 Proteus 搭建虚拟电路并加载固件。文章同时记录单灯闪烁、四灯流水灯、常见故障以及许可证问题，方便初学者复现和排错。

一、为什么选择 Keil + Proteus

暂时没有 STM32 开发板时，仍然可以先学习以下内容：

• STM32 工程的创建和芯片选择；
• GPIO、RCC、SysTick 等寄存器的基本使用；
• 编译、链接以及 HEX 固件的生成过程；
• LED、电阻、电源、复位和启动引脚的连接方法；
• 使用逻辑探针、虚拟示波器观察 GPIO 波形；
• 将“代码行为”和“电路现象”对应起来。

这套组合中，两款软件的分工很明确：

工具	作用
Keil µVision	编写、编译和链接 STM32 程序，输出 HEX 固件
Proteus	搭建虚拟电路，给虚拟 MCU 加载 HEX，观察运行结果

需要特别理解：Proteus 不是用来替代 Keil 编译代码的。本项目在 Proteus 新建工程时选择“没有固件项目”，因为固件统一由 Keil 生成。

二、本次环境

• MCU：STM32F103C8（ARM Cortex-M3）
• IDE：Keil µVision 5
• 编译器：Arm Compiler 6.21
• Device Pack：Keil STM32F1xx DFP 2.4.1
• 仿真软件：Proteus 9 Professional 9.0 SP2
• 开发方式：寄存器级 C
• 实验项目：
  • Day28：PA0 单灯闪烁；
  • Day29：PA0～PA3 四灯流水灯。

软件版本不必完全相同，但 Keil 必须能够选择 STM32F103C8，Proteus 元件库也必须带有该器件的可仿真模型。

三、整体工作流

Keil 新建 STM32F103C8 工程
          ↓
编写 GPIO 与延时代码
          ↓
开启 Create HEX File 并编译
          ↓
Proteus 绘制 STM32 + LED 电路
          ↓
把 Keil 输出的 HEX 加载到 STM32 元件
          ↓
运行仿真，用逻辑探针或示波器验证

掌握这条链路比单纯记住按钮位置更重要。以后增加按键、串口、定时器、I²C 或 FreeRTOS，基本工作流仍然相同。

四、Proteus 新建工程

4.1 创建原理图

新建工程时按下面选择：

1. 原理图模板选择 DEFAULT；
2. 不创建 PCB Layout；
3. 固件页面选择“没有固件项目”；
4. 完成向导后进入 Schematic Capture。

这样设置的原因是：当前目标只是做虚拟电路仿真，不进行 PCB 制板；固件已经由 Keil 管理，Proteus 只负责加载结果。

4.2 放置元件

按 P 打开 Pick Devices，搜索并放置：

• STM32F103C8
• LED-RED
• RES
• LOGICPROBE（推荐）
• OSCILLOSCOPE（需要观察波形时使用）

电阻设置为 330R。限流电阻的作用是限制 LED 电流；即使是仿真，也应按照真实电路思维设计。

五、单灯电路连接

最小实验使用 PA0 驱动 LED：

PA0 → 330 Ω 电阻 → LED → GND

此外还需要处理以下引脚：

引脚	连接	原因
BOOT0	GND	选择从主 Flash 启动
NRST	10 kΩ 上拉到 VDD	保证复位脚处于稳定高电平
VDDA、VBAT	VDD	给模拟域和备份域供电
VSSA	GND	模拟地

LED 极性为什么重要

LED 是有方向的器件。GPIO 输出高电平时，必须形成从 GPIO、限流电阻、LED 到 GND 的完整电流路径，LED 才会导通。如果逻辑探针已经在 0 和 1 之间变化，但 LED 始终不亮，应优先检查：

1. LED 是否接反；
2. LED 和电阻是否真正连接到同一网络；
3. 是否缺少 GND；
4. GPIO 是否配置成推挽输出；
5. 切换速度是否快到肉眼看起来像常亮。

六、Keil 创建 STM32F103C8 工程

6.1 芯片包

在 Pack Installer 中确认 STM32F103C8 可以被搜索到，并安装 Keil::STM32F1xx_DFP。Device Pack 提供：

• STM32F103C8 的寄存器定义；
• 启动文件；
• 系统时钟文件；
• Keil 对该芯片的工程支持。

如果没有芯片包，即使能写 C 代码，工程也缺少启动入口、内存布局和寄存器地址定义。

6.2 运行环境组件

新建工程并选择 STM32F103C8 后，在 Manage Run-Time Environment 中至少选择：

• CMSIS → CORE
• Device → Startup

Startup 会提供中断向量表和复位入口，CMSIS CORE 提供 Cortex-M3 的统一核心定义。

七、Day28：PA0 单灯闪烁

核心代码如下：

#include "stm32f10x.h"

static void systick_init_1ms(void)
{
    SystemCoreClockUpdate();
    SysTick->LOAD = (SystemCoreClock / 1000U) - 1U;
    SysTick->VAL  = 0U;
    SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
                    SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
}

static void delay_ms(uint32_t milliseconds)
{
    while (milliseconds > 0U)
    {
        while ((SysTick->CTRL & SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk) == 0U)
        {
        }
        milliseconds--;
    }
}

int main(void)
{
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;

    GPIOA->CRL &= ~0x0000000FUL;
    GPIOA->CRL |=  0x00000002UL;

    GPIOA->BRR = GPIO_BRR_BR0;
    systick_init_1ms();

    while (1)
    {
        GPIOA->ODR ^= GPIO_ODR_ODR0;
        delay_ms(1000U);
    }
}

7.1 RCC 为什么要使能

RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;

STM32 为了节能，外设时钟默认不一定开启。GPIOA 没有时钟时，对它的寄存器配置不会产生预期效果。

7.2 PA0 为什么写成 0x2

STM32F1 的 GPIOx_CRL 每 4 位控制一个引脚。PA0 的配置值 0010 表示：

• MODE0 = 10：输出模式，最大速度 2 MHz；
• CNF0 = 00：通用推挽输出。

7.3 SysTick 为什么适合入门

SysTick 是 Cortex-M 内核自带的 24 位定时器。将重装值设为 SystemCoreClock / 1000 - 1，可得到约 1 ms 的计数周期。轮询 COUNTFLAG 比空循环延时更容易解释，也更接近嵌入式工程中的时间基准。

八、生成 HEX 固件

进入：

Options for Target → Output → 勾选 Create HEX File

然后执行 Rebuild。最终构建结果为 0 Error(s)，说明程序已经成功编译、链接并生成 HEX。

构建过程中出现过以下警告：

• 旧版头文件注释包含非 UTF-8 字符；
• 文件末尾缺少换行；
• Pack 内系统文件的数组访问和变量声明警告。

这些警告没有阻止 HEX 生成，但仍应区分“警告”和“错误”：错误必须解决后才能生成固件；警告需要分析来源，不能看到数量多就直接忽略。

九、给 Proteus 的 STM32 加载程序

双击原理图中的 STM32F103C8，找到 Program File，选择 Keil 生成的 .hex 文件。

同时建议：

• OSC Frequency 与程序的系统时钟设定保持一致；
• Clock Scale 使用默认值；
• 不要为了“让灯更快”随意设置为 8 Times，否则 Proteus 时间和代码延时不再直观对应。

运行后，Simulation Log 出现 Loading HEX file 和读取字节数，说明固件已被装载到虚拟 MCU。

十、如何判断程序是否真的运行

不要只盯着 LED。最可靠的验证顺序是：

1. Simulation Log 能否成功读取 HEX；
2. PA0 逻辑探针是否在 0 和 1 之间切换；
3. 电压表是否在约 0 V 和 3.3 V 之间变化；
4. 示波器是否出现周期方波；
5. 最后再看 LED 视觉效果。

如果逻辑探针变化而 LED 不闪，说明“程序与 GPIO 大概率正常”，问题更可能在 LED 极性、连接方式、限流电阻或视觉刷新上。这种分层排错方法比反复修改代码有效得多。

十一、Day29：四灯流水灯

完成单个 GPIO 后，将 PA0～PA3 都配置为推挽输出：

GPIOA->CRL &= ~0x0000FFFFUL;
GPIOA->CRL |=  0x00002222UL;

每个 LED 必须单独串联一个 330 Ω 电阻：

PA0 → 330 Ω → LED0 → GND
PA1 → 330 Ω → LED1 → GND
PA2 → 330 Ω → LED2 → GND
PA3 → 330 Ω → LED3 → GND

流水灯核心逻辑：

while (1)
{
    GPIOA->ODR &= ~0x0000000FUL;
    GPIOA->ODR |= (1UL << led_index);

    delay_ms(300U);

    led_index++;
    if (led_index >= 4U)
    {
        led_index = 0U;
    }
}

1UL << led_index 会让逻辑 1 依次移动到 PA0、PA1、PA2、PA3：

led_index	低四位	点亮引脚
0	0001	PA0
1	0010	PA1
2	0100	PA2
3	1000	PA3

当前已完成 Keil 工程、HEX 和 Proteus 原理图；最终动态现象还需要在有效的仿真许可证下继续复验。

十二、这次遇到的典型问题

12.1 搜不到 STM32F103C8

可能原因：

• 使用的 Proteus 版本过旧；
• 元件库不含 Cortex-M3 STM32 模型；
• 搜索条件勾选了错误的分类或“仅显示带模型元件”。

正确版本中搜索 STM32F103 应能看到 C4、C6、C8 等型号。只有带可执行仿真模型的 MCU 才能运行 HEX，单纯原理图符号不能完成 MCU 仿真。

12.2 引脚显示 0/1，但 LED 不闪

依次检查：

1. 使用逻辑探针确认 GPIO 是否真的切换；
2. 检查 LED 极性；
3. 每个 LED 是否有独立电阻；
4. GPIO 是否为推挽输出；
5. HEX 是否为最新一次编译生成；
6. Proteus MCU 的 Program File 是否仍指向旧文件；
7. 延时时间和 Clock Scale 是否匹配。

12.3 仿真很慢、CPU 占用很高

同时放置多个仪器、探针或存在不合理连线时，仿真负载会明显上升。排错时先保留最小系统：MCU、一个 LED、一个电阻和一个逻辑探针，确认正常后再逐步增加元件。

12.4 Bad or missing Customer Key

软件修复后能够启动，但主页显示：

Licensing error. Bad or missing Customer Key.
Not Licensed for Simulation

这不是 STM32 工程或 HEX 的问题，而是许可证状态导致仿真功能被禁用。不要从不明来源复制 DLL 覆盖安装目录或 Windows 系统文件，这会带来安全、稳定性和合规风险。

根据 Labcenter 官方说明：普通 Proteus Demo 的微控制器仿真期为 14 天，但不能仿真用户自己创建的 MCU 设计，也不能保存自己的工作；如需完整验证自建 STM32 工程，应申请完整 evaluation license、使用学校提供的教育/云许可证，或者购买相应授权。

• 官方试用说明：https://www.labcenter.com/free-trial/
• 官方教育许可说明：https://www.labcenter.com/education/

十三、工程目录

GitHub 仓库：https://github.com/jdai10590-afk/Embedded-C-Learning-Projects

day28/
├─ README.md
└─ Src/main.c              # PA0 单灯闪烁

day29/
├─ README.md
├─ Src/main.c              # PA0～PA3 流水灯
├─ Keil/                   # Keil 工程与 HEX
└─ Proteus/                # Proteus 原理图工程

day30/
├─ README.md               # 本文（CSDN Markdown）
└─ Images/                 # 本文截图

十四、本阶段总结

目前已经走通以下关键链路：

• Keil 能识别 STM32F103C8；
• Device Pack、CMSIS 和 Startup 组件可用；
• 寄存器级 GPIO 与 SysTick 程序能够编译；
• Keil 能生成 HEX；
• Proteus 能识别 STM32F103C8 模型并加载 HEX；
• 逻辑探针可观察 GPIO 的 0/1 状态；
• 已搭建单灯和四灯流水灯原理图；
• 已明确 LED 不闪时的分层排错方法；
• 已定位当前阻塞项为仿真许可证，而不是缺少所谓 version.dll。

下一阶段先在有效许可证下复验 Day28 和 Day29 的动态现象，再学习按键输入、外部中断、定时器 PWM、USART 和 FreeRTOS。没有硬件并不会阻止前期学习，但仿真结果最终仍应在真实开发板上验证。