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针对 STM32 单片机的学习

  • 开发工具：Keil5
  • 开发板：STM32F103C8T6
  • 烧录工具：ST-Link Utility

# 三种烧录方式

嵌入式是：Embedded Programming，即将程序烧录到 MCU 内部的 ROM 中，运行时不需要外接电源。

# 介绍 / 前言

STM32 是一种高性能、低功耗的 32 位微控制器，具有丰富的外设接口，可广泛应用于各种应用领域。本系列将介绍 STM32 的基本知识、基本用法、常用外设及驱动、编程技巧等内容。

# 外设介绍

  • 位于内核里的外设
    它的外设（peripherals）包括 GPIO、定时器、串口、SPI、I2C、USB、ADC、DAC、PWM、CAN、QSPI、SDIO、RNG、LCD 等。
英文缩写 名称 英文缩写 名称
NVIC 嵌套向量中断控制器 CAN 控制器局域网 / CAN 通信
SysTick 系统计时器 USB 通用串行总线 / USB 主机
SCB 系统控制块 USART 通用串行接口 / 串口通信
GPIO 通用输入输出 SPI 串行外围接口 / SPI 通信
ADC 模拟 - 数字转换 I2C 互联式总线 / I2C 通信
DAC 数字 - 模拟转换 UART 通用异步收发器 / UART 通信
PWM 脉冲宽度调制 RNG 随机数发生器
RTC 实时时钟 LCD 液晶显示屏

# 命名规则

# 系统结构

图・・・・・・・・・・・・・・・
三个总线 icode 指令总线（加载程序指令）、dcode 数据总线（加载数据，比如常量何调试数据）、system 系统总线。icode 与 dcode 总线主要用来连接 flash 闪存（flasd 存储的是编写的程序）。
sram 用于存储程序运行时的变量数据
ahb（先进高性能总线）系统总线用于挂载主要的外设（挂载最基本或者性能比较高的外设，比如复位和时钟控制这些基本的电路）sdio 也是挂载在 ahb 上的。
两个桥接，接到了 apb1（先进外设总线）和 apb2 两个外设总线上（用来连接一般的外设）
ahb 和 apb 的总线协议、总线速度还有数据传输格式的差异，所以中间需要加两个桥接来完成数据的转换和缓存
ahb 的整体性能比 apb 高一些，APB2 的性能比 APB1 高一些。
APB2 一般和 AHB 同频率都是 72MHz，APB1 一般是 36MHz，所以 APB2 连接的一般是外设中稍微重要的部分（例如 GPIO 端口，还有一些外设的一号选手比如 USART1、SPI1、TIM1、TIM8（高级定时器）、ADC、EXTI、AFIO)，Apb1 连接次要一点的外设 2、3、4 号外设还有 DAC\PWR\BKP 等。
DMA 是 CPU 的小秘书，比如一些大量的数据搬运这样简单且重复干的事情，让 cpu 来干会浪费时间。
DMA 通过 DMA 总线连接到总线矩阵上，可以拥有和 cpu 一样的总线控制权，用于访问外设小弟，当需要 DMA 搬运数据时，外设就会通过请求线发送 DMA 请求，然后 DMA 就会获的总线控制权，访问并转运数据，整个过程不需要 cpu 的参与

# 引脚定义

图・・・・・・・・・・・

  • 拿到一个芯片时，需要着重的看一下它的引脚定义
  • 让 STM32 正常工作，首先将电源部分和最小系统部分的电路连接好（也就是这个表中红色和蓝色的部分）
  • 红色为电源相关引脚，蓝色为最小系统相关引脚，绿色为 IO 口、功能口
  • S 代表电源、I 代表输入、O 代表输出，IO 代表输入输出
  • IO 口电平代表 IO 口所能容忍的电压，FT 代表容忍 5V 的电压，没有 FT 的智能容忍 3.3V 电压（如果没有 FT，需要接 5V 的电平，需要加装电平转换电路）
  • 主功能就是上电后默认的功能，一般和引脚名称相同。如果不同的话引脚的实际功能是主功能而不是引脚名称的功能
  • 默认复用功能是，IO 口上同时连接的外设功能引脚，配置 IO 口时可以选择是通用 IO 口还是复用功能
  • 重定义功能，作用是如果有两个功能同时复用在了一个 IO 口上，而且确实需要用到这两个功能，可以将其中一个复用功能重映射到其他端口上（前提是，这个重定义功能的表里有对应的端口）
  • 优先使用加粗的 IO 口，没有加粗的 IO 口可能需要进行配置或者兼具其他功能。
  • 1 引脚 VBAT 是备用电池供电引脚，可接 3v 电池，当系统电源断电时，备用电池可给内部的 RTC 时钟和备份寄存器提供电源
  • 2 引脚是 IO 口或侵入检测或 RTC，IO 口可以根据程序输出或读取高低电平。侵入检测可以用来做安全保障的功能（比如你的产品安全性比较高，可以在外壳加一些防拆的触电，然后接上电路到这个引脚上，若有人强行拆开设备，则触电断开，这个引脚的电平变化就会触发 STM32 的侵入信号，然后就会清空数据来保证安全）。RTC 的引脚可以用来输出 RTC 校准时钟、RTC 闹钟脉冲或者秒脉冲
  • 3、4 引脚是 IO 口或者接 32.768KHz 的 RTC 晶振
  • 5、6 号引脚接系统的主晶振，一般是 8MHz，然后芯片内有锁相环电路，可以对这个 8MHz 的频率进行倍频，最终产生 72Mhz 的频率作为系统的主时钟
  • 7 引脚 NRST 是系统复位引脚，N 代表是低电平复位
  • 8、9 引脚是内部模拟部分的电源，比如 ADC、RC 振荡器等。vss 是负极，接 GND，VDD 是正级，接 3.3V
  • 10-19 号引脚都是 IO 口，其中 PA0 还兼具了 WKUP 功能（可以用于唤醒处于待机模式的 STM32）
  • 20 号引脚是 IO 口或 BOOT1 引脚，BOOT 引脚是用来配置启动模式的
  • 21、22 引脚是 IO 口
  • 23、24 引脚是 VSS_1 和 VDD_1 是系统的主电源口，同样的 VSS 是负极，VDD 是正级
    下面的 VSS_2 和 VDD_2 以及 VSS_3 和 VDD_3 都是系统的主电源口，这里 STM32 内部采用分区供电的方式，所以供电口比较多，在使用时，把 VSS 都接 GND，VDD 都接 3.3V 即可
  • 25-33 引脚都是 IO 口
  • 34-40 引脚再加 27 号引脚，都是 IO 口或者调试端口，默认功能是调试端口（用来调试程序和下载数据），这个 STM32 支持 SWD（需要两根线，分别是 SWDIO 和 SEDLK) 和 JTAG (需要五根线，分别是 JTMS、JTCK、JTDL、JTDO、NJTRST) 两种调试方式。
  • STLINK 调试程序用的是 SWD 方式（只需占用 PA13 和 PA14 这两个 IO 口，剩下的 PA15、PB3、PB4 可以切换为普通的 IO 口使用（需在程序中配置，不配置的话默认是不会用作 IO 口的）
  • 41、42、43、45、46 引脚都是 IO 口
  • 44 引脚 BOOT0 和 BOOT1 一样用来做启动配置

# 启动配置

  • 启动配置的作用是指定程序开始运行的位置。
  • 一般情况下，程序都是在 FLASH（主闪存存储器）程序存储器开始执行
  • 接 1 就是接到 3.3V 电源正的意思
  • 系统存储器这个模式就是用来做串口下载的，这个系统存储器存的就是 STM32 中的一段 - BootLoader 程序（BootLoader 程序作用就是接受串口的数据，然后刷新到主闪存中，这样就可以使用串口下载程序）。
  • 一般，需要串口下载程序时（当没有调试接口时，这时需要用到串口的方式下载程序）需要配置到系统存储器启动模式
  • 内置 SRAM 模式，主要用来进行程序的调试
  • BOOT 引脚的值是在上电复位后的一瞬间有效的，之后就随便了。例如 20 引脚在上电瞬间是 BOOT1 的功能，当第四个时钟过之后就是 PB2 的功能了

# 最小系统电路

  • 一般来说，单片机只有一个芯片是无法正常工作的，需要连接最基本的电路（最小系统电路）
  • 供电部分，VSS 都连接了 GND，VDD 都连接了 3.3V。在这个 3.3v 和 GND 之间，一般会连接一个滤波电容（这个电容可以保证电压的稳定）
  • 一般只要遇到供电，都会习惯上加上几个滤波电容
  • VBAT 是接备用电池的。可以选择一个 3v 的纽扣电池，正极接 VBAT，负极接 GND。备用电池是给 RTC 和备份寄存器服务的
  • 晶振部分，接一个 8MHz 的主时钟晶振（8MHz 经过内部锁相环倍频，得到 72Mhz 的主频）
  • 这个晶振的两根引脚分别通过两个网络标号接到 STM32 的 5、6 号引脚
  • 还需接两个 20pf 的电容，作为启震电容，电容的另一端接地即可
  • 若需 RTC 功能还需再接一个 32.768KHz 的晶振，电路和这个一样，接在 3、4 号引脚，OSC32 - 就是 32.768KHz 晶振的意思。（因为 32.768 是 2 的 15 次方，内部 RTC 经过 2 的 15 次方分频就可以生成 1 秒的时间信号）
  • 复位电路部分，是一个 10k 的电阻和 0.1uf 的电容组成，用来给单片机提供复位信号，NRST 接在 STM32 的 7 号引脚
  • 上电瞬间的波形是先低电平，然后逐渐高电平。NRST 是低电平复位的（当复位电路上电的瞬间，电容是没有电的），电源通过电阻开始向电容充电，并且此时电容呈现的是短路状态（NRST 引脚就会产生低电平）。当电容逐渐充满电时，电容就相当于断路，此时 NRST 就会被 R1 上拉为高电平。（低电平提供 STM32 的上电复位信号）
  • 按键，提供一个手动复位的功能，当按下按键，电容放电，并且 NRST 引脚也通过按键直接接地了，这就相当于手动产生了低电平复位信号，按键松手后，NRST 又回归高电平，此时单片机从复位状态转为工作状态。复位，程序就从头开始运行。
  • 启动配置部分，H1 相当于开关的作用（拨码开关 / 插跳线帽），拨动开关就可以让 BOOT 引脚选择接 3.3v 还是 GND 了
  • 下载端口部分，若使用 STLINK 下载程序，需将 SWDIO 和 SWDLK 这两个引脚引出来方便接线，另外将 3.3v 和 GND 引出来

# 第一个工程的实现

  • 标准库（库函数）新建工程教程和方法实例：https://blog.csdn.net/m0_61712829/article/details/132369707

每次新建完工程之后要添加到积木箱并且把路径加到 C/C++ 的 defines 定义文件下中，否则会找不到头文件。
头文件搜索路径中，否则会找不到头文件。

USE_STDPERIPH_DRIVER

# 第一个外设 GPIO 的使用