一、实验器材介绍

二、STM32简介

1.STM32 名词解释

STM32是ST公司基于ARM Cortex-M内核开发的32位微控制器。

• ST，指ST公司（意法半导体）;
• M，MicroController 微控制器（MCU,MicroController Unit 微控制器单元/单片机）；
• 32，32位的单片机；
  表示CPU一次可以处理32位数据宽度，即4个字节（现在电脑大多数都是64位）；
  这也决定了CPU能直接处理的最大内存地址空间是2^32字节（4GB），也意味着32位CPU最多只能利用4GB的RAM，即使物理上安装了更多的内存，也无法全部访问；
• ARM Cortex-M内核，即STM32的内部核心部分（包括CPU），由ARM公司设计的；
  ARM公司设计内核，芯片厂商完善外围电路，生产芯片。这些芯片，都叫做基于arm内核的芯片；

2.STM32在嵌入式领域的应用

• 智能车：例如寻迹小车：读取光电传感器或者摄像头的数据，然后驱动电机前进和转弯；
• 无人机：读取陀螺仪加速度计的姿态数据，根据控制算法去控制电机的速度，从而保证飞机稳定飞行；
• 机器人：驱动舵机来控制机器人的关节，让机器人运动；
• 无线通信/物联网：连接2.4G、蓝牙、WiFi、Zigebee、4G等无线通信模块；
• 工业控制：PLC，Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境应用而设计。被广泛应用于制造业和过程工业中，用来自动化控制机械流程和设备；
• 娱乐电子产品：穿戴电子产品、玩具；
• STM32功能强大、性能优异、片上资源丰富、功耗低、是一款经典的嵌入式微控制器；

3.STM32系列产品

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4.ARM介绍

• ARM既指ARM公司，也指ARM处理器内核；
• ARM公司是全球领先的半导体知识产权(IP，intellectual property，知识产权）提供商，即只设计芯片，不生产芯片。全世界超过95%的智能手机和平板电脑都采用ARM架构；
• ARM公司设计ARM内核，半导体厂商完善内核周边电路并生产芯片；
  
• ARM系列内核
  

5.课程使用的STM32（STM32F103C8T6）芯片介绍

• 参数介绍
  • 系列：STM32F1主流系列；
  • 内核：ARM Cortex-M3内核；
  • 主频：最大72MHz；
  • RAM（运行内存）：20K(实际存储介质：SRAM);
  • ROM（程序存储器）：64K（实际存储介质：Flash）；
  • 供电电压：2.0~3.6V（标准3.3V）【注意：USB输出电压是5V，不能直接给STM32供电，需要加一个稳压芯片，把电压降到3.3V，再给STM32供电】
  • 封装：LQFP48，共48个引脚，如下图所示：
    

6.STM32的片上资源/外设（Peripheral）

（注意：以下外设为STM32F1整个系列的所有外设，并不是所有型号都拥有全部外设，具体型号拥有的外设需要查询对应的数据手册）

• 片上外设的概念
  • 片上外设/片内外设：芯片内部的外设；
  • 片外外设：芯片外部的外设；
    

• NVIC，Nested Vectored Interrupt Controller，嵌套向量中控制器。内核里用于管理中断的设备，比如配置中断优先级等。
• SysTick,系统滴答定时器。主要用来给操作系统提供定时服务的。STM32可以加入Free RTOS、RT-Thread、Ucos等实时操作系统，当加入这些操作系统时就需要SysTick提供定时来进行任务切换的功能。
• RCC，Reset and Clock Control，复位和时钟控制。 STM32中其他的外设在上电后默认是不开启时钟的，此时操作外设是无效的（这样能降低功耗，所以在使用外设之前，需要先用RCC开启对应的时钟）。
• GPIO, General-purpose I/O，通用IO（Input/Output，输入/输出）。可以用来电灯和读取按键。
• AFIO，Alternate functions I/O, 复用IO。用来完成复用端口的重定义和中断端口的配置。
• EXTI，External Interrupt ，外部中断。配置好外部中断后，当引脚的电平按照中断触发条件变化时，就会触发中断，来让CPU处理对应的情况。
• TIM,Timer,定时器。STM32中最常用，功能最多的外设，分为基本定时器、通用定时器和高级定时器三种类型。高级定时器最复杂，通用定时最常用。这两种定时器都可以完成定时中断、测频率、生成PWM波形、配置成专用的编码器接口等功能。
• ADC, Analog to Digital Converter，模数转换器。STM32内置了12位的ADC，可以直接读取IO口的模拟电压值，无需外部连接ADC芯片。
• DMA,Direct Memory Access，直接内存访问。可以帮助CPU完成搬运大量数据的繁杂任务。
• USART，Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter，通用同步异步收发器。既支持同步串口也支持异步串口，实际中使用异步串口比较多。
• I2C,Inter-Integrated Circuit,集成电路间通信。实现集成电路（IC/芯片）间以半双工串行方式通信的设备。
• SPI,Serial Peripheral Interface,串行外设接口。实现集成电路（IC/芯片）间以全双工串行方式通信的设备。
• CAN,Controller Area Network，控制器局域网。一般用于汽车领域。
• USB,Universal Serial Bus,通用串行总线。可以用该设备做一个模拟鼠标、模拟U盘等设备。
• RTC,Real Time Clock,实时时钟。实现年月日、时分秒的计时功能。需要接外部电池，即使掉电也能正常运行。
• CRC，Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验。一种数据校验的方式，来判断数据的正确性。
• PWR, Power Control, 功率控制。可以让芯片进入睡眠模式等状态，来实现省电/低功耗的目的.
• BKP, Bakup registers,备份寄存器。一段存储器，当系统掉电时，这段存储器由备用电池供电，保持数据。
• IWDG,Independent WatchDog,独立看门狗。
• WWDG，Window WatchDog,窗口看门狗。
  当单片机因为程序干扰死机或程序设计不合理出现死循环时，看门狗可以及时复位新芯片，保证系统的稳定。
• DAC,Digital-to-Analog Converter，数模转换器。可以在IO口直接输出模拟电压。
• SDIO,Secure digital input/output interface,安全数据输入/输出接口，即SD卡接口。可以用来读取SD卡。
• FSMC, Flexible static memory controller, 可变静态存储控制器。用于扩展内存或配置成其他总线协议，来操作某些硬件。
• USB OTG，USB On-The-GO，USB主机接口。一种USB接口标准，允许设备在不需要计算机的情况下直接连接和交换数据。即可以让STM32作为主机去读取其他USB设备。

7.STM32的命名规则

8.STM32系统结构

9.STM32F103C8T6引脚定义

在使用一款芯片时，一般需要先着重地看一下其引脚定义。

• 引脚划分
  • 橙色的是电源相关的引脚：
  • 蓝色的是最小系统相关的引脚；
  • 绿色的是IO口、功能口相关的引脚；
• 表头介绍
  • 引脚号和引脚名称：
    与芯片引脚一一对应；
  • 类型：
    S：代表电源；
    I：代表输入；O：代表输出；I/O：代表输入/输出；
  • I/O口电平：代表IO口所能容忍的电压；
    有FT（Five Tolerate），代表能容忍5V的电压；没有FT，代表只能容忍3.3V电压；
    如果没有FT需要接5V的电平，就需要加装电平转换电路；
  • 主功能：
    一般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，引脚的实际功能就
    是主功能，而不是引脚名称对应的功能。
  • 默认复用功能：
    IO口上同时连接的外设功能引脚：
  • 重定义功能：
    如果两个都需要使用的功能同时连接在同一个IO口上，可以把其中一个功能重映射到其他的端口上（前提是重定义功能的表里有对应的端口）；
• 具体引脚介绍
  • pin1:VBAT
    备用电池供电引脚。该引脚可以接一个3V的电池，当系统电源断电时，备用电池可以给内部的RTC时钟和备份寄存器供电。
  • pin2:PC13-TAMPER_RTC
    • 普通IO口，输出或读取对应引脚的高低电平；
    • tamper（篡改）用来做入侵检测，实现安全保障功能。当产品的安全性要求比较高时，可以在外壳上加一些防拆的触点，然后把这些触电接到这个引脚上。如果有人强拆设备，触点断开，这个引脚的电平变化，就会触发STM32的入侵信号，STM32就会清空数据来保证安全。
  • pin3~pin4:PC14-OSC32_IN、PC15-OSC32_OUT
    • 普通IO口：
    • 接32.768KHZ的RTC晶振；（32.768K = 2^{15,内部RTC电路经过2}15次方分频,就可以产生1HZ的时间信号了）
  • pin5~pin6:OSC_IN、OSC_OUT
  • 接系统的主时钟，一般是8MHZ。（芯片内部有锁相环电路可以对8MHZ的频率进行倍频，最终产生72MHZ的频率，作为系统的主时钟）
  • pin7:NRST
    系统复位引脚，N代表是低电平复位。
  • pin8~pin9:VSSA、VDDA
    内部模拟部分的供电引脚，比如：ADC，RC振荡器等。
    VSS是负极，接GND；VDD是正极，接3.3V；
  • pin10~ pin19:PA0~ PA7、PB0~PB1;
    普通IO口；
    其中PA0还兼具了WKUP功能（可以用来唤醒处于待机模式的STM32）；
  • pin20、pin44:PB2/BOOT1、BOOT2
    普通IO、BOOT1引脚；
    BOOT2引脚；
    【BOOT引脚用来配置启动模式】
  • pin21~pin22
    普通IO；
  • pin23、pin24;pin35、pin36;pin47、pin48：VSS_1、VDD_1；VSS_2、VDD_2；VSS_3、VDD_3；
    这些都是系统的主电源口。STM32内部采用了分区供电的方式，在使用时，把VSS接GND，VDD接3.3V即可。
  • pin25~ pin33:PB12~ PB15;PA8 ~PA12;
    普通IO；
  • pin34、pin37~pin40:
    • 普通IO；
    • 调试端口；（默认的主功能都是调试端口，用来调试程序或下载程序）
      • STM32支持SWD和JTAG两种调试方式。
        • SWD需要两根线，分别是SWDIO和SWDCLK；
        • JTAG需要5根线，分别是JTMS、JTCK、JTDI、JTDO、NJTRST；
          【教程中使用STLINK来下载和调试程序，STLINK用的是SWD的方式，只需要使用PA13、PA14两个端口，剩下的PA15、PB3、PB4可以在程序中配置为普通IO口来使用】
  • pin41~ pin43:PB5~PB7
    普通IO；
  • pin45、pin46:PB8~PB9
    普通IO；

10.STM32的启动配置

启动配置，即指定程序开始运行的位置，一般程序都是在Flash程序存储器（主闪存存储器）开始执行的。

• BOOT1接0（接GND），BOOT0接x（无论BOOT1接什么都可以）
  启动模式都是主闪存存储器模式，这时候主闪存存储器被选为启动区域，也就是正常的执行Flash闪存里面的程序，这种模式是最常用的模式，一般情况下都是这个配置。
• BOOT1接0，BOOT0接1（接3.3V）
  启动模式是系统存储器模式，这时候系统存储器被选为启动区域。这个模式就是用来做
  串口下载用的（系统存储器中存的是STM32中的一段BootLoader程序，用来接收串口的数据，然后刷新到主闪存中。）
  一般使用串口下载时，就需要配置成该模式。（当把下载SWD和JTAG的调试端口全部配置成IO口时，就不能使用SWD和JTAG的方式下载程序了，此时就需要使用串口来下载程序；如果没有STLINK和JTLINK，也可以使用串口来下载程序）
• BOOT1接1，BOOT0接1
  启动模式是内置SRAM模式，这时候内置RAM被选为启动区域。这个模式主要用来程序调试的，用的比较少。
  【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。】

11.STM32的最小系统

如果要STM32正常工作，就需要把电源部分和最小系统部分的电路连接好。单片机只有一个芯片是无法工作的，需要连接最基本的电路才能正常工作，这个最基本的电路就叫做最小系统电路。