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1. STM32学习 STM32综述

2023-05-16

  1. 什么是STM32

STM32是ST公司基于ARM Cortex-M内核开发的32位微控制器(MCU),学习使用的是STM32F1系列，内核为Cortex-M3。

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。

2. ARM

ARM既指ARM公司，也指ARM处理器内核。

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 。

3. STM32F103C8T6

•系列：主流系列STM32F1

•内核：ARMCortex-M3

•主频：72MHz

•RAM：20K（运行内存，实际存储介质是SRAM）

•ROM：64K（程序存储器，实际存储介质是Flash内存）

•供电：2.0~3.6V（标准3.3V）（区别于51单片机的5v）

•封装：LQFP48

4. ★片上资源/外设

其中NVIC 和 SysTick为位于内核里的外设，其他为内核外的外设。

  • NVIC：内核里面用于管理中断的设备，比如：配置终端优先级。

  • SysTick：内核里面的一个定时器，主要用来给操作系统提供定时服务，利用SysTick提供定时进行任务切换的功能。（本次学习主要用SysTick实现Delay函数的功能）。

  • RCC：复位和时钟控制，可以对系统的时钟进行配置，还可以使能各模块的时钟。在STM32中，其他的外设在上电的情况下默认是没有时钟的，不给时钟的情况下，操作设备是无效的，外设不会工作，这样的目的是降低功耗。所以在操作设备之前，必须先使能时钟，我们需要用RCC来完成使能。

注意：使能“使能”的第二个语义常见诸电子技术专业文献，与英文‘Enable’对应，意思是允许电子器件的某个管脚（引脚）、芯片或模块开启某个预设的功能、进入预设的状态。

  • GPIO：通用的IO口，我们可以用GPIO进行点灯，读取按键等。

  • AFIO：复用的IO口，完成复用功能端口的定义，还有中断端口的配置。

  • EXTI：外部中断，配置好外部中断后，当引脚有电平发生变化后，就可以触发中断，让CPU来处理任务。

  • TIM：定时器，分为高级定时器、通用定时器、基本定时器三种类型，不仅可以完成定时器终端的任务，还可以完成测绘率、生成PWM波形、配置成专用的编码器接口等功能。

  • ADC: 模数转换器，STM32内置了12位的AD转换器，可以直接读取IO口的模拟电压值，无需外部连接AD芯片。

  • DMA：直接内存访问，帮助CPU完成搬运大量数据这样的繁杂任务。

  • USART：同步或者异步串口。

  • UART: 异步串口。

  • I2C：基本通信协议。

  • SPI：基本通信协议。

  • CAN: 基本通信协议。

  • USB：基本通信协议。

  • RTC: 实时时钟，在STM32内部完成年月日、时分秒的计时功能，而且可以接外部电池，即使掉电也能正常工作。

  • CRC：CRC校验一种数据的校验方式，用于判断数据的正确性。

  • PWR: 电源控制，可以让芯片进入睡眠模式等状态，来达到圣殿目的。

  • BKP：备份寄存器，这是一段存储器，当系统掉电时，仍可以由备用电池保持数据，这个根据需要，可以完成一些特殊功能。

  • IWDG和WWDG时独立看门狗和窗口看门狗，当单片机因为电磁干扰司机或者程序设计不合理出现死循环时，看门狗可以及时复位芯片，保证系统的稳定。

  • DAC: 模数转换器，它可以在IO口直接输出模拟电压，是ADC模数转换的逆过程。

  • SDIO口： SD卡接口，可以用来读取SD卡。

  • FSMC：可变静态存储控制器，可用于扩展内存，或者配置成其他总线协议，用于某些硬件的操作。

  • USB OTG就是USB主机接口去读取其他USB设备。

5. STM32芯片的名命规则

所以STM32F103C8T6，是48脚，64K字节的闪存存储器，

LQFP封装，工业级温度范围：-40℃~85℃

注意：我们可以根据命名规则了解大致参数。

6. ★系统结构

我们分为4个部分来看

  • 内核引出三条总线，分别是ICode指令总线，DCode数据总线，System系统总线。

  • 内核引出的ICode指令总线和DCode数据总线，主要用来连接Flash闪存，Flash里面存储的是我们编写的程序，ICODE指令总线用来加载程序指令，DCode数据总线是用来加载数据的，比如常量和调试参数。

  • 内核引出的System总线连接到其他上面，例如SRAM(用于存储程序运行时其他变量数据)。

  • AHB系统总线：用来挂载主要的外设，AHB是指高性能总线，挂载是基本的或者性能比较高的外设，如复位、时钟控制，SDIO。

  • 与AHB系统总线相连的两个桥接，接到了APB2和APB1两个外设总线上。APB是先进外设总线，用于连接一般外设，因为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。

  • APB2的性能比APB1性能好，所以APB2连接的都是一般外设中稍微重要的部分，例如GPIO端口、1号外设（USART1、SPI1、TIM1）、TIM8、ADC、EXTI、AFIO等。其他2、3、4、5号外设加上DAC、PWR、BKP等接在APB1上。

  • DMA:DMA通过总线连接到总线矩阵上，它可以拥有和CPU一样的总线控制权，用于访问这些外设，转运其中数据。作用是大量数据搬运，防止数据覆盖。

7. ★芯片的引脚定义及功能

7.1 芯片引脚图示

左上角小黑点位置左边的引脚为1号引脚，然后逆时针依次排列直到48号引脚。

7.2 引脚名称以及功能

上图中：

  • 标记为红色为电源相关的引脚。

  • 标记为蓝色为最小系统相关的引脚。

  • 标记为绿色的是IO口、功能口相关的引脚

  • 类型一列中：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I/O口所能容忍的电压，FT代表它能容忍5V电压，没有FT只能容忍3.3V电压。

  • 主功能：默认上电后的功能，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：IO口上同时连接的外设功能引脚，这个配置IO口的时候可以选择是通用IO口还是复用功能。

  • 重定义功能：如何有两个功能同时复用在一个IO口上，而我们同时需要两个功能，那么我们可以把一个功能重映射到其他端口上。

7.3 引脚定义

  • 1号引脚VBAT: 备用电池供电引脚,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时钟和备份寄存器提供电源。

  • 2号引脚接 IO口/侵入检测/ RTC ：IO口可以根据程序输出读取高低平，侵入检测可以做安全保障功能。RTC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.号引脚IO口或者接32.768kHz的RTC晶振

  • 5、b 号引脚接系统的主晶振,一般为8MHz.芯片内有锁相环电路,对8MHz进行倍频,形成72MHz的频率，作为系统的主时钟。

  • 7号NRST是系统的复位引脚，N代表他是低电平复位。

  • 8、9号引脚是内部模拟部分的电源，如ADC, RC覆荡器等。VSS负疚，接GND。VDD是正极接3.3V.

  • 10-->19号引脚都是IO口, 其中PA0还兼具了WKUP的功能，用于唤醒外于待机模式的STM32。

  • 20号引脚是 B00T引脚, BOOT 用来配置启动模式。

  • 21、22 号引脚为IO口。

  • 23、24号引脚VSS_1、VDD_1为系统的主电源口，VSS为负极、VDD为正极。

  • 35 、36、47、48作用同上，采用分区供电方式。

  • 25-33号引脚为IO口。

  • 34号、27-->40号，都为IO口或者调试端口。

  • STM32支持SWD和JTAG两种调试方法。

  • SWD需要两根线分别是SWDIO和SWCLK。（ST-LINK）

  • JTAG需要5根线，分别是JTMS 、JTCK、 JTDI、 JTDO、 NJTRST。

  • 41-->43、 45-->46都为IO口。

  • 44号是BOOT0，用来做启动配置

8. STM32启动配置

注意：只有上电瞬间BOOT才有效

作用：指定程序开始运行的位置。

一般情况下，程序是在Flash程序存储器开始执行。

系统存储器是STM32中的一段BootLoader（接收串口数据，然后刷新到主闪存中）。

9. STM32最小系统电路

核心板原理图

STM32供电部分：主电源和模拟电源都连接了供电引脚，VSS都连接了GND，VDD都连接了3.3V，3.3V和GND之间一般都连接一个滤波电容，这个电容可以保证供电电压的稳定。

晶振电路：接了一个8MHz的主时钟晶振，STM32的主晶振一般都尉8MHz。8MHz经过内部锁相环倍频，得到72MHz的主频。晶振得两根引脚同个两个网络标号接到STM32的5、6号引脚。另外还需要接两个20pF电容，作为起震电容，电容的另一端接地即可。如果需要RTC功能的话，好需要再接一个32.768KHz的晶振（OSC32），电路接在3、4号引脚。

复位电路：电路由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，NRST为低电平复位，复位电路在上电的瞬间，电容是没有电的。电源通过电阻开始向电容充电，并且此时电容呈现短路状态，那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，所以上电瞬间的波形就是先低电平，然后逐渐高电平，低电平就可以提供STM32的上电复位信号。并且我们可以通过K1按键手动复位，按下按键，电容放电，并且NRST引脚也通过按键被直接接地了，这就相当于手动产生了低电平复位信号。按键松手后，NRST又回归为高电平，此时单片机就从复位状态转化为工作状态。

启动配置：H1相当于开关的作用，拨动开关就可以让BOOT引脚选择接3.3V还是GND。在我所使用的最小系统板上，使用的是跳线帽来充当开关功能，当跳线帽插在左边两个角时相当于接地，插在右边就相当于接3.3V。

下载端口：若使用ST-LNK下载程序，那么我们需要SWDIO和SWCLK这两个引脚引出来方便接线。另外需要引出3.3V和GND。

完

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STM32

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