STM32單片機簡介

1.基本情況

STM32單片機正如其名是32位微控制器，相較于51單片機的8位微控制器，性能會更好，但學習難度也會提高。

在stm32單片機中內核時核心部分，是ARM公司設計的，其在stm32單片機中占據極為重要的地位。(程序指令的執行，如+-*/運算都是在內核中完成的)相當于整個芯片的CUP。就像我們現在的電腦廠商一樣，可以拿著intel或AMD的CPU，自己完善外圍電路，這樣就可以退出自己品牌的電腦。STM32單片機也是類似，以ARM為內核，自己完善外圍電路做出的芯片都叫做基于ARM內核的芯片。

STM32單片機的常用領域：

智能車：STM32單片機做尋跡小車，讀取光電傳感器或者攝像頭的數據，然后驅動電機前進和轉彎。

無人機：STM32單片機讀取陀螺儀加速計的姿態數據，然后根據控制算法去控制電機的速度，從而保證飛機穩定飛行。

機器人：STM32單片機驅動舵機，去控制機器人的關節，然后讓機器人運動。

無線通信：STM32單片機連接上一連2.4G無線模塊或藍牙、WIFI模塊，這樣STM32的單片機就具備無線通信的能力。物聯網也可以借助這些無線模塊來通信（藍牙、WIFI、ZigBee等）。再通過STM32單片機驅動繼電器來控制220V電路的通斷。

工業控制：PLC。

娛樂電子產品：愛心流水燈等。

家族序列圖

STM32單片機分為四個系列：高性能系列、主流系列、超低功耗系列、無線系列。

下圖中有相關介紹：

目前最強的STM32單片機是STM32N6系列，STM32N6 基于運行頻率達 800MHz 的 Arm Cortex-M55 處理器，是單核架構。

目前博主只學習了主流系列，跟大家分享的也只跟主流系列有關。如果你學習了主流系列后，覺得性能不夠，可以繼續學習高性能系列；如果你對功耗特別敏感，推薦專攻超低功耗系列；如果想做無線通信電子產品，可以了解無線系列。因為它們都是一個家族的，所以換一個系列再學習的話也會比換別的新派你輕松很多。

2、ARM

ARM既指ARM公司，也指ARM處理器的內核。

ARM 公司本身不直接從事芯片生產，而是通過授權其設計的芯片架構給全球各地的半導體公司，由這些公司根據各自的應用領域進行開發和生產，ARM 則收取前期許可費和根據硅片生產量支付的版稅。這個也叫做知識產權提供商，簡單解釋就是負責設計提供但不生產實物。

下面展示一幅圖，其中由介紹ARM內核的相關信息：

右側藍色所表示的是經典的ARM處理器。

由圖可知，內核有三個系列：A、R、M，正如ARM公司的組成字母。

R、M系列用于嵌入式領域，A系列適用于高端應用型領域如手機領域(蘋果、高通、聯發科)。

R系列實時性(硬盤處理器)，M系列(單片機STM32領域),A系列(性能最高、發展最快的系列)。

ARM公司的內核非常多，遠不止圖上所示。想要更多了解可以另查資料，這里我就不多講了。

下面展示一款主流系列的芯片：

RAM：運行內存，實際的存儲介質是SRAM。

ROM：程序存儲器，實際的存儲介質是Flash閃存。

如圖供電電壓為2.0~3.3V，因此，如果供電電壓為5V時，需要加一個穩壓芯片，把電壓講到3.3V，再給STM32單片機供電。51單片機的供電電壓是5V。可不要弄混了。

封裝如圖，有48個引腳。

這款芯片的片上資源下圖展示：

片商資源又叫外設(Peripheral)。

主要學習內容。通過程序配置外設，來實現我們想要的功能。

表中，前兩個深顏色的，是位于Cortes-M3內核里面的外設，剩下的都是內核外的外設。

下面介紹這些外設相關的作用：

NVIC：內核里面用于管理中斷的設備，如配置中斷優先級這些東西。

SysTick：內核里的一個定時器，用來給實際操作系統提供定時服務的。

STM32單片機可以加入操作系統：FreeRTOS,UCOS等。

如果用這些操作系統，就需要SysTick提供定時器來進行任務切換的功能。

RCC：可對系統的時鐘進行配置，還有就是使能各模塊的時鐘。在STM32單片機中，其他的這些外設在上電的情況下默認是沒有時鐘的。不給時鐘的情況下，操作外設是無效的，外設也不會工作，這樣的目的是降低功耗。所以操作外設之前，必須要先使能它的時鐘，這就需要我們用RCC來完成時鐘的使能。

GPIO：通用的IO口，我們可以用GPIO來點燈，讀取按鍵等。這也是一個單片機最基本的功能。

AFIO：復用IO口，可以完成服用功能端口的重要定義，還有中斷端口的配置。

EXIT：外部中斷，配置好外部中斷后，當引腳有電平變化時，就可以觸發中斷，讓CPU來處理任務。

TIM：整個STM32單片機最常用，功能最多的外設，分為高級、通用、基本定時器三種模型。

其中高級定時器最復雜，通用定時器最常用。

它不僅可以完成定時中斷的任務，還可以完成測頻率，生成PWM波形。配置成專用的編碼器接口等功能。PWM波形就是我們電機驅動、舵機驅動最基本的要求了。

ADC：這個STM32單片機內置了12位的AD轉換器，可以直接讀取IO口的模擬電壓值，無需外部連接AD芯片，使用非常方便。

DMA：這個可以幫助CPU完成搬運大量數據這樣繁雜的任務。

USART：我們平常用的UART是異步串口的意思，這里的USART兩個都支持。分為異步、同步，實際用異步多。

I2C、SPI：非常常用的兩種通信協議。STM32單片機也內置了它們的控制器，可以用硬件來輸出時序波形，使用起來更高效，當然用通用IO口來模擬時序波形也是沒有問題的。

CAN、USB：也是通信協議，CAN運用于汽車領域，利用這個STM32USB的外設，可以做一個模擬鼠標，模擬U盤等設備。

RTC：在STM32單片機內部完成年月日，時分秒的計時功能。而且可以接外部備用電池，基石掉電也能正常運行。

CRC：一種數據的校驗方式，用于判斷數據的正確性。有這個外設的支持，進行CRC校驗就會更加方便一些。

PWR：可以讓芯片進入睡眠模式等狀態，來達到省電的目的。

BKP：這是一段存儲器，當系統掉電時，仍可由備用電池保持數據，這個根據需要，可以完成一些特殊功能。

IWDG、WWDG：是獨立看門狗和窗口看門狗。當單片機因為電磁干擾死機或者程序設計不合理出現死循環時，看門狗可及時復位芯片，保證系統的穩定。

DAC：它可以在IO口直接輸出模擬電壓，是ADC模數轉換的逆過程。

SDIO：可以用來讀取SD卡。

FSMC：可以用于擴展內存，或者配置成其他總線協議，用于某些硬件的操作。

USB OTG：用OTG功能，可以讓STM32單片機作為USB主機讀取其他USB設備。

那以上就是STM32F1系列所有外設的大致介紹了。

這是STM32F1系列的所有外設，并不是所有型號都擁有全部外設，比如我們這款C8T6芯片就沒有后面四個外設。

那具體有哪些外設？每個外設設有幾個呢？

我們還要看一下對應的數據手冊。

下面我放一張英文版的C8T6芯片的數據手冊，看一下它的外設資源表：

看到這幅圖的STM32F103Cx這一列，可以看到這個C8T6是64K閃存的，20K的SRAM，有3個通用定時器，1個高級定時器，沒有基本定時器。2個SPI，2個I^2C，3個USART，1個USB，1個CAN總線，37個IO口，2個10通道的12位ADC。在這個表里沒有出現的外設，你就要確認一下它是不是存在，要是操作了不存在的外設，那它是不會工作的。

3、芯片命名規則

看一下這個型號的每一位字母和數字代表的意義。

一般來說，引腳越多，外設越多。

4、系統結構

分為四部分，大致分布如圖：

加載數據(常量、調試數據等)。

ICode指令總線，Dcode數據總線，System系統總線。前兩個用來加載程序指令的主要用來連接Flash閃存。Flash閃存存儲的就是我們編寫的程序。

SRAM：用于存儲程序運行的變量數據。

AHB、SPIO：用于掛載主要的外設，掛載的一般是最基本或性能比較高的外設(復位、時鐘控制這些最基本的電路)。

5、引腳定義(重點)

這部分內容學習大概知道這個芯片是怎么使用的。

C8T6這個芯片的引腳序號和引腳名稱的示意圖：

左上角小黑點，代表它左邊的引腳是1號引腳。逆時針依次排列，知道48號引腳。

下面給大家展示這款芯片相關的引腳有哪些：

紅色代表電源相關，藍色代表最小系統相關，綠色代表IO口功能口。

類型：

S：電源；I：輸入；O：輸出；IO：輸入輸出。

IO口電平代表IO口所能容忍的電壓。有FT的，代表它能容忍5V的電壓。沒有FT的，容忍3.3V電壓。

如果沒有FT的需要接5V的電平，就需要加裝電平轉換電路了。

主功能就是上電后默認的功能，一般和引腳名稱相同。如果不同的話，引腳的實際功能是主功能而不是引腳名稱的功能。

默認復用功能就是IO口同時連接的外設功能引腳。這個配置IO口的時候可以選擇是通用IO口還是復用功能。

重定義功能：這個的作用是，如果有兩個功能同時復用在了一個IO口上，而你卻是需要用到這兩個功能，那你可以把其中一個復用功能重映射到其他端口上。當然前提是，這個重定義功能的表里有對應的端口。

VBAT：備用電池供電的引腳。可接3V電池。當系統電源斷電時，備用電池可以給內部的RTC時鐘和備份寄存器提供電源。

2號引腳是IO口或者侵入檢者或者RTC。

IO口可以根據程序輸出或讀取高低電平是最基本也是最常用的功能了。

侵入檢測可以用來做安全保障的功能。(你的產品安全性比較高，可以在外殼加一些防拆的觸點。然后接上電路到這個引腳上。若有強行拆開設備，那觸點斷開，這個引腳的電平變化就會觸發STM32的侵入信號，然后就會清理數據來保證安全。

RTC的引腳可以用來輸出RTC校準時鐘，RTC鬧鐘脈沖或者秒脈沖。

3、4號引腳是IO口或者接32、786Hz的RTC晶振。

5、6號引腳接系統的主晶振，一般是8MHz。然后芯片內部有鎖相環電路，可以對這個8MHz的頻率進行信頻。最終產生72MHz的頻率。作為系統的主時鐘，7號NRST是系統復位引腳，N代表它是低電平復位的。

8、9號引腳是內部模擬部分的電源，如ADC、RC振蕩器等。VSS是負極，接GND、VDD是正極，接3.3V.

10~19號引腳都是IO口，其中PAO還兼具了WKUP的功能。這個可以用于喚醒處于待機模式的STM32。

20號引腳是IO口或者BOOT1引腳。BOOT引腳是用來配置啟動模式的，另外這個IO口引腳名稱沒加粗。這是表示我推薦使用這些加粗的IO口，沒有加粗的IO口，可能需要進行配置，或者兼備其他功能，使用時需要留意一下。

21、22號也都是IO口。

23、24號的VSS_1(正極)和VDD_1(負極)是系統的主電源口。

另外，下面還有VSS_2、VDD_2、VSS_3、VDD_3。都是系統的主電源口。

這里STM32內部采用了分區供電的方式。所以供電口會比較多。在使用時，把VSS都接GND、VDD都接3.3V即可。

25~33號都是IO口。

34、27~40號。這些事IO口或者調試端口。

上面默認的主功能是調試端口。調試端口就是用來調試程序和下載程序的。

這個STM32需要2根線，分別是SWDIO和SWCLK。JTAG需要5根，分別是JTMS、JTCK、JTDI、JTDO、NJTRST。

我上面所講的都是使用STLINK來下載調試程序。STLINK用的是SWD的方式，所以只需要占用PAB和PA14這兩個IO口，在使用SWD的調試方式時，剩下的PA15、PB3、PB4可以切換為普通的IO口來使用，但要在程序中進行配置，不配置的華默認是不會用做IO口的。

41~43、45~46都是IO口。

剩下的44號引腳跟剛才介紹的BOOT1一樣，也是用來做啟動配置的。

這個表在數據手冊中也有，這些都是我在數據手冊中提取出來的，在后面會給出地址，方便大家查看。STM32F103C8T6 數據表， PDF - 全部數據表https://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=STM32F103C8T6

6、啟動配置

如圖是我們剛才看到BOOT0和BOOT1兩根引腳的功能。這個啟動配置的作用就是指定程序開始運行的位置。一般情況下，程序都是在Flash程序存儲器開始執行。但是在某些情況下，我們也可以讓程序在別的地方開始執行。用以方式完成特殊的功能。

BOOT0?按0->接地? ? ? ? ? ? ? ? BOOT1 x 不論結什么，啟動模式都是主閃存存儲器的模式最常用

1 接1就是接到3.3V電源正的意思 0?

這個不是很好理解，其實這個模式就是用來做串口下載的。系統存儲器村的就是STM32中的一段BOOtLoader程序。

作用是接受串口的數據，然后刷新到主閃存中，這樣就可以使用串口下載程序了。

一般我們需要串口下載程序的時候會配置到這個模式上。

那我們什么時候需要用到串口下載呢？可以看回到引腳定義表：

這5個是調試窗口，它們既可以用來下載程序，也可以作為普通IO口使用。

如果我們在程序中把這5個端口全部配置成了IO口，那就完了。因為這個芯片沒有調試端口，也就下載不了程序了，所以在你配置這幾個端口的時候要小心點，不要把它們全部都變成普通IO口了。

那如果全部變成IO口了，下載不進去程序了，這就需要用到串口的方式下載程序了。

如果想使用串口下載，就需要配置T1為0，T0為1.沒有STLINK、JLIK，可以用串口下載，多一種方式。

這個模式主要用來進行程序調試的，現階段用的比較少。

另外解釋一下上面那幅圖的最后一句話：BOOT引腳的值是在上電復位后的一瞬間有效的，之后就隨便了。

想讓STM32正常工作，那么首先就需要把電源部分和最小系統部分的電源連接好，也就是引腳定義表中標紅藍色的部分。

7、最小系統電路

STM32 最小系統電路主要由電源電路、時鐘源電路、BOOT 啟動電路、調試接口電路和復位電路這五部分組成，以下是各部分的詳細介紹：
電源電路
作用：為 STM32 芯片提供穩定的電源，確保芯片能夠正常工作。STM32 芯片通常需要 3.3V 的電源電壓，電源電路負責將外部輸入的電源轉換為芯片所需的穩定電壓，并進行濾波等處理，以減少電源噪聲對芯片的影響。
設計要點：通常采用線性穩壓器或開關穩壓器來實現電源轉換。如使用 AMS1117-3.3V 等線性穩壓芯片，將輸入的 5V 或其他電壓轉換為 3.3V。同時，需要在電源輸入端和芯片電源引腳處連接多個濾波電容，如 10uF 的鉭電容和 100nF 的陶瓷電容，以濾除不同頻率的噪聲信號，靠近芯片引腳放置電容，以提高濾波效果。
時鐘源電路
作用：為 STM32 芯片提供時鐘信號，時鐘信號是芯片內部各個部件同步工作的基準，決定了芯片的運行速度和時序節奏。
設計要點：可以選擇內部時鐘源或外部時鐘源。內部時鐘源一般是 RC 振蕩器，精度較低但成本低、功耗小；外部時鐘源通常采用石英晶振，精度高、穩定性好。如常用的 8MHz 外部晶振，為系統提供穩定的時鐘基準。在使用外部晶振時，需要在晶振兩端連接兩個起振電容，電容值一般在 10pF-40pF 之間，還可在晶振輸入輸出引腳之間加一個 1M 的電阻，產生負反饋，保證放大器工作在高增益的線性區，同時起到限流作用。
BOOT 啟動電路
作用：用于選擇 STM32 芯片的啟動模式，不同的啟動模式決定了芯片從何處讀取啟動代碼和數據。
設計要點：STM32 芯片有三種啟動模式，由 BOOT0 和 BOOT1 引腳在復位時的狀態決定。一般情況下，如果使用 JTAG 或 SWD 調試下載程序，會將程序下載到閃存里，可直接將 BOOT0 引腳通過一個 10K 電阻下拉接地，BOOT1 引腳置為低電平或懸空。
調試接口電路
作用：用于將計算機中的程序代碼下載到 STM32 芯片中，并對芯片進行調試和仿真，方便開發人員對程序進行調試和優化。
設計要點：常用的調試下載方式有 JTAG 和 SWD 兩種。現在一般采用 SWD 調試接口，只需要將 SWCLK（時鐘信號）、SWDIO（數據輸入輸出信號）、GND（接地）、3.3V（電源）引腳引出即可與調試器連接。不需要添加外部上拉或下拉電阻，因為 STM32 內部已經集成了相應的電阻。
復位電路
作用：將 STM32 芯片的內部電路恢復到初始狀態，確保芯片在啟動或出現異常時能夠正常初始化和運行。
設計要點：STM32 有三種復位方式，分別是系統復位、電源復位和后備域復位。常用的是電源復位方式，通過一個按鍵和一個電容組成的電路來實現。當按下按鍵時，將芯片的 RST 引腳拉低，產生外部復位信號，使芯片進入復位狀態；當按鍵松開后，電容充電，RST 引腳電位逐漸升高，復位結束，芯片開始正常運行。一般選擇 100nF 的電容，以保證 RST 引腳低電平持續的時間滿足芯片復位的最小脈寬要求。