一、實驗器材介紹

二、STM32簡介

1.STM32 名詞解釋

STM32是ST公司基于ARM Cortex-M內核開發的32位微控制器。

• ST，指ST公司（意法半導體）;
• M，MicroController 微控制器（MCU,MicroController Unit 微控制器單元/單片機）；
• 32，32位的單片機；
  表示CPU一次可以處理32位數據寬度，即4個字節（現在電腦大多數都是64位）；
  這也決定了CPU能直接處理的最大內存地址空間是2^32字節（4GB），也意味著32位CPU最多只能利用4GB的RAM，即使物理上安裝了更多的內存，也無法全部訪問；
• ARM Cortex-M內核，即STM32的內部核心部分（包括CPU），由ARM公司設計的；
  ARM公司設計內核，芯片廠商完善外圍電路，生產芯片。這些芯片，都叫做基于arm內核的芯片；

2.STM32在嵌入式領域的應用

• 智能車：例如尋跡小車：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：讀取陀螺儀加速度計的姿態數據，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：驅動舵機來控制機器人的關節，讓機器人運動；
• 無線通信/物聯網：連接2.4G、藍牙、WiFi、Zigebee、4G等無線通信模塊；
• 工業控制：PLC，Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器，一種數字運算操作的電子系統，專為工業環境應用而設計。被廣泛應用于制造業和過程工業中，用來自動化控制機械流程和設備；
• 娛樂電子產品：穿戴電子產品、玩具；
• STM32功能強大、性能優異、片上資源豐富、功耗低、是一款經典的嵌入式微控制器；

3.STM32系列產品

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4.ARM介紹

• ARM既指ARM公司，也指ARM處理器內核；
• ARM公司是全球領先的半導體知識產權(IP，intellectual property，知識產權）提供商，即只設計芯片，不生產芯片。全世界超過95%的智能手機和平板電腦都采用ARM架構；
• ARM公司設計ARM內核，半導體廠商完善內核周邊電路并生產芯片；
  
• ARM系列內核
  

5.課程使用的STM32（STM32F103C8T6）芯片介紹

• 參數介紹
  • 系列：STM32F1主流系列；
  • 內核：ARM Cortex-M3內核；
  • 主頻：最大72MHz；
  • RAM（運行內存）：20K(實際存儲介質：SRAM);
  • ROM（程序存儲器）：64K（實際存儲介質：Flash）；
  • 供電電壓：2.0~3.6V（標準3.3V）【注意：USB輸出電壓是5V，不能直接給STM32供電，需要加一個穩壓芯片，把電壓降到3.3V，再給STM32供電】
  • 封裝：LQFP48，共48個引腳，如下圖所示：
    

6.STM32的片上資源/外設（Peripheral）

（注意：以下外設為STM32F1整個系列的所有外設，并不是所有型號都擁有全部外設，具體型號擁有的外設需要查詢對應的數據手冊）

• 片上外設的概念
  • 片上外設/片內外設：芯片內部的外設；
  • 片外外設：芯片外部的外設；
    

• NVIC，Nested Vectored Interrupt Controller，嵌套向量中控制器。內核里用于管理中斷的設備，比如配置中斷優先級等。
• SysTick,系統滴答定時器。主要用來給操作系統提供定時服務的。STM32可以加入Free RTOS、RT-Thread、Ucos等實時操作系統，當加入這些操作系統時就需要SysTick提供定時來進行任務切換的功能。
• RCC，Reset and Clock Control，復位和時鐘控制。 STM32中其他的外設在上電后默認是不開啟時鐘的，此時操作外設是無效的（這樣能降低功耗，所以在使用外設之前，需要先用RCC開啟對應的時鐘）。
• GPIO, General-purpose I/O，通用IO（Input/Output，輸入/輸出）。可以用來電燈和讀取按鍵。
• AFIO，Alternate functions I/O, 復用IO。用來完成復用端口的重定義和中斷端口的配置。
• EXTI，External Interrupt ，外部中斷。配置好外部中斷后，當引腳的電平按照中斷觸發條件變化時，就會觸發中斷，來讓CPU處理對應的情況。
• TIM,Timer,定時器。STM32中最常用，功能最多的外設，分為基本定時器、通用定時器和高級定時器三種類型。高級定時器最復雜，通用定時最常用。這兩種定時器都可以完成定時中斷、測頻率、生成PWM波形、配置成專用的編碼器接口等功能。
• ADC, Analog to Digital Converter，模數轉換器。STM32內置了12位的ADC，可以直接讀取IO口的模擬電壓值，無需外部連接ADC芯片。
• DMA,Direct Memory Access，直接內存訪問。可以幫助CPU完成搬運大量數據的繁雜任務。
• USART，Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter，通用同步異步收發器。既支持同步串口也支持異步串口，實際中使用異步串口比較多。
• I2C,Inter-Integrated Circuit,集成電路間通信。實現集成電路（IC/芯片）間以半雙工串行方式通信的設備。
• SPI,Serial Peripheral Interface,串行外設接口。實現集成電路（IC/芯片）間以全雙工串行方式通信的設備。
• CAN,Controller Area Network，控制器局域網。一般用于汽車領域。
• USB,Universal Serial Bus,通用串行總線。可以用該設備做一個模擬鼠標、模擬U盤等設備。
• RTC,Real Time Clock,實時時鐘。實現年月日、時分秒的計時功能。需要接外部電池，即使掉電也能正常運行。
• CRC，Cyclic Redundancy Check，循環冗余校驗。一種數據校驗的方式，來判斷數據的正確性。
• PWR, Power Control, 功率控制。可以讓芯片進入睡眠模式等狀態，來實現省電/低功耗的目的.
• BKP, Bakup registers,備份寄存器。一段存儲器，當系統掉電時，這段存儲器由備用電池供電，保持數據。
• IWDG,Independent WatchDog,獨立看門狗。
• WWDG，Window WatchDog,窗口看門狗。
  當單片機因為程序干擾死機或程序設計不合理出現死循環時，看門狗可以及時復位新芯片，保證系統的穩定。
• DAC,Digital-to-Analog Converter，數模轉換器。可以在IO口直接輸出模擬電壓。
• SDIO,Secure digital input/output interface,安全數據輸入/輸出接口，即SD卡接口。可以用來讀取SD卡。
• FSMC, Flexible static memory controller, 可變靜態存儲控制器。用于擴展內存或配置成其他總線協議，來操作某些硬件。
• USB OTG，USB On-The-GO，USB主機接口。一種USB接口標準，允許設備在不需要計算機的情況下直接連接和交換數據。即可以讓STM32作為主機去讀取其他USB設備。

7.STM32的命名規則

8.STM32系統結構

9.STM32F103C8T6引腳定義

在使用一款芯片時，一般需要先著重地看一下其引腳定義。

• 引腳劃分
  • 橙色的是電源相關的引腳：
  • 藍色的是最小系統相關的引腳；
  • 綠色的是IO口、功能口相關的引腳；
• 表頭介紹
  • 引腳號和引腳名稱：
    與芯片引腳一一對應；
  • 類型：
    S：代表電源；
    I：代表輸入；O：代表輸出；I/O：代表輸入/輸出；
  • I/O口電平：代表IO口所能容忍的電壓；
    有FT（Five Tolerate），代表能容忍5V的電壓；沒有FT，代表只能容忍3.3V電壓；
    如果沒有FT需要接5V的電平，就需要加裝電平轉換電路；
  • 主功能：
    一般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，引腳的實際功能就
    是主功能，而不是引腳名稱對應的功能。
  • 默認復用功能：
    IO口上同時連接的外設功能引腳：
  • 重定義功能：
    如果兩個都需要使用的功能同時連接在同一個IO口上，可以把其中一個功能重映射到其他的端口上（前提是重定義功能的表里有對應的端口）；
• 具體引腳介紹
  • pin1:VBAT
    備用電池供電引腳。該引腳可以接一個3V的電池，當系統電源斷電時，備用電池可以給內部的RTC時鐘和備份寄存器供電。
  • pin2:PC13-TAMPER_RTC
    • 普通IO口，輸出或讀取對應引腳的高低電平；
    • tamper（篡改）用來做入侵檢測，實現安全保障功能。當產品的安全性要求比較高時，可以在外殼上加一些防拆的觸點，然后把這些觸電接到這個引腳上。如果有人強拆設備，觸點斷開，這個引腳的電平變化，就會觸發STM32的入侵信號，STM32就會清空數據來保證安全。
  • pin3~pin4:PC14-OSC32_IN、PC15-OSC32_OUT
    • 普通IO口：
    • 接32.768KHZ的RTC晶振；（32.768K = 2^{15,內部RTC電路經過2}15次方分頻,就可以產生1HZ的時間信號了）
  • pin5~pin6:OSC_IN、OSC_OUT
  • 接系統的主時鐘，一般是8MHZ。（芯片內部有鎖相環電路可以對8MHZ的頻率進行倍頻，最終產生72MHZ的頻率，作為系統的主時鐘）
  • pin7:NRST
    系統復位引腳，N代表是低電平復位。
  • pin8~pin9:VSSA、VDDA
    內部模擬部分的供電引腳，比如：ADC，RC振蕩器等。
    VSS是負極，接GND；VDD是正極，接3.3V；
  • pin10~ pin19:PA0~ PA7、PB0~PB1;
    普通IO口；
    其中PA0還兼具了WKUP功能（可以用來喚醒處于待機模式的STM32）；
  • pin20、pin44:PB2/BOOT1、BOOT2
    普通IO、BOOT1引腳；
    BOOT2引腳；
    【BOOT引腳用來配置啟動模式】
  • pin21~pin22
    普通IO；
  • pin23、pin24;pin35、pin36;pin47、pin48：VSS_1、VDD_1；VSS_2、VDD_2；VSS_3、VDD_3；
    這些都是系統的主電源口。STM32內部采用了分區供電的方式，在使用時，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；
    • 調試端口；（默認的主功能都是調試端口，用來調試程序或下載程序）
      • STM32支持SWD和JTAG兩種調試方式。
        • SWD需要兩根線，分別是SWDIO和SWDCLK；
        • JTAG需要5根線，分別是JTMS、JTCK、JTDI、JTDO、NJTRST；
          【教程中使用STLINK來下載和調試程序，STLINK用的是SWD的方式，只需要使用PA13、PA14兩個端口，剩下的PA15、PB3、PB4可以在程序中配置為普通IO口來使用】
  • pin41~ pin43:PB5~PB7
    普通IO；
  • pin45、pin46:PB8~PB9
    普通IO；

10.STM32的啟動配置

啟動配置，即指定程序開始運行的位置，一般程序都是在Flash程序存儲器（主閃存存儲器）開始執行的。

• BOOT1接0（接GND），BOOT0接x（無論BOOT1接什么都可以）
  啟動模式都是主閃存存儲器模式，這時候主閃存存儲器被選為啟動區域，也就是正常的執行Flash閃存里面的程序，這種模式是最常用的模式，一般情況下都是這個配置。
• BOOT1接0，BOOT0接1（接3.3V）
  啟動模式是系統存儲器模式，這時候系統存儲器被選為啟動區域。這個模式就是用來做
  串口下載用的（系統存儲器中存的是STM32中的一段BootLoader程序，用來接收串口的數據，然后刷新到主閃存中。）
  一般使用串口下載時，就需要配置成該模式。（當把下載SWD和JTAG的調試端口全部配置成IO口時，就不能使用SWD和JTAG的方式下載程序了，此時就需要使用串口來下載程序；如果沒有STLINK和JTLINK，也可以使用串口來下載程序）
• BOOT1接1，BOOT0接1
  啟動模式是內置SRAM模式，這時候內置RAM被選為啟動區域。這個模式主要用來程序調試的，用的比較少。
  【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。】

11.STM32的最小系統

如果要STM32正常工作，就需要把電源部分和最小系統部分的電路連接好。單片機只有一個芯片是無法工作的，需要連接最基本的電路才能正常工作，這個最基本的電路就叫做最小系統電路。