代码收藏家 深入了解STM32单片机的基本概念和应用
文章目录
一、单片机简介
单片机是什么？
单片机：Single-Chip Microcomputer，单片微型计算机，是一种集成电路芯片。
下面是电脑与单片机的对应关系：
单片机的特点？
单片机有什么用？
单片机发展历程？
了解两种指令集？
| 对比项 | 复杂指令集计算机（CISC） | 精简指令集计算机（RISC） |
|---|---|---|
| 目的 | 为了便于编程和提高存储器访问效率 | 为了提高处理器运行速度 |
| 指令特点 | 1，指令多，模式多，格式可变 2，指令的执行需要的时钟周期差距很大 3，无流水线或流水线程度较低 4，指令由微代码翻译执行 |
1，指令少，模式少，格式固定 2，大多数指令只需1个时钟周期 3，流水线结构 4，指令直接由硬件执行 |
| 优点 | 1，指令丰富、功能强大 2，寻址方式灵活 |
1，指令精简，易于设计，使用率均衡 2，程序执行效率高 |
| 缺点 | 1，指令使用率不均衡 2，不利于采用先进结构提高性能 3，结构复杂不利于超大规模集成电路实现 |
1，指令数较少，功能不及CISC强大 2，寻址方式不够灵活 |
使用CISC和RISC举例：
冯诺依曼结构和哈弗结构的区别？
冯诺依曼结构的优点是占用的资源少，哈弗结构的优点是执行效率较高。
二、Cortex-M系列介绍
ARM公司：只做内核设计和IP授权，不参与芯片设计。
ARM架构为什么能风靡全球？
- 低功耗、低成本、高性能
- 支持16/32位双指令集
- 拥有众多合作伙伴
Cortex内核分类及特征？
| 对比项 | Cortex-A (Application) |
Cortex-R （Real-time） |
Cortex-M （Microcontroller） |
|---|---|---|---|
| 特点 | 高时钟频率，长流水线，高性能 | 较高时钟频率，较长的流水线，实时性强 | 时钟频率较低，通常较短的流水线，超低功耗 |
| 应用场景 | 移动计算、智能手机、平板电脑、数字电视 | 军工、汽车电子、无线基带、硬盘控制器 | 工控、传感器、消费电子、家用电器、医疗器械 |
三、初识STM32
STM32是什么？
ST：意法半导体， M：MCU/MPU，32：32位
STM32命名规则？
四、STM32原理图设计
芯片的基本参数（STM32F103ZET6）
| 参数 | 范围 |
|---|---|
| 主频 | 72MHz |
| FLASH | 512KB |
| SRAM | 64KB |
| 工作电压 | 2.0~3.6V |
| 最大电流 | 150mA |
| IO引脚接入电压范围 | COMS端口：-0.3V ~ 3.6V 兼容5V端口：-0.3V ~ 5.5V |
| 单个IO引脚最大电流 | 25mA |
STM32F103ZET6引脚分布
STM32引脚类型：电源引脚、晶振引脚、复位引脚、下载引脚、BOOT引脚、GPIO引脚。
单片机最小系统？
最小系统：保证MCU正常工作的最小电路组成单元
电源电路
复位电路
BOOT启动电路
晶振电路
下载调试电路
五、搭建开发环境
常用开发工具
| 工具 | 名称 | 所属公司 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 集成开发环境(IDE) | MDK | Keil | STM32最常用的集成开发环境，简单易用 |
| EWARM | IAR | 支持STM32开发，用的人少一些 | |
| 仿真器 | DAP | ARM | 开源、免驱、带虚拟串口功能、速度快、廉价 |
| STLINK | ST | 支持全面、稳定、廉价 | |
| JLINK | Segger | 稳定、高速、价格贵 | |
| 串口调试助手 | XCOM | 正点原子 | 功能多、稳定、简单易用 |
| SSCOM | 丁丁 | 稳定、小巧、简单易用 |
STM32串口和电脑USB通信示意图？
六、STM32初体验
MDK5编译例程
使用MDK5编译例程，在Program Size里面有四种数据类型，Code、 RO-Data、RW-Data、ZI-Data
| 数据类型 | 占用Flash or SRAM | 说明 |
|---|---|---|
| Code | Flash | 代码 |
| RO-Data | Flash | 只读数据，一般是指 const 修饰的数据 |
| RW-Data | Flash and SRAM | 初值为 非 0 的可读可写数据 |
| ZI-Data | SRAM | 初值为 0 的可读可写数据 |
DAP下载
电路连接
硬件连接
软件配置
配置ST-Link
设置下载算法
开始调试
- 复位：其功能等同于硬件上按复位按钮。相当于实现了一次硬复位。按下该按钮之后，代码会重新从头开始执行。
- 执行到断点处：该按钮用来快速执行到断点处，有时候你并不需要观看每步是怎么执行的，而是想快速的执行到程序的某个地方看结果，这个按钮就可以实现这样的功能，前提是你在查看的地方设置了断点。
- 停止运行：此按钮在程序一直运行的时候会变为有效，通过按该按钮，就可以使程序停止下来，进入到单步调试状态。
- 执行进去：该按钮用来实现执行到某个函数里面去的功能，在没有函数的情况下，是等同于执行过去按钮的。
- 执行过去：在碰到有函数的地方，通过该按钮就可以单步执行过这个函数，而不是进入这个函数单步执行。
- 执行出去：该按钮是在进入了函数单步调试的时候，有时候可能不必再执行该函数的剩余部分了，通过该按钮就可以一步执行完该函数的剩余部分，并跳出函数，回到函数被调用的地方。
- 执行到光标处：该按钮可以迅速的使程序运行到光标处，其实是挺像执行到断点处按钮功能，但是两者是有区别的。断点可以有多个，但是光标所在处只有一个。
- 反汇编窗口：通过该按钮，就可以查看汇编代码，可以用来分析程序。
- Call Stack窗口：通过该按钮，显示调用关系和局部变量窗口，显示当前函数的调用关系和局部变量，方便查看，对分析程序非常有用。
- 观察窗口：MDK5提供了2个观察窗口，该按钮按下，会弹出一个显示变量的窗口，输入你所想要观察的变量/表达式，即可查看其值，是很常用的一个调试窗口。
- 内存查看窗口：MDK5提供4个内存查看窗口，该按钮按下，会弹出一个内存查看窗口，可以再里面输入你要查看的内存地址，然后观察这一片内存的变化情况。是很好用的调试窗口。
- 串口打印窗口：MDK5提供4个串口打印窗口，该按钮按下，会弹出一个类似串口调试助手界面的窗口，用来显示从串口打印出来的内容。
- 系统分析窗口：图标下面有6个选项，我们一般用第一个，也就是逻辑分析窗口(Logic Analyzer),点击即可调出该窗口，通过SETUP按钮新建一些IO口，就可以观察这些IO口的电平变化情况，以多种形式显示出来，比较直观。
- 系统查看窗口：该按钮可以提供各种外设寄存器的查看窗口，选择对应外设，即可调出该外设的相关寄存器表，并显示这些寄存器的值，方便查看设置的是否正确。
Call Stack窗口：查看函数调用关系或局部变量
Watch窗口：查看函数首地址或变量值
Memory窗口：内存查看窗口
M3/M4/M7内核是小端模式，内存的值得倒着读
Peripheral窗口：查看寄存器的值
注意事项
-
仿真时，使用MDK的Level 0等级优化
-
调试停止在断点处时，只是内核停止，外设会继续运行
-
断点的设置要有时间观念，考虑是否会打断正常通信
七、MDK5使用技巧
编辑器设置
字体和颜色设置
用户关键字设置
代码提示/语法检查
快速定位函数或变量被定义的地方
声明：参考文献来源： 战舰STM32F103ZET6开发板资源包
- Cortex-M3权威指南(中文).pdf
- STM32F10xxx参考手册_V10（中文版）.pdf
- STM32F103 战舰开发指南V1.3.pdf
- STM32F103ZET6（中文版）.pdf
- 战舰V4 硬件参考手册_V1.0.pdf
