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【STM32】F103ZET6开发板—-笔记01

一、简述

1.1什么是STM32

STM32 是 STMicroelectronics（ST）的一系列 32 位微控制器，其基于 ARM架构 Cortex-M 系列的处理器内核设计。它们广泛应用于各种嵌入式系统，如物联网设备、汽车电子、工业自动化等领域。

ARM（Advanced RISC Machine）是一种低功耗、低成本、高性能的处理器架构。

“ST” 是指制造商 STMicroelectronics 的缩写。 “M” 表示其是基于 ARM 的 Cortex-M 系列核心。 “32” 则代表其为 32 位微控制器 （简称MCU）

STM32F103ZET6 ARM Cortex-M3系列（基础型， 主频: 72M（时钟的工作频率））， Z (144引脚), E (Flash 闪存 512K字节) ， T( 封装性： LQFP), 6 (温度范围： -40 ~ 85)。

1.2 STM32最小系统

用最小的电路组成的可以工作的单片机叫做最小系统。

stm32f103zet6 最小系统有 5 部分组成（电源电路、时钟电路、boot 电路、下载/调试接口、复位电路）

电源供电： USB方式（USB， CH340 调试串口），最高5V电压

时钟电路： 内部时钟源(低速 LSI、高速 HSI)、外部时钟（低速 LSE 、高速 HSE）

boot 电路： 引导电路（BT1， BT0， 通过跳帽方式确定， 出厂默认即可）

下载/调试接口： ST下载器进行程序的下载(JTAG/SWD)， CH340 USB串口调试

复位电路： RST按键

1.3固件库使用说明

对于MCU开发方式：汇编语言 C语言

stm32 单片机：（汇编+C语言）

实际开发编程过程中使用的方法：

  • 配置 MCU 中的某个功能模块的寄存器，进行操作

  • 使用 ST 官方提供的固件库驱动操作, 推荐使用 ST 官方提供了 STM32cubemx 软件，图形化配置与开发。

    • 常用的固件库：

    Standard Peripheral Library (SPL)： ST Microelectronics 最初为其 STM32 微控制器系列发布的固件库。此库包含了一些方便的 C 函数，可以直接控制 STM32 的各种外设，通常称为标准库。

    STM32Cube： ST Microelectronics 自 2015 年以来开始推广的一种新的固件库。
    STM32Cube 包括一个嵌入式软件平台和一个独立的集成开发环境。嵌入式软件平台包括一个硬件抽象层(HAL)，该层为 STM32 的各种外设提供通用的 API，并且还包含一些中间件组件（如 FreeRTOS，USB 库，TCP/IP 库等）。STM32Cube 的集成开发环境（STM32CubeIDE）则包含了代码生成器，它可以生成基于 STM32Cube HAL 的初始化代码。

    LL (Low Layer) Drivers： LL 库是 STM32Cube 库的一部分，为高级用户提供了一个硬件抽象层的替代方案。LL 库提供了一组低级 API，可以让用户直接访问 STM32 外设的寄存器。这些 API 比 HAL 更加高效，但是需要更深入的硬件知识。

    使用kill5和cubeMX软件

    二、stm32启动

    3.1系统架构

    总线矩阵（Bus Matrix）： 总线矩阵主要用于在多个主设备（如 CPU、DMA 等）和从设备（内存和外设）之间进行数据的路由和管理。通过 总线矩阵，主设备可以同时（并行）地访问从设备。

    DMA 总线（DMA Bus）： DMA，全称 Direct Memory Access，是一种让某些硬件子系统在内存和外设之间直接传输数据，而无需处理器参与的技术。在 STM32 中，DMA 总线主要用于 DMA 控制器和内存以及需要使用 DMA 服务的外设（如 USART、SPI、ADC 等）之间的数据传输。

    ICode 总线（ICode Bus/IBus）： ICode 总线是一个专门用于 CPU 从 Flash 内存中取指令的总线。这条总线专门优化了指令的取得，以提高 CPU 的 性能。专门用于从 Flash 内存或者其他指令存储器中获取指令，支持 CPU 以最优化的方式取指。该总线用于把指 令从存储器传输到处理器核心，以便执行，主要面向读操作。

    DCode 总线（DCode Bus/DBus）： DCode 总线是一个专门用于 CPU 访问数据的总线，可以从 Flash 内存或系统内存中读取数据。用于 CPU 核心的数据访问，包括对 Flash 内存和 RAM 的读写。使数据可以并行地（与指令访问操作并行）从存储器中读取或写入。

    3.2存储器的架构

    闪存：512KB 主存SRAM

    程序存储器、数据存储器、寄存器和输入输出端口(外设)被组织在同一个 4GB 的线性地址空间内。可访问的存储器空间被分成 8 个主要块，每个块为 512MB。

    3.3 stm32启动方式

    跳帽：

    BOOT0/BOOT1： 0 启动方式从 Flash 中启动

    3.4启动文件过程

    从汇编主程序开始中的复位处理（上电之后或按RST键进行的处理过程）：

    选择 SystemInit 系统初始化， 再调用 __main函数执行核心应用程序。

    SystemInit 的主要目的是进行系统级别的初始化，包括配置内部硬件和设置系统的运行环境。

    __main函数：

    负责完成初始化 C 环境、设置堆栈、清零全局和静态变量等，并最终调用用户定义的 main 函数

    四、stm32 系统时钟

    4.1 系统时钟的时钟源

    三种不同的时钟源可被用来驱动系统时钟(SYSCLK)： HSI 振荡器时钟（高速系统内部时钟）、 HSE 振荡器 时钟（高速系统外部时钟）和 PLL 时钟（锁相环时钟）。

    以上三种时钟都有以下 2 种二级时钟源：

    1. 40kHz 低速内部 RC (LSI)，可以用于驱动独立看门狗和通过程序选择驱动 RTC。RTC 用于从停机/待机模式下自动唤醒系统。

    2. 32.768kHz 低速外部晶体也可用来通过程序选择驱动 RTC(RTC CLK)。

    当不被使用时，任一个时钟源都可被独立地启动或关闭，由此优化系统功耗。

    PLL 是 Phase-Locked Loop（相位锁定环）的简称，是一种控制系统的结构，常用于电子通信设备中。在微控制器和嵌入式系统中，PLL 被用作时钟系统的一部分，能够生成频率比输入时钟（通常是内部的低速时钟或者外部的 晶体振荡器提供的时钟）更高的时钟信号。

    五、stm32 通用输入输出

    STM32 Pin引脚 144个

    通用输入输出 ： GPIO（112个） ， 分为A, B, C,D, E, F, G 七个组， 每一个组分16个索引。如GPIOE5 -> PE5

    5.1 GPIO 框图

    保护二极管： IO 引脚上下两边两个二极管用于防止引脚外部过高、过低的电压输入，当引脚电压高于 VDD_FT 时，上方的二极 管导通，当引脚电压低于 VSS 时，下方的二极管导通，防止不正常电压引入芯片导致芯片烧毁。

    上拉、下拉电阻： 控制引脚默认状态的电压，开启上拉的时候引脚默认电压为高电平，开启下拉的时候引脚默认电压为低电平。

    TTL 施密特/肖特基触发器： 基本原理是当输入电压高于正向阈值电压，输出为高；当输入电压低于负向阈值电压，输出为低；IO 口信号经过 触发器后，模拟信号转化为 0 和 1 的数字信号。

    P-MOS 管和 N-MOS 管： 信号由 P-MOS 管和 N-MOS 管，依据两个 MOS 管的工作方式，使得 GPIO 具有“推挽输出”和“开漏输出”的模 式。P-MOS 管高电平导通，低电平关闭； N-MOS 低电平导通，高电平关闭。

    5.2 GPIO 的八种工作模式

    输入四种： 浮空输入, 上拉输入、下拉输入， 模拟输入

    输出四种： 推挽输出、开漏输出、复用推挽输出、复用开漏输出

    5.2.1 浮空输入 GPIO_MODE_IN_FLOATING

    浮空输入模式下，I/O 端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。MCU 直接读取 I/O 口电平，I/O 的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定；如果在该引脚悬空（在无信号输入）的情况下，读取该端口的电平是不确定的,低功耗。

    5.2.2 上拉输入 GPIO_MODE_IPU（In Pull Up）

    IO 内部接上拉电阻，此时如果 IO 口外部没有信号输入或者引脚悬空，IO 口默认为高电平。 如果 I/O 口输入低电平，那么引脚就为低电平，MCU 读取到的就是低电平。

    应用场景：钳位电平、增强驱动能力、抗干扰。可以用来检测外部信号；例如按键等

    5.2.3 下拉输入 GPIO_Mode_IPD（In Pull Down）

    IO 内部接下拉电阻，此时如果 IO 口外部没有信号输入或者引脚悬空，IO 口默认为低电平 如果 I/O 口输入高电平，那么引脚就为高电平，MCU 读取到的就是高电平，可以用来检测外部信号； 例如按键等；

    5.2.4 模拟输入 GPIO_MODE_AIN（Analog Input）

    当 GPIO 引脚用于 ADC 采集电压的输入通道时，用作"模拟输入"功能，此时信号不经过施密特触发器，直接进入 ADC 模块，并且输入数据寄存器为空 ，CPU 不能在输入数据寄存器上读到引脚状态。 当 GPIO 用于模拟功能时，引脚的上、下拉电阻是不起作用的，这个时候即使配置了上拉或下拉模式，也不会影响 到模拟信号的输入输出。 除了 ADC 和 DAC 要将 IO 配置为模拟通道之外其他外设功能一律要配置为复用功能模式，应用 ADC 模拟输 入，或者低功耗下省电。

    5.2.5 推挽输出 GPIO_Mode_Out_PP（out push—pull）

    在推挽输出模式时，N-MOS 管和 P-MOS 管都工作，如果我们控制输出为 0，低电平，则 P-MOS 管关闭，N-MOS管导通，使输出低电平，I/O 端口的电平就是低电平，若控制输出为 1 高电平，则 P-MOS 管导通 N-MOS 管关闭，输出高电平，I/O 端口的电平就是高电平，外部上拉和下拉的作用是控制在没有输出时 IO 口电平，此时施密特触发器是打开的，即输入可用，通过输入数据寄存器 GPIOx_IDR 可读取 I/O 的实际状态。I/O 口的电平一定是输出的电平，一般应用在输出电平为 0 和 3.3 伏而且需要高速切换开关状态的场合。

    5.2.6 开漏输出 GPIO_Mode_Out_OD（out open drain）

    在开漏输出模式时，只有 N-MOS 管工作，如果我们控制输出为 0，低电平，则 P-MOS 管关闭，N-MOS 管导通， 使输出低电平，I/O 端口的电平就是低电平，若控制输出为 1 时，高电平，则 P-MOS 管和 N-MOS 管都关闭，输出指令就不会起到作用，此时 I/O 端口的电平就不会由输出的高电平决定，而是由 I/O 端口外部的上拉或者下拉决定。 如果没有上拉或者下拉 IO 口就处于悬空状态。并且此时施密特触发器是打开的，即输入可用，通过输入数据寄存器 GPIOx_IDR 可读取 I/O 的实际状态。I/O 口的电平不一定是输出的电平。一般应用在 I2C、SMBUS 通讯等需要"线与"功能的总线电路中。

    5.2.7 复用推挽输出 GPIO_AF_PP（alternate function open push—pull）

    GPIO 复用为其他外设(如 I2C)，输出数据寄存器 GPIOx_ODR 无效；输出的高低电平的来源于其它外设，施密特 触发器打开，输入可用，通过输入数据寄存器可获取 I/O 实际状态，除了输出信号的来源改变，其他与推挽输出功 能相同。应用于片内外设功能（I2C 的 SCL,SDA）等

    5.2.8 复用开漏输出 GPIO_AF_OD（alternate function open drain）

    GPIO 复用为其他外设，输出数据寄存器 GPIOx_ODR 无效；输出的高低电平的来源于其它外设，施密特触发器打 开，输入可用，通过输入数据寄存器可获取 I/O 实际状态，除了输出信号的来源改变 其他与开漏输出功能相同。 应用于片内外设功能（TX1,MOSI,MISO.SCK.SS）等。

    六、NVIC 中断

    6.1 NVIC 介绍

    NVIC（Nest Vector Interrupt Controller）嵌套中断向量控制器，作用是管理中断嵌套，核心任务是管理中断优先级。

    特点：

    1. 68 个可屏蔽中断通道(不包含 16 个 Cortex-M3 的中断线)

    2. 16 个可编程的优先等级(使用了二进制 4 位中断优先级)

    3. 低延迟的异常和中断处理

    4. 电源管理控制

    5. 系统控制寄存器的实现

    NVIC 给每个中断赋予抢占优先级和响应（子）优先级。

    关系如下：

    1. 拥有较高抢占优先级的中断可以打断抢占优先级较低的中断

    2. 若两个抢占优先级的中断同时挂起，则优先执行响应优先级较高的中断

    3. 若两个挂起的中断优先级都一致，则优先执行位于中断向量表中位置较高的中断

    4. 响应优先级不会造成中断嵌套，也就是说中断嵌套是由抢占优先级决定的

    6.2 HAL中断API

    void HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(uint32_t PriorityGroup);
    void HAL_NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn,
    uint32_t PreemptPriority,
    uint32_t SubPriority);

    HAL_NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn);
    __HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_PIN_x);
    __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_PIN_x);
    void HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(uint16_t GPIO_Pin);

    处理中断函数，需要自己依据中断线定义：

    void 中断线_IRQHandler(void){ }

    在main()函数下方定义即可。

    6.2 示例
    示例1： 按键点灯

    GPIO配置：

    static void MX_GPIO_Init(void)
{
 ?GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
/* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_1 */
/* USER CODE END MX_GPIO_Init_1 */
?
 ?/* GPIO Ports Clock Enable */
 ?__HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE(); ?//D1 PE5,  PE3按键 Key1
?
 ?/*Configure GPIO pin Output Level */
 ?HAL_GPIO_WritePin(GPIOE, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET); ?// 0
?
?
 ?/*Configure GPIO pin : PE5 */
 ?GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5;
 ?GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; ?// 推挽输出 P-MOS/N-MOS
 ?GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
 ?GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW; ?// GPIO_SPEED_FREQ_LOW == MODE: 10  10MHz
 ?HAL_GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStruct);
?
?
    
    /* 配置GPIO pin: PE3 Key1 */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_3;
 ?GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;
 ?GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
 ?GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
 ?HAL_GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStruct);
?
/* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_2 */
/* USER CODE END MX_GPIO_Init_2 */
}

    main函数的设置中断优先级和开启中断

    /* Configure the system clock */
 ?SystemClock_Config();
 ?/* USER CODE BEGIN SysInit */
 ?/* USER CODE END SysInit */
 ?/* Initialize all configured peripherals */
 ?MX_GPIO_Init();
 ?/* USER CODE BEGIN 2 */
 ? ?// 1. 设置中断的优先级 
    HAL_NVIC_SetPriority(EXTI3_IRQn, 0, 0);
    // 2. 开启中断
    HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI3_IRQn);
 ?/* USER CODE END 2 */

    中断处理函数：

    // 3. 定义中断处理程序
void EXTI3_IRQHandler(void){
 ?// 1) 定义变量 用于统计按下产生的中断次数
 ?static int n=0;
    // 2) 获取PE3中断状态： SET 1, RESET 0
    if( __HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_PIN_3) != GPIO_PIN_RESET){
        n++;
        // 3) 防止抖动
        //if( __HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_PIN_3) != GPIO_PIN_RESET && n >= 5){
         ? ?// 4） 处理中断产生的效果 PE5灯亮/灭
            if( HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE, GPIO_PIN_5) == GPIO_PIN_RESET){
                 HAL_GPIO_WritePin(GPIOE, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET);
            }else{
                 HAL_GPIO_WritePin(GPIOE, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET);
            }
            
            n = 0;
        //}
        __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_PIN_3); // 清除中断状态
    }
    
    HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_3); ?// 继续请求GPIO E3的中断处理
}
    示例2： 按键控制蜂鸣器

    在示例1的基本之上， 将PF0使能并初始化，在main函数的while循环中：

    // 2. 开启中断
    HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI3_IRQn);
 ?/* USER CODE END 2 */
 ?/* Infinite loop */
 ?/* USER CODE BEGIN WHILE */
 ?while (1)
  {
        // 当灯亮时，Beep响起来
 ? ?while( !HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE, GPIO_PIN_5) ){
         ? HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);
             HAL_Delay(2);
             HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);
             HAL_Delay(2);
        }
 ? ?/* USER CODE BEGIN 3 */
  }

    作者：m0_74825003

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