[STM32] 简单介绍 (一)

文章目录

1.STM32简介

STM32是ST公司基于ARM Cortex-M内核开发的32位微控制器;

STM32常应用在嵌入式领域,如智能车、无人机、机器人、无线通讯、物联网、工业控制、娱乐电子产品等;

STM32F1系列是主流系列,有177的内核跑分和72Mhz的Cortex-M3内核;

2.ARM

既指ARM公司,也指ARM处理器内核。

ARM公司是全球领先的半导体知识产权(IP)提供商,全世界超过95%的智能手机和平板都采用ARM架构;

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;

最成功的产品为32 位嵌入式 CPU 核--ARM 系列,最常用的是ARM7 和 ARM9

STM32 基于 ARM Cortex 内核的 32 位 MCU 和 MPU 产品系列图:

A系列:应用(application),主要用于手机,苹果手机、高通手机芯片、联发科手机芯片;

R系列:RealTime,主要面向实时性很高的场景,硬盘控制器

M系列:Microcontroller,主要应用在单片机领域;

3.STM32F103ZET6/STM32F103C8T6

系列:主流系列STM32F1

内核:ARM Cortex-M3

主频:72MHz

RAM:20K (SRAM)

ROM:64K (Flash)

供电:2.0~3.6V (标准3.3V)

封装:LQFP48

  • NVIC和SysTick是内核内的外设,其余是内核外的外设

    NVIC: 内核内用于管理中断的设备,比如配置中断优先级这些东西

    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

  • RCC:对系统的时钟进行配置,就是使能各模块的时钟。在STM32中,其它的这些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,操作外设是无效的。外设也不会工作,这样的目的是降低功耗。所以,在操作外设之前,必须要先使能它的时钟。因此,需要用RCC来完成时钟的使能

  • GPIO:用GPIO来点灯,读取按键

  • AFIO:完成复用端口的重定义,还有中断端口的配置

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

  • TIM:分为高级定时器、通用定时器、基本定时器;通用定时器:不仅完成定时中断任务,还可以完成测频率、生成PWM波形、配置成专用的编码器接口等功能。

  • ADC:该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:可以帮助CPU完成搬运大量数据这样的繁杂任务

  • USART:即支持异步串口,也支持同步串口,ESP8266WIFI模块、GSM模块、蓝牙模块、GPS模块、指纹识别模块、IOT模块、串口屏等

  • I2C和SPI:STM32也内置了它们的控制器,可以用硬件来输出时序波形

  • IIC:EEPROM、MPU6050陀螺仪、0.96寸OLED屏、电容屏等

  • SPI:串行FLASH、以太网W5500、VS1003/1053音频模块、SPI接口的OLED屏、电阻屏等

  • AD/DA:光敏传感器模块、烟雾传感器模块、可燃气体传感器模块、简易示波器等

  • CAN和USB:CAN和USB通信

  • SDIO:可以用来读取SD卡;

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

  • RTC:在STM32内部完成年月日、时分秒的计时功能;可以接外部备用电池,即使掉电也能正常运行;

  • CRC:是一种数据的校验方式,用于判断数据的正确性。

  • PWR:可以让芯片进入睡眠模式等状态,来达到省电的目的;

  • BKP:是一段存储器,当系统掉电时,仍可由备用寄存器保持数据,这个根据需要,可以完成一些特殊功能;

  • IWDG和WWDG:当单片机因为电磁干扰死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:可以在IO口直接输出模拟电压;

  • USB OTG:用OTG功能,可以让STM32作为USB主机去读取其他USB设备

  1. Syste Core: DMA, IWDG, WWDG, GPIO, NVIC, SYS, RCC
  2. Analog: ADC, DAC
  3. TIMES: RTS, Tim
  4. Connectivity: CAN, FSMC, USB, SDIO, IIC, SPI, I2C, USART
  5. MultiMedia: I2S2, I2S3
  6. Computing: CRC

4.STM32命名规则

5.STM32最小系统板

  1. 滤波电容: 在3.3V和GND之间接一个滤波电容,来保证供电电压的稳定
  2. 晶振电路:接了一个8MHz的主时钟晶振,STM32的主晶振一般都是8MHz。
  3. 启动配置:H1相当于开关,拨动开关,就可以让BOOT引脚选择接3.3V还是GND了。
  4. 下载端口:如果用STLINK下载程序的话,需要把SWDIO和SWCLK这两个引脚引出来方便接线。另外再把3.3V和GND引出来,这个GND是必须引出来的,3.3V如果板子自己有供电的话,可以不引

6.STM32开发方式

STM32的开发有基于寄存器、基于标准库也就是库函数的方式和基于HAL库的方式。

基于寄存器:是用程序直接配置寄存器,来达到我们想要的功能。

基于库函数:是使用ST官方提供的封装好的函数。通过调用这些函数来间接地配置寄存器。

基于HAL库:可以用图形化界面快速配置STM32,可以快速上手STM32,但隐藏了底层逻辑。

基于寄存器:

c 复制代码
// 配置寄存器,点灯
// 1. RCC寄存器,来使能GPIOC的时钟,GPIO都是APB2的外设,
// 因此APB2外设时钟使能寄存器RCC_APB2ENR里面配置
// IOPCEN是使能GPIOC的时钟
// 2. 配置PC13口的模式
// 配置高寄存器GPIOx_CRH,x对应A~E中任意一个字母,
// CNF13和MODE13用来配置13号口
// CNF13配置为00和MODE13配置为11
// 3. 端口输出数据寄存器GPIOx_ODR,低电平亮,高电平灭。
RCC->APB2ENR = 0x00000010;
GPIOC->CRH = 0x00300000;
GPIOC->ODR = 0x00002000;

基于库函数:

c 复制代码
// 使用库函数来点灯
// 1. 使能时钟,第一个参数选择外设,第二个选择新的状态
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);
// 2. 配置端口模式,GPIO_Init
// 第一个参数是选择哪个GPIO,第二个是参数的结构体
// 是PC13口的LED,所以第一个参数写GPIOC
// 先定义一个结构体GPIO_InitStructure,有三个参数,
// 分别是GPIO模式、GPIO端口、GPIO速度
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);
// 点灯,GPIO_SetBits将端口设置为高电平
GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_13);
// 点灯,GPIO_ResetBits将端口设置为低电平
// GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_13);

7.STM32系统架构

STM32F103芯片的系统架构

  • FLASH
  • SRAM
  • BUS
  • Cortex-M3内核
  • 外设,通信协议

3个被动单元:

  1. SRAM
  2. FLASH
  3. AHB -> APB

4个驱动主动单元:

  1. Cortex-M3内核DCode总线DBuse
  2. 内核系统总线
  3. DMA1
  4. DMA2

其他单元;

  1. 内核ICode总线
  2. FSMC

8.STM32时钟系统

设计了一个时钟树:

  1. HSI振荡器时钟(High Speed Internal oscillator,高速内部时钟)

  2. HSE振荡器时钟(High Speed External(Oscillator / Clock),高速外部时钟)

  3. PLL时钟(Phase Locked Loop 锁相环/倍频器)

  4. LSI时钟(Low Speed Internal,低速内部时钟)

  5. LSE时钟(Low Speed External oscillator,低速外部时钟)。

9.STM32中断系统

Cortex-M3内核支持256个中断,其中包含了16个内核中断和240个外部中断,并且具有256级的可编程中断设置。

STM32有84个中断,包括16个内核中断和68个可屏蔽中断,具有16级可编程的中断优先级。

STM32F103系列70个中断(咱们目前使用的芯片)有10个内核中断和60个可编程的外部中断。

内部中断被称为异常, 外部中断被称为中断。优先级越小越优先。



9.1 NVIC嵌套向量中断控制器
  1. NVIC(Nested vectored interrupt controller嵌套向量中断控制器)和处理器核的接口紧密相连,可以实现低延迟的中断处理和高效地处理中断。嵌套向量中断控制器管理着包括内核异常,外部中断等所有中断。由NVIC决定哪个中断的处理程序交给CPU来执行。

  2. 每一个外部中断都可以被使能或者禁止,并且可以被设置为挂起状态或者清除状态。处理器的中断可以是电平形式的,也可以是脉冲形式的,这样中断控制器就可以处理任何中断源。

  3. 16个IO的中断与PVD(电源电压检测),RTC(实时时钟),USB,以太网检测这20个外部中断会通过EXTI来控制,然后交给NVIC。其他中断都是直接交给NVIC来处理。

  4. NVIC为了方便管理中断,可以通过软件给每个中断设置优先级。NVIC用4个位来控制优先级,值小的优先级高。把优先级分为两种:抢占优先级和响应优先级。

    • 优先级值越小,优先级越高。
    • 如果不设置优先级,则默认优先级为0。
    • 先比较抢占优先级。抢占优先级高的可以打断抢占优先级低的。
    • 若抢占优先级一样,再比较响应优先级。但是响应优先级不会导致中断嵌套。
    • 若抢占优先级一样的同时挂起,则优先处理响应抢占优先级高的。
    • 若挂起的优先级(抢占和响应)都一样,则查找中断向量表,值小的先响应。
9.2 EXIT外部中断控制器
  1. 下降沿触发选择寄存器
  2. 上升沿选择触发寄存器
  3. 软件中断事件寄存器
  4. 请求挂起寄存器
  5. 中断屏蔽寄存器
  6. 事件屏蔽寄存器

10.STM32定时器

  1. 系统定时器(SysTick系统)是属于CM3内核,内嵌在NVIC中。
  2. 系统定时器是一个24bit的向下递减的计数器,计数器每计数一次的时间为1 / SYSCLK,一般我们设置系统时钟SYSCLK(与AHB相同)等于72M。当重装载数值寄存器的值递减到0的时候,系统定时器就产生一次中断,以此循环往复。
  3. SysTick定时器能产生中断,CM3为它专门开出一个异常类型,并且在向量表中有它的一席之地。它使操作系统和其它系统软件在CM3器件间的移植变得简单多了,因为在所有CM3产品间SysTick的处理方式都是相同的。
  4. 系统定时器一般用于操作系统,用于产生时基,维持操作系统的心跳。SysTick定时器除了能服务于操作系统之外,还能用于其它目的:如作为一个闹铃,用于测量时间等。

有4个寄存器与SysTick有关。在core_cm3.h中可以看到有个类型定义的就是SysTick。

c 复制代码
typedef struct
{
  __IO uint32_t CTRL;                         /*!< Offset: 0x00  SysTick Control and Status Register */
  __IO uint32_t LOAD;                         /*!< Offset: 0x04  SysTick Reload Value Register       */
  __IO uint32_t VAL;                          /*!< Offset: 0x08  SysTick Current Value Register      */
  __I  uint32_t CALIB;                        /*!< Offset: 0x0C  SysTick Calibration Register        */
} SysTick_Type;

CTRL: SysTick控制和状态寄存器。

LOAD: SysTick重装载寄存器。

VAL: SysTick当前数值寄存器。

CALIB: SysTick 校准数值寄存器。很少用到。

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