嵌入式开发学习——STM32单片机入门教程

文章目录

一、前言
二、嵌入式及STM32简介
- [2.1 嵌入式开发的定义](#2.1 嵌入式开发的定义)
- [2.2 STM32简介](#2.2 STM32简介)
- - [2.2.1 STM32的基础定义与核心特性](#2.2.1 STM32的基础定义与核心特性)
  - [2.2.2 STM32主要系列分类](#2.2.2 STM32主要系列分类)
三、编程工具------keil5的使用
- [3.1 keil5简介](#3.1 keil5简介)
- [3.2 使用keil5新建工程](#3.2 使用keil5新建工程)
[四、开发STM32 Pin13脚完成点灯操作](#四、开发STM32 Pin13脚完成点灯操作)
- [4.1 寄存器开发STM32实现点灯](#4.1 寄存器开发STM32实现点灯)
- [4.2 库函数操作STM32实现点灯](#4.2 库函数操作STM32实现点灯)
五、总结

一、前言

编程如同球场，唯有自己不断突破，才能取得最后的胜利

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🛬人生名言------与其被动迎敌，不如主动出击🛬

各位宝子们，今天的你是否还在坚持学习呢？回想这一路走来，从最初的C语言学习，再到后面数据结构与算法的接触，以及到现在的C++深入学习，我想大家已经具备了非常优秀的编程能力了吧？软件这一方面，大家的能力肯定毋庸置疑，那把我们的软件知识和硬件知识相结合，又会碰撞出怎样的火花呢？那么今天，就让我们再学一门新的知识：嵌入式开发学习------STM32单片机入门。

二、嵌入式及STM32简介

2.1 嵌入式开发的定义

首先，什么是嵌入式开发呢：嵌入式开发是针对嵌入在各类设备内部的专用计算机系统（嵌入式系统）开展的软硬件协同开发工作，核心是基于微控制器（MCU）或微处理器（MPU），结合受限的硬件资源，编写驱动程序、移植实时操作系统（RTOS）或轻量化嵌入式系统，开发适配特定功能的应用软件，以满足设备在实时性、低功耗、高可靠性等方面的需求。其特点是强针对性，只为实现设备特定功能服务，广泛应用于消费电子、工业控制、汽车电子、物联网等领域，是连接硬件与实际应用的关键技术。
其中，STM32单片机就属于微控制器（MCU）系列

2.2 STM32简介

这是一颗独立的 32 位微控制器（MCU）芯片，表面印有STM32和 Cortex 标识，是整个嵌入式系统的核心计算单元。**仅包含芯片本体，需要搭配外部电路（如电源、时钟、复位电路）才能工作，无法直接用于开发。**主要用于产品量产阶段，需要工程师根据需求设计 PCB，将其焊接到自己的硬件系统中，以实现特定功能。

这是一个集成了 STM32 芯片、电源电路、调试接口、指示灯、按键等外设的完整开发工具。**已经完成了最小系统的硬件设计，开箱即可连接电脑进行编程和调试，无需额外搭建复杂电路。**主要用于学习、原型验证和项目开发阶段。开发者可以直接在开发板上编写、下载和调试代码，快速验证功能，降低了嵌入式开发的硬件门槛。

2.2.1 STM32的基础定义与核心特性

STM32是意法半导体（STMicroelectronics，简称 ST）推出的一系列32 位微控制器（MCU）产品，核心架构基于 ARM 公司的Cortex-M系列内核（属于精简指令集RISC架构），主打高集成度、低功耗、低成本、高性能，是目前嵌入式开发领域使用最广泛、生态最完善的MCU之一，几乎是嵌入式入门的标配。

看到这里，大家肯定有点懵懵的吧------一上来就叙述这么多专业术语，完全理解不了啊！不要着急，其实通俗易懂的理解：STM32就是一款 "开箱即用" 的微型控制芯片，内部集成了嵌入式系统所需的核心资源，无需额外搭建复杂硬件，就能实现对各类外设的控制和数据处理。

现在，大家又会有问题了------为什么STM32就这么受欢迎呢？这就要从STM32的核心特性说起了。
1、32 位内核，性能与功耗平衡

内核采用ARM Cortex-M系列（从低性能到高性能依次为 M0+/M0、M3、M4、M7、M33、M55 等），32位数据总线相比传统8位 MCU（如 51单片机），数据处理能力更强（能直接处理32位整数、浮点数据），运行频率最高可达数百MHz（如 STM32H7 系列可达 480 MHz）。支持多种低功耗模式（睡眠、停止、待机等），满足便携式设备（如智能手环、传感器节点）的电池供电需求，部分型号待机功耗可低至微安级甚至纳安级。
2、超高集成度，无需额外外接大量硬件

这是STM32最核心的优势之一，芯片内部集成了嵌入式系统工作所需的大部分资源，外部仅需搭配电源电路、复位电路、下载调试电路，就能独立运行：

存储资源：片内Flash（用于存储程序，容量从几KB到数MB不等）、片内RAM（用于运行程序时临时存储数据，容量从几KB到数百KB不等）。

丰富片上外设（Peripheral）：这是STM32实现各类功能的关键，常见外设包括：通用输入输出口（GPIO）、通信接口、模拟外设、控制类外设、DMA、看门狗。
3、完善的生态系统，降低开发门槛

这是STM32成为入门首选的重要原因，新手无需面对复杂的技术壁垒：

官方资料齐全：ST提供完整的中文手册（数据手册、参考手册、用户手册）、官方固件库（STM32Cube HAL/LL库）、示例代码。

开发工具丰富：支持免费的Keil MDK、STM32CubeIDE（ST 官方推出，免费开源，集成编译、调试、烧录）、IAR Embedded Workbench 等。

调试方便：支持SWD（串行调试）、JTAG两种调试方式，SWD仅需2根线即可实现程序下载和在线调试（查看变量、断点、单步执行），硬件成本低。

社区资源庞大：国内外有大量的教程、项目案例、问题解答（如 CSDN、知乎、B站），遇到问题容易找到解决方案。

开发板成熟：市面上有大量性价比极高的入门开发板，价格几十元到几百元不等，开箱即可上手。
4、型号丰富，按需选择，成本可控

STM32拥有庞大的产品家族，覆盖从低性能低功耗到高性能高集成的各类场景，价格从几元到几十元不等，开发者可以根据项目需求精准选型，避免资源浪费和成本过高。

2.2.2 STM32主要系列分类

如上表：按CPU位数分为32位STM32系列和8位STM8系列两大类别，其中STM32系列基于不同性能的ARM Cortex-M内核，细分为入门级、基础型、高性能、低功耗等多个子系列，而STM8系列则基于超级版6502内核，涵盖标准、汽车应用和低功耗等子系列，能帮助开发者根据项目的性能、功耗等需求快速匹配对应的产品。

三、编程工具------keil5的使用

3.1 keil5简介

现在我们已经对STM32有了相对清晰的了解了，那具体进行32开发的过程是怎样的呢？这时，就需要借助到编程工具了。博主这里所用到的工具是keil5软件（Keil MDK-ARM）。

Keil5正式全名为Keil MDK - ARM（Microcontroller Development Kit for ARM），其核心IDE界面是 Keil µVision5，它是ARM公司推出的面向 ARM Cortex - M 系列微控制器的集成开发工具套件，**集成了代码编辑、ARM Compiler 5/6编译器、调试器、模拟器等组件，支持C/C++编程，通过Pack包管理器可适配众多厂商的MCU，具备断点调试、变量监控、软/硬件仿真等功能，还能集成RTX5等RTOS与各类中间件，广泛用于嵌入式学习、原型开发与产品量产，**是STM32等主流ARM MCU开发的常用工具，同时也兼容8051等传统单片机开发。

3.2 使用keil5新建工程

在下载安装好了keil5软件之后，我们又该如何使用呢？我们先以一个最简单的示例开始------完成pin13脚所外接的指示灯，进行点灯操作。

1、首先我们先来新建一个工程项目：
第一步：我们先建立一个存放工程的文件夹（C盘或者D盘或者桌面），然后我们再打开keil5软件，点击Project->New uVision Project,然后选择我们刚才所建立的文件夹，在里面在新建一个文件夹。

注意：使用的文件夹以及文件的命名方式尽量以英文为主，避免可能发生的报错。

第二步：然后我们点进刚刚建立的twomode文件，接下来给工程文件取一个名字（我这里通用就起一个Project），再点击保存，然后就是选择器件与型号，这里我们所用到的器件型号是STM32F103C8T6(直接选择STM32F103C8即可)，点击OK之后可能会出现一个小助手界面，但是此时我们还用不到，就先叉掉，之后就出现一个空空如也的工程界面。

2、给工程项目添加必要文件
第一步：找到并打开固件库的文件夹，复制里面的所有文件，再回到之前所创立的工程文件夹，新建一个文件夹命名为Start，用来存放刚刚再arm里复制的所有文件。

第二步：接着我们再回到固件库的STM32F10X文件夹，把红圈圈的3个文件一起复制到Start文件夹中，然后再找到CM3，coresupport文件夹，把内核寄存器文件也一起复制到Start文件夹中，此时我们工程的必要文件就复制完成了。

3、回到keil5软件，将复制的文件添加到工程中并添加头文件路径
第一步：方便起见，把Source Group1组改名为Start，接着右击Start组，添加已经存在的文件到组中，文件类型选择为All files，然后依次添加启动文件，md.s和所有的.c和.h文件，按Add添加，close关闭，添加完之后就能在Start组中看到了。

第二步：点击魔术棒按钮，打开工程选项，选择C/C++项，找到Include Paths栏，点击3个点的按钮，将Start组的路径添加进去，添加完毕之后点击OK。

4、新建main.c文件检查工程是否可行
第一步：回到twomode文件夹中，新建一个User文件夹，回到keil5软件，右击Target 1 ->Add Group添加组，将新添加的组改名为User，再右击User，添加新文件，为main.c文件，将main.c文件的路径改为User的路径，防止main.c文件被创建到User文件夹之外。

第二步：在main.c文件中写一个简易程序，点击编译按钮，查看是否有错误或警告

注意：一定要点击魔术棒按钮中的Target项，把编译器版本换到uVersion 5 版本，否则会出现报错！

到这里，一个最基本的工程文件就建立好了，但是目前这个工程还没有添加STM32的库函数，所以它还是一个基于寄存器开发的工程。

四、开发STM32 Pin13脚完成点灯操作

那么现在我们又回到了最初的那个问题------如何完成pin13脚所外接的指示灯，进行点灯操作？为实现目的，博主这里一共有两种实现方式：寄存器开发STM32和库函数开发STM32。

4.1 寄存器开发STM32实现点灯

首先，我们得具体一下硬件：STLINK烧录器、STM32最小系统板、4根杜邦线、USB电源。然后按照以下方式实现硬件接线：

注意：一定要严格按照上图接线标准进行硬件接线，否则会造成元器件损坏或者安全事故！

接着就是keil5软件代码的编写：
第一步：我们先点击魔术棒按钮，点击Debug选项，将Use选项选为ST-Link Debugger，然后再点击setting按钮，点击Flash Download选项，勾选Reset and run。这样程序一旦下载就会立刻复位并且执行，更加方便。最后点击确定和Ok返回。

第二步：代码编写。
1、因为我们要配置的Pin13脚实现点灯，而Pin13是通过GPIOC连接的，所以我们要给GPIOC配置时钟使能。
2、这时我们先打开STM32F10XXX参考手册，点击7.3.7章节，查阅手册发现，位4是定义IO端口C时钟使能的，置1时时钟开启，置0时时钟关闭，所以我们给4位置1，其他位全部置0。

3、配置Pin13脚的模式，翻到手册8.2.2，端口配置高寄存器，CNF13和MODE13就是用来配置13口，输出模式为通用推娩输出，23和22位置0，配速50MHZ，21和20位置1.

4、给Pin13口输出数据，翻到手册8.2.4，端口输出数据寄存器，ODR13写1为高电平，写0为低电平。

5、编译程序并将程序烧录到STM32最小系统板中

此时，寄存器操作点灯的代码就写完了。如下：

通过寄存器操作点亮和熄灭PC13口的led指示灯

c 复制代码

//此代码仅为main.c全部代码，其他代码文件需进行之前所讲的文件配置
#include "stm32f10x.h"                  // Device header

int main(void)
{
	RCC->APB2ENR = 0x00000010;
	GPIOC->CRH = 0x00300000;
//	GPIOC->ODR = 0x00000000;//ODR置低电平点亮
	GPIOC->ODR = 0x00002000;//ODR置高电平熄灭
	while(1)
	{
		
	}
}

现在我们就实现了使用寄存器实现点灯，这就需要我们对非常熟悉STM32的资料手册，对每一个寄存器都完全掌握。不过，这样的方式虽然代码简洁，但始终还是存在弊端，譬如把PC13位之外的所有位都置为0，会影响到其他端口的原有配置。所以寄存器操作的方式博主并不是很推荐。

4.2 库函数操作STM32实现点灯

那如何不影响其他端口的原有配置，又能实现PC13口的点灯操作呢？真的有这样的方法吗？我只能说------有的，朋友，有的。这种方式就是通过库函数操作的方式。
第一步：在之前所建工程的基础上，在工程文件夹新建文件夹Library，用来存放库函数。

找到固件库中STM32F10X_StdPeriph_Driver中的inc和src文件夹，把其中所有文件复制粘贴到新建的Library文件夹中，接着Target1->Add Group添加新组，命名为Library，右击Library添加已经存在的文件，找到Library文件夹中所有文件，全部添加。

第二步：找到STM32F10X_StdPeriph_template文件夹中红圈圈的3个文件，将其复制粘贴到工程文件夹中的User文件夹中，再回到keil5软件，在User组里添加刚刚粘贴的3个文件，然后再右击头文件，打开文件找到8296行宏定义，接着点击魔术棒中的C/C++按钮，在Define栏把宏定义复制粘贴，最后再在Include Paths栏添加User和Library头文件的路径就行啦。

第三步：编译整个工程文件，查看是否无报错无警告。

第四步：代码编写。

首先配置RCC_APB外设时钟控制，找到需要配置的两个参数，再配置端口模式，使用GPIO_Init()函数进行配置，右击函数名转到定义找到需要配置的两个参数，因为第二个参数是一个结构体，所以先右击转到各自的定义，找到定义所指向的值，再ctrl+F搜索找到最终需要配置的值，再进行高低电平的配置，最后编译程序并将程序烧录到STM32最小系统板中

注意：一定要将魔术棒中C/C++选项中C99Mode勾选上，否则会报错。

此时，库函数实现STM32点灯的操作也完成了，如下：

通过库函数操作点亮和熄灭PC13口的led指示灯

c 复制代码

//此代码仅为main.c全部代码，其他代码文件需进行之前所讲的文件配置
#include "stm32f10x.h"                  // Device header

int main(void)
{
//	RCC->APB2ENR = 0x00000010;
//	GPIOC->CRH = 0x00300000;
//  GPIOC->ODR = 0x00000000;//ODR置低电平点亮
//  GPIOC->ODR = 0x00002000;//ODR置高电平熄灭
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);//RCC_APB2外设时钟控制
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	//结构体各参数设置
	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);
	GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_13);//PC13口置为高电平
//	GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_13);//PC13口置低电平
	while(1)
	{
		
	}
}

怎么样？相对于寄存器开发，库函数开发操作更加高效且容易上手吧？不需要我们去死记硬背寄存器的地址与位定义了，并且库函数操作方式，兼容性更强、维护成本更低、可移植性也极强，往往是一名优秀嵌入式开发者的不二之选。

五、总结

OK啊！到这里，STM32单片机入门学习的知识点就分享得差不多了，大家再跟着博主学习了一篇之后，可能觉得比较通俗易懂，但是硬件与软件相结合的困难程度也是相当大的，大家一定要静下心来，好好沉淀，只要你之前软件知识的学习打牢了基础，你也肯定会在嵌入式学习方面大有一番作为的！加油吧，少年！

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