2.1 STM32通识

导语

学习STM32，必须使用实物进行调试，可以是开发板，也可以是套件，要把自己的程序在硬件上实现出来，这样才能进行一个有效的学习。

入门推荐使用套件（非必须，也不是广告）：

STM32是ST公司基于ARM Cortex-M内核开发的32位微控制器。这个内核时ARM公司设计的，它在STM32中占据极为重要的地位（程序指令的执行，加减乘除的运算都在内核中完成），它相当于整个芯片的CPU。

在本章节的前半部分我们是使用的STM32F103C8T6：

这里的RAM就是运行内存，实际存储介质时SRAM。

这里的ROM就是程序存储器，实际存储介质时Flash闪存。

注意：如果是5V电压是不能够直接给STM32进行供电， 需要加一个稳压芯片把电压降到3.3V再给芯片供电。

外设/片上资源

STM32的外设/片上资源（Peripheral）:

通过程序配置外设，来实现我们的功能。

NVIC，嵌套向量中断控制器，这个是内核里面用于管理中断的设备，比如配置中断优先级这些东西。

SysTick,系统滴答定时器，这个是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的，STM32是可以加入操作系统的，比如FreeRTOS、UCOS等。如果用到这些操作系统，就需要SysTick提供定时来进行任务切换的功能。

RCC，复位和时钟控制，这个可以对系统的时钟进行配置，还有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，这就需要我们用RCC来完成时钟的使能。

GPIO，通用的IO口，我们可以用GPIO来点灯，读取按键等。

AFIO，复用IO口，它可以完成复用功能端口的重定义，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，定时器，这也是整个STM32最常用、功能最多的外设。TIM分为高级定时器、通用定时器、基本定时器三种类型，其中高级定时器最为复杂，常用的是通用定时器，这个定时器不仅可以完成定时中断的任务，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。例如PWM波形就是电机驱动、舵机驱动最基本的要求了。

ADC，模数转换器，这个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，使用非常方便。

DMA，直接内存访问，这个可以帮助CPU完成搬运大量数据这样的繁杂任务。

USART,同步/异步串口通信，我们平常用的UART是异步串口的意思，这里的USART是即支持异步串口，也支持同步串口，当然我们实际使用异步串口是比较多的。

I2C、SPI是非常常用的两种通讯协议，STM32也内置了它们的控制器，可以用来硬件输出时序波形，使用起来更高效，当然用通用IO口来模拟时序波形也是没有问题的。

CAN、USB，通讯协议，CAN一般用于汽车领域，USB生活中已经较为常见。利用STM32的USB外设，可以做一个模拟鼠标、模拟U盘等设备。

RTC,实时时钟，在STM32内部完成年月日、时分秒的计时功能，而且可以接外部备用电池，即使掉电也能正常运行。

CRC，CRC校验，是一种数据的校验方式，用于判断数据的正确性，有了这个外设的支持，进行CRC校验就会更加方便一些。

PWR，电源控制，可以让芯片进入睡眠模式等状态，来达到省电的目的。

BKP,备份寄存器，这是一段存储器，当系统掉电时，仍可由备用电池保持数据，这个根据需要，可以完成一些特殊功能。

IWDG、WWDG，独立看门狗和串口看门狗，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，数模转换器，它可以在IO口直接输出模拟电压，是ADC模数转换的逆过程。

SDIO，SD卡接口，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，还可以配置成其他总线协议，用于某些硬件的操作。

USB OTG，USB主机接口，用OTG功能，可以让STM32作为USB主机去读取其他USB设备。

这些是STM32F1系列全部的外设，但具体到某个单独的型号有哪些外设，每个外设有几个？需要对应的数据手册进行查看，比如STM32F1C8T6的数据手册：STM32F103x8B数据手册（中文）。

芯片的命名规则

以下是以STM32F103C8T6为例：

芯片的系统结构

内核

如图所示，左上角Cortex-M3就是内核，内核引出来了三条总线，分别是ICode指令总线，DCode数据总线，System系统总线，这个ICode总线和DCode总线主要是用来连接Flash闪存的，Flash里面存储的就是我们编写的程序，ICode指令总线就是用来加载程序指令的，DCode数据总线是用来加载数据的，比如常量和调试数据这些，除了ICode总线和DCode总线，内核还引出了System系统总线，System总线就连接到了这些其他的东西上面，比如SRAM、FSMC，SRAM是用于存储程序运行时的变量数据，而FSMC现在不会用到。

AHB总线

左下角是AHB总线，AHB系统总线就是用于挂载主要的外设的，AHB的意思是先进高性能总线，挂载的一般是最基本的或者性能比较高的外设，比如复位和时钟控制这些最基本的电路和SDIO。AHB系统总线通过两个桥接，接到了APB1和APB2两个外设总线上，这个APB的意思是先进外设总线，用于连接一般的外设，因为AHB和APB的总线协议、总线速度、还有数据传送格式的差异，所以中间需要加两个桥接，来完成数据的转换和缓存。

AHB的整理性能比APB高一些，其中APB2的性能又比APB1高一些。APB2一般是和AHB用频率的，都是72MHz，APB1一般是36MHz，所以APB2连接的都是一般外设中稍微重要的部分比如GPIO端口和外设的一号选手，比如UASRT1、SPI1、TIM1、TIM8......

DMA

DMA可以看作内核CPU的小秘书，一些大量数据搬运的活，让CPU来干就太浪费时间了，比如有一个外设ADC模数转换，这个模数转换可以配置成连续模式，比如1ms转换一次，转换完的数据必须转运出来，否则数据就会被覆盖丢失，如果直接让CPU来干这个活，那CPU每过1ms就得来转运一下数据，这样会费时费力，影响CPU的正常工作，而且这个活就是简单的数据搬运，也没必要让CPU来，于是DMA这个小秘书就有用了，DMA主要就是干这些像数据搬运这样的，简单且反复要干的事情，那DMA通过DMA总线连接到总线矩阵上，他可以拥有和CPU一样的总线控制权，用于访问这些外设小弟，当需要DMA搬运数据时，外设小弟就会通过请求线发送DMA请求，然后DMA就会获得总线控制权，访问并转运数据，整个过程不需要CPU的参与，省下了CPU的时间用来干其他的事情，这就是DMA的用途。

芯片的引脚定义

标红色的是电源相关的引脚，标蓝色的是最小系统相关的引脚，标绿色的是IO口、功能口这些引脚。

类型：S代表电源，I代表输入，O代表输出，IO代表输入输出。

IO口电平：代表IO口所能容忍的电压。FT代表它能容忍5V的电压。没有FT的只能容忍3.3V的电压。如果没有FT的需要接5V的电平，就需要加装电平转换电路了。

STM32启动配置

启动配置便是BOOT0和BOOT1两根引脚的功能，启动配置的作用就是指定程序开始运行的位置，一般情况下，程序都是在Flash程序存储器开始执行，但是在某些形况下，我们也可以让程序在别的地方开始执行，用以完成特殊的功能。

例如，在STM32F10XXX里，可以通过BOOT0\BOOT1引脚来选择三种不同的启动模式，当BOOT0引脚为0，也就是接地的意思，这个时候BOOT1接X，就是无论接什么，启动模式都是在主闪存存储器的模式，这时候主闪存存储器被选为启动区域，也就是正常的执行Flash闪存里面的程序，这个模式是最常用的模式，一般情况下都是这个配置。

BOOT1接0，BOOT0接1，接1就是接到3.3V电源正的意思，那启动模式就是系统存储器，说明系统存储器被选为启动区域，其实这个模式就是用来做串口下载用的，这个系统存储器存的就是STM32中的一段BootLoder程序，BootLoder程序的作用就是接收串口的数据，然后刷新到主闪存中，这样就可以使用串口下载程序了，一般我们需要串口下载程序的时候会配置到这个模式上。

BOOT1接1，BOOT0接1，这时配置的是内置SRAM启动，这个模式主要是用来进行程序调试的。

BOOT引脚的值是在上电复位后的一瞬间有效，之后就随便了，也就是在上电的瞬间，PB2是BOOT1的功能，当第4个时钟后就是Pb2的功能了。

STM32最小系统电路

一般来说，我们单片机只有一个芯片是无法进行工作的，我们需要为它连接最基本的电路，这些最基本的电路就叫做最小系统电路。

供电电路

可以看到在3.3V和GND之间会连接一个滤波电容，这个电容可以保证供电电压的稳定，像我们在设计电路的时候，一般只要遇到供电，就会习惯的加上几个滤波电容。

VBAT是用来接备用电池的，3V的纽扣电池正极接VBAT，负极接GND就可以了，备用电池是给RTC和备份寄存器服务的，如果不需要这些功能，就不用接备用电池，那VBAT直接接3.3V即可，或者悬空也是没问题的。

晶振电路

晶振电路在这里接了一个8Mhz的主时钟晶振，STM32的主晶振一般都是8MHz，8MHz经过内部的锁相环倍频，得到72MHz的主频。这个晶振的两根引脚分别通过OSC IN、OSC OUT这两个网络编号，接到STM32的5、6号引脚，另外还需要接两个20pF的电容，作为启震电容，电容的另一端接地即可。

如果你需要RTC功能的话，还需要再接一个32.768KHz的晶振，电路和这个一样，接在3、4号引脚上，OSC32就是32.768KHz晶振的意思，为什么要用32.768KHz的晶振呢？因为32768是2的15次方，内部RTC电路经过2的15次方分频，就可以生成1秒的时间信号了

复位电路

复位电路是一个10k的电阻和0.1uF的电容组成的，它用来给单片机提供复位信号，这中间的NRST接在STM32的7号引脚上，NRST是低电平复位的，当这个复位电路在上电的瞬间，电容是没有电的，电源通过电阻开始向电容充电，并且此时电容呈现的是短路状态，那NRST引脚就会产生低电平，当电容逐渐充满电时，电容就相当于断路，此时NRST就会被R1上拉为高电平。

所以，上电的瞬间的波形就是先低电平，然后逐渐高电平，这个低电平就可以提供STM32的上电复位信号，当然电容充电还是非常快的，所以在我们看来，单片机就在上电的一瞬间就复位了。

电容的左边还提供一个复位按键，提供一个手动的复位功能，当我们按下按键时，电容被放电，并且NRST引脚也通过按键被直接接地了，这就相当于手动产生了低电平复位信号，按键松下后，NRST又回归高电平，此时单片机就从复位状态转为工作状态。

启动配置

H1相当于开关的作用，拨动这个开关，就可以让BOOT引脚选择接3.3V还是GND了，在最小系统板上，使用的是跳线帽来充当开关的。

当跳线帽插在左边两个脚时，就相当于接地：

当跳线帽插在右边两个脚时，就相当于接3.3V：

这样就可以配置BOOT的高低电平了。

下载端口

如果你是STLINK下载程序的话，那需要把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如果自己的板子有供电的话可以不引。