STM32F4开发板硬件平台简介

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前言

实践出真知，要想学好 STM32F4，实验平台必不可少！这篇博文将详细介绍一个用来学习STM32F4 的硬件平台：ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板，通过该篇的介绍，你将了解到ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板的功能及特点。

一、ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板资源初探

1.开发板资源图

从上图 可以看出，ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板，资源十分丰富，并把 STM32F407
的内部资源发挥到了极致，基本所有 STM32F407 的内部资源，都可以在此开发板上验证，同
时扩充丰富的接口和功能模块，整个开发板显得十分大气。

2.ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载资源汇总

◆ CPU：STM32F407ZGT6，LQFP144，FLASH：1024K，SRAM：192K；
◆ 外扩 SRAM：IS62WV51216，1M 字节
◆ 外扩 SPI FLASH：W25Q128，16M 字节
◆ 1 个电源指示灯（蓝色）
◆ 2 个状态指示灯（DS0：红色，DS1：绿色）
◆ 1 个红外接收头，并配备一款小巧的红外遥控器
◆ 1 个 EEPROM 芯片，24C02，容量 256 字节
◆ 1 个六轴（陀螺仪+加速度）传感器芯片，MPU6050
◆ 1 个高性能音频编解码芯片，WM8978
◆ 1 个 2.4G 无线模块接口，支持 NRF24L01 无线模块
◆ 1 路 CAN 接口，采用 TJA1050 芯片
◆ 1 路 485 接口，采用 SP3485 芯片
◆ 2 路 RS232 串口（一公一母）接口，采用 SP3232 芯片
◆ 1 路单总线接口，支持 DS18B20/DHT11 等单总线传感器
◆ 1 个 ATK 模块接口，支持 ALIENTEK 蓝牙/GPS 模块
◆ 1 个光敏传感器
◆ 1 个标准的 2.4/2.8/3.5/4.3/7 寸 LCD 接口，支持电阻/电容触摸屏
◆ 1 个摄像头模块接口
◆ 1 个 OLED 模块接口
◆ 1 个 USB 串口，可用于程序下载和代码调试（USMART 调试）
◆ 1 个 USB SLAVE 接口，用于 USB 从机通信
◆ 1 个 USB HOST(OTG)接口，用于 USB 主机通信
◆ 1 个有源蜂鸣器
◆ 1 个 RS232/RS485 选择接口
◆ 1 个 RS232/模块选择接口
◆ 1 个 CAN/USB 选择接口
◆ 1 个串口选择接口
◆ 1 个 SD 卡接口（在板子背面）
◆ 1 个百兆以太网接口（RJ45）
◆ 1 个标准的 JTAG/SWD 调试下载口
◆ 1 个录音头（MIC/咪头）
◆ 1 路立体声音频输出接口
◆ 1 路立体声录音输入接口
◆ 1 路扬声器输出接口，可接 1W 左右小喇叭
◆ 1 组多功能端口（DAC/ADC/PWM DAC/AUDIO IN/TPAD）
◆ 1 组 5V 电源供应/接入口
◆ 1 组 3.3V 电源供应/接入口
◆ 1 个参考电压设置接口
◆ 1 个直流电源输入接口（输入电压范围：DC6~16V）
◆ 1 个启动模式选择配置接口
◆ 1 个 RTC 后备电池座，并带电池
◆ 1 个复位按钮，可用于复位 MCU 和 LCD
◆ 4 个功能按钮，其中 KEY_UP(即 WK_UP)兼具唤醒功能
◆ 1 个电容触摸按键
◆ 1 个电源开关，控制整个板的电源
◆ 独创的一键下载功能
◆ 除晶振占用的 IO 口外，其余所有 IO 口全部引出

3.ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板的特点

①接口丰富。板子提供十来种标准接口，可以方便的进行各种外设的实验和开发。

②设计灵活。板上很多资源都可以灵活配置，以满足不同条件下的使用。我们引出了除晶
振占用的 IO 口外的所有 IO 口，可以极大的方便大家扩展及使用。另外板载一键下载
功能，可避免频繁设置 B0、B1 的麻烦，仅通过 1 根 USB 线即可实现 STM32 的开发。

③资源充足。主芯片采用自带1M字节FLASH的STM32F407ZGT6，并外扩1M字节SRAM
和 16M 字节 FLASH，满足大内存需求和大数据存储。板载高性能音频编解码芯片、六
轴传感器、百兆网卡、光敏传感器以及各种接口芯片，满足各种应用需求。

④人性化设计。各个接口都有丝印标注，且用方框框出，使用起来一目了然；部分常用外
设大丝印标出，方便查找；接口位置设计合理，方便顺手。资源搭配合理，物尽其用。

二、ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板资源说明

1.硬件资源说明

这里我们首先详细介绍探索者 STM32F4 开发板的各个部分（第一张图的标记部分）的硬
件资源，这里将按逆时针的顺序依次介绍。

1. NRF24L01 模块接口
   这是开发板板载的 NRF24L01 模块接口（U6），只要插入模块，我们便可以实现无线通信，
   从而使得我们板子具备了无线功能，但是这里需要 2 个模块和 2 个开发板同时工作才可以。如
   果只有 1 个开发板或 1 个模块，是没法实现无线通信的。
2. W25Q128 128M FLASH
   这是开发板外扩的 SPI FLASH 芯片（U11），容量为 128Mbit，也就是 16M 字节，可用于
   存储字库和其他用户数据，满足大容量数据存储要求。当然如果觉得 16M 字节还不够用，你可
   以把数据存放在外部 SD 卡。
3. SD 卡接口
   这是开发板板载的一个标准 SD 卡接口（SD_CARD），该接口在开发板的背面，采用大 SD
   卡接口（即相机卡，TF 卡是不能直接插的，TF 卡得加卡套才行），SDIO 方式驱动，有了这个
   SD 卡接口，就可以满足海量数据存储的需求。
4. 引出 IO 口（总共有三处）
   这是开发板 IO 引出端口，总共有三组主 IO 引出口：P3、P4 和 P5。其中，P3 和 P4 分别
   采用 222 排针引出，总共引出 86 个 IO 口，P5 采用 116 排针，按顺序引出 FSMC_D0~D15
   等 16 个 IO 口。而 STM32F407ZGT6 总共只有 112 个 IO，除去 RTC 晶振占用的 2 个 IO，还剩
   下 110 个，前面三组主引出排针，总共引出：102 个 IO，剩下的分别通过：P6、P9、P10 和 P11
   引出。
5. JTAG/SWD 接口
   这是 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板板载的 20 针标准 JTAG 调试口（JTAG），该 JTAG
   口直接可以和 ULINK、JLINK 或者 STLINK 等调试器（仿真器）连接，同时由于 STM32 支持
   SWD 调试，这个 JTAG 口也可以用 SWD 模式来连接。
   用标准的 JTAG 调试，需要占用 5 个 IO 口，有些时候，可能造成 IO 口不够用，而用 SWD
   则只需要 2 个 IO 口，大大节约了 IO 数量，但他们达到的效果是一样的，所以我们强烈建议仿
   真器使用 SWD 模式！
6. CAN/USB 选择口
   这是一个 CAN/USB 的选择接口（P11），因为 STM32 的 USB 和 CAN 是共用一组 IO（PA11
   和 PA12），所以我们通过跳线帽来选择不同的功能，以实现 USB/CAN 的实验。
7. USB 串口/串口 1
   这是 USB 串口同 STM32F407ZGT6 的串口 1 进行连接的接口（P6），标号 RXD 和 TXD 是
   USB 转串口的 2 个数据口（对 CH340G 来说），而 PA9(TXD)和 PA10(RXD)则是 STM32 的串口
   1 的两个数据口（复用功能下）。他们通过跳线帽对接，就可以和连接在一起了，从而实现 STM32
   的程序下载以及串口通信。
   设计成 USB 串口，是出于现在电脑上串口正在消失，尤其是笔记本，几乎清一色的没有串
   口。所以板载了 USB 串口可以方便大家下载代码和调试。而在板子上并没有直接连接在一起，
   则是出于使用方便的考虑。这样设计，你可以把 ALIENTEK 探索者 STM32F4 开发板当成一个
   USB 转 TTL 串口，来和其他板子通信，而其他板子的串口，也可以方便地接到 ALIENTEK 探
   索者 STM32F4 开发板上。
8. STM32F407ZGT6
   这是开发板的核心芯片（U4），型号为：STM32F407ZGT6。该芯片集成 FPU 和 DSP 指令，
   并具有 192KB SRAM、1024KB FLASH、12 个 16 位定时器、2 个 32 位定时器、2 个 DMA 控
   制器（共16个通道）、3个SPI、2个全双工I2S、3个IIC、6个串口、2个USB（支持HOST /SLAVE）、
   2 个 CAN、3 个 12 位 ADC、2 个 12 位 DAC、1 个 RTC（带日历功能）、1 个 SDIO 接口、1 个
   FSMC 接口、1 个 10/100M 以太网 MAC 控制器、1 个摄像头接口、1 个硬件随机数生成器、以
   及 112 个通用 IO 口等。
9. USB HOST(OTG)
   这是开发板板载的一个侧插式的 USB-A 座（USB_HOST），由于 STM32F4 的 USB 是支持
   HOST 的，所以我们可以通过这个 USB-A 座，连接 U 盘/USB 鼠标/USB 键盘等其他 USB 从设
   备，从而实现 USB 主机功能。不过特别注意，由于 USB HOST 和 USB SLAVE 是共用 PA11 和
   PA12，所以两者不可以同时使用。
10. 后备电池接口
    这是 STM32 后备区域的供电接口，可以用来给 STM32 的后备区域提供能量，在外部电源
    断电的时候，维持后备区域数据的存储，以及 RTC 的运行。
11. USB SLAVE
    这是开发板板载的一个 MiniUSB 头（USB_SLAVE），用于 USB 从机（SLAVE）通信，一
    般用于 STM32 与电脑的 USB 通信。通过此 MiniUSB 头，开发板就可以和电脑进行 USB 通信
    了。注意：该接口不能和 USB HOST 同时使用。
    开发板总共板载了 2 个 MiniUSB 头，一个（USB_232）用于 USB 转串口，连接 CH340G
    芯片；另外一个（USB_SLAVE）用于 STM32 内带的 USB。同时开发板可以通过此 MiniUSB
    头供电，板载两个 MiniUSB 头（不共用），主要是考虑了使用的方便性，以及可以给板子提供
    更大的电流（两个 USB 都接上）这两个因素。
12. USB 转串口
    这是开发板板载的另外一个 MiniUSB 头（USB_232），用于 USB 连接 CH340G 芯片，从而
    实现 USB 转串口。同时，此 MiniUSB 接头也是开发板电源的主要提供口。
13. 小喇叭
    这是开发板自带的一个 8Ω 2W 的小喇叭，安装在开发板的背面，并带了一个小音腔，可
    以用来播放音频。该喇叭由 WM8978 直接驱动，最大输出功率可达 0.9W。
14. OLED/摄像头模块接口
    这是开发板板载的一个 OLED/摄像头模块接口（P8），如果是 OLED 模块，靠左插即可（右
    边两个孔位悬空）。如果是摄像头模块（ALIENTEK 提供），则刚好插满。通过这个接口，可以
    分别连接 2 个外部模块，从而实现相关实验。
15. 光敏传感器
    这是开发板板载的一个光敏传感器（LS1），通过该传感器，开发板可以感知周围环境光线
    的变化，从而可以实现类似自动背光控制的应用。
16. 有源蜂鸣器
    这是开发板的板载蜂鸣器（BEEP），可以实现简单的报警/闹铃。让开发板可以听得见。
17. 红外接收头
    这是开发板的红外接收头（U13），可以实现红外遥控功能，通过这个接收头，可以接受市
    面常见的各种遥控器的红外信号，大家甚至可以自己实现万能红外解码。当然，如果应用得当，
    该接收头也可以用来传输数据。
18. 单总线接口
    这是开发板的一个单总线接口（U12），该接口由 4 个镀金排孔组成，可以用来接
    DS18B20/DS1820 等单总线数字温度传感器。也可以用来接 DHT11 这样的单总线数字温湿度传
    感器。实现一个接口，多个功能。不用的时候，大家可以拆下上面的传感器，放到其他地方去
    用，使用上是十分方便灵活的。
19. 2 个 LED
    这是开发板板载的两个 LED 灯（DS0 和 DS1），DS0 是红色的，DS1 是绿色的，主要是方
    便大家识别。这里提醒大家不要停留在 51 跑马灯的思维，搞这么多灯，除了浪费 IO 口，实在
    是想不出其他什么优点。
20. 复位按钮
    这是开发板板载的复位按键（RESET），用于复位 STM32，还具有复位液晶的功能，因为
    液晶模块的复位引脚和 STM32 的复位引脚是连接在一起的，当按下该键的时候，STM32 和液
    晶一并被复位。
21. 启动选择端口
    这是开发板板载的启动模式选择端口（BOOT），STM32 有 BOOT0（B0）和 BOOT1（B1）
    两个启动选择引脚，用于选择复位后 STM32 的启动模式，作为开发板，这两个是必须的。在
    开发板上，我们通过跳线帽选择 STM32 的启动模式。关于启动模式的说明，请看 2.1.8 小节。
22. 4 个按键
    这是开发板板载的 4 个机械式输入按键（KEY0、KEY1、KEY2 和 KEY_UP），其中 KEY_UP
    具有唤醒功能，该按键连接到 STM32 的 WAKE_UP（PA0）引脚，可用于待机模式下的唤醒，
    在不使用唤醒功能的时候，也可以做为普通按键输入使用。
    其他 3 个是普通按键，可以用于人机交互的输入，这 3 个按键是直接连接在 STM32 的 IO
    口上的。这里注意 KEY_UP 是高电平有效，而 KEY0、KEY1 和 KEY2 是低电平有效，大家在
    使用的时候留意一下。
23. 参考电压选择端口
    这是 STM32 的参考电压选择端口（P7），我们默认是接开发板的 3.3V（VDDA）。如果大
    家想设置其他参考电压，只需要把你的参考电压源接到 Vref+和 GND 即可。
24. MPU6050 传感器
    这是开发板板载的一个六轴传感器（U8），MPU6050 是一个高性能的六轴传感器，它内部
    集成 1 个三轴加速度传感器和 1 个三轴陀螺仪，并且带 DMP 功能，该传感器在四轴飞控方面
    应用非常广泛。所以喜欢玩四轴的朋友，也可以通过我们的开发板进行学习。
25. 触摸按钮
    这是开发板板载的一个电容触摸输入按键（TPAD），利用电容充放电原理，实现触摸按键
    检测。
26. 电源指示灯
    这是开发板板载的一颗蓝色的 LED 灯（PWR），用于指示电源状态。在电源开启的时候（通
    过板上的电源开关控制），该灯会亮，否则不亮。通过这个 LED，可以判断开发板的上电情况。
27. 多功能端口
    这是 1 个由 6 个排针组成的一个接口（P2&P12）。不过大家可别小看这 6 个排针，这可是
    本开发板设计的很巧妙的一个端口（由 P2 和 P12 组成），这组端口通过组合可以实现的功能有：
    ADC 采集、DAC 输出、PWM DAC 输出、外部音频输入、电容触摸按键、DAC 音频、PWM DAC
    音频、DAC ADC 自测等，所有这些，你只需要 1 个跳线帽的设置，就可以逐一实现。
28. 扬声器接口
    这是开发板预留的一个扬声器接口（P1），可以外接 1W（8Ω）左右的小喇叭（需自备喇叭），
    这样使用 WM8978 放音的时候，就可以直接推动喇叭输出音频了。不过，我们开发板自带了一个
    8Ω 2W 的小喇叭，所以，这里即使不外接喇叭，也是可以听到声音的！
29. 耳机输出接口
    这是开发板板载的音频输出接口（PHONE），该接口可以插 3.5mm 的耳机，当 WM8978
    放音的时候，就可以通过在该接口插入耳机，欣赏音乐。
30. 录音输入接口
    这是开发板板载的外部录音输入接口（LINE_IN）,通过咪头我们只能实现单声道的录音，
    而通过这个 LINE_IN，我们可以实现立体声录音。
31. MIC（咪头）
    这是开发板的板载录音输入口（MIC），该咪头直接接到 WM8978 的输入上，可以用来实
    现录音功能。
32. 24C02 EEPROM
    这是开发板板载的 EEPROM 芯片（U14），容量为 2Kb，也就是 256 字节。用于存储一些
    掉电不能丢失的重要数据，比如系统设置的一些参数/触摸屏校准数据等。有了这个就可以方便
    的实现掉电数据保存。
33. ATK 模块接口
    这是开发板板载的一个 ALIENTEK 通用模块接口（U7），目前可以支持 ALIENTEK 开发
    的 GPS 模块和蓝牙模块，直接插上对应的模块，就可以进行开发。后续我们将开发更多兼容该
    接口的其他模块，实现更强大的扩展性能。
34. 3.3V 电源输入/输出
    这是开发板板载的一组 3.3V 电源输入输出排针（2*3）（VOUT1），用于给外部提供 3.3V
    的电源，也可以用于从外部接 3.3V 的电源给板子供电。
    大家在实验的时候可能经常会为没有 3.3V 电源而苦恼不已，有了 ALIENTEK 探索者
    STM32F4 开发板，你就可以很方便的拥有一个简单的 3.3V 电源（USB 供电的时候，最大电流
    不能超过 500mA，外部供电的时候，最大可达 1000mA）。
35. 5V 电源输入/输出
    这是开发板板载的一组 5V 电源输入输出排针（2*3）（VOUT2），该排针用于给外部提供
    5V 的电源，也可以用于从外部接 5V 的电源给板子供电。
    同样大家在实验的时候可能经常会为没有 5V 电源而苦恼不已，ALIENTEK 充分考虑到了
    大家需求，有了这组 5V 排针，你就可以很方便的拥有一个简单的 5V 电源（USB 供电的时候，
    最大电流不能超过 500mA，外部供电的时候，最大可达 1000mA）。
36. 电源开关
    这是开发板板载的电源开关（K1）。该开关用于控制整个开发板的供电，如果切断，则整
    个开发板都将断电，电源指示灯（PWR）会随着此开关的状态而亮灭。
37. DC6~16V 电源输入
    这是开发板板载的一个外部电源输入口（DC_IN），采用标准的直流电源插座。开发板板载
    了 DC-DC 芯片（MP2359），用于给开发板提供高效、稳定的 5V 电源。由于采用了 DC-DC 芯
    片，所以开发板的供电范围十分宽，大家可以很方便的找到合适的电源（只要输出范围在
    DC6~16V 的基本都可以）来给开发板供电。在耗电比较大的情况下，比如用到 4.3 屏/7 寸屏/
    网口的时候，建议使用外部电源供电，可以提供足够的电流给开发板使用。
38. 以太网接口（RJ45）
    这是开发板板载的网口（EARTHNET），可以用来连接网线，实现网络通信功能。该接口
    使用 STM32F4 内部的 MAC 控制器外加 PHY 芯片，实现 10/100M 网络的支持。
39. RS485 总线接口
    这是开发板板载的 RS485 总线接口（RS485），通过 2 个端口和外部 485 设备连接。这里提
    醒大家，RS485 通信的时候，必须 A 接 A，B 接 B。否则可能通信不正常！
40. RS232/模块选择接口
    这是开发板板载的一个 RS232（COM3）/ATK 模块接口（U7）选择接口（P10），通过该选
    择接口，我们可以选择 STM32 的串口 3 连接在 COM3 还是连接在 ATK 模块接口上面，以实现
    不同的应用需求。这样的设计还有一个好处，就是我们的开发板还可以充当 RS232 到 TTL 串
    口的转换（注意，这里的 TTL 高电平是 3.3V）。
41. RS232/485 选择接口
    这是开发板板载的 RS232（COM2）/485 选择接口（P9），因为 RS485 基本上就是一个半
    双工的串口，为了节约 IO，我们把 RS232（COM2）和 RS485 共用一个串口，通过 P9 来设置
    当前是使用 RS232（COM2）还是 RS485。这样的设计还有一个好处。就是我们的开发板既可
    以充当 RS232 到 TTL 串口的转换，又可以充当 RS485 到 TTL485 的转换。（注意，这里的 TTL
    高电平是 3.3V）。
42. RS232 接口（公）
    这是开发板板载的一个 RS232 接口（COM3），通过一个标准的 DB9 公头和外部的串口连
    接。通过这个接口，我们可以连接带有串口的电脑或者其他设备，实现串口通信。
43. LCD 接口
    这是开发板板载的 LCD 模块接口，该接口兼容 ALIENTEK 全系列 TFTLCD 模块，包括：
    2.4 寸、2.8 寸、3.5 寸、4.3 寸和 7 寸等 TFTLCD 模块，并且支持电阻/电容触摸功能。
44. IS62WV51216 8M SRAM
    这是开发板外扩的 SRAM 芯（U3）片，容量为 8M 位，也就是 1M 字节，这样，对大内存
    需求的应用（比如 GUI）， 就可以很好的实现了
45. RS232 接口（母）
    这是开发板板载的另外一个 RS232 接口（COM2），通过一个标准的 DB9 母头和外部的串
    口连接。通过这个接口，我们可以连接带有串口的电脑或者其他设备，实现串口通信
46. CAN 接口
    这是开发板板载的 CAN 总线接口（CAN），通过 2 个端口和外部 CAN 总线连接，即 CANH
    和 CANL。这里提醒大家：CAN 通信的时候，必须 CANH 接 CANH，CANL 接 CANL，否则
    可能通信不正常！

总结

这篇博文初步介绍了ALIENTEK 探索者 STM32F4的一些信息，后面将会更新一些在这个板子实际运行的案列。