《STM32学习笔记》1——基础知识及理论

前言：之前无论是学习还是使用STM32，都是囫囵吞枣，浅尝辄止，大多数知识都是知其然不知其所以然的状态。因此，这段时间打算系统学一下STM32。相对来说，STM32知识还是很繁杂的，因此选择了提纲挈领的“洋桃”的课程（b站的STM32入门100步，相对原子野火更简短精要，但细节、全面性上肯定不如它们），先把整体知识脉络都过一遍，有一个框架性的把握，学完以后再找机会进一步加强夯实。
因此，文中的图片知识，大多数来自视频的截图（来自洋桃电子）。

欢迎大家批评指正！

一、ARM内核框架

Cortex 系列

A系列——高性能用途,面向尖端的基于虚拟内存的操作系统和用户应用
R系列——实时系统
M系列——低功耗、嵌入式用途

ARM公司只生产架构，不做具体芯片

二、STM32简介

1 主要ARM Cortex-M 处理器

Cortex-M0、M1 主要用于低功耗
Cortex-M3 中端
Cortex-M4 较高端

2 芯片厂商

ST 意法半导体比较常见，市场较广

STM32F0——ARM Cortex-M0
STM32F1——ARM Cortex-M3
STM32F4——ARM Cortex-M4

ST官网可以查阅相关芯片参数信息

3 命名规范

三、内核与存储器

1 补充信息：数据手册的使用

• 数据手册的首页——基本功能、优势、相应型号
• 目录
• 详细介绍

• F1 - 72M主频
  F4 - 108M主频

2 flash、sram

• SD、TF卡都是Flash结构
• STM32F1 有 ： 64k或128k字节的flash ; 20k字节的SRAM

四、时钟、复位、电源管理

1 电源管理

基本供电： 2.0 - 3.6V 供电（3.3V）
一些IO：兼容 5V

2 时钟管理（时钟树）

五、低功耗和ADC

1 低功耗

睡眠、停机、待机模式

2 ADC

• 2个12位ADC ，每个ADC共用多达16个外部通道
• 可DMA

六、DMA 和 IO

1 DMA

简言之，在不用CPU的情况下暂存数据

• 7通道DMA控制器
• 支持外设：定时器、ADC、SPI、IIC、USART
• 可以在 存储器到存储器、设备到存储器、存储器到设备 的 数据传输。
  每个通道有硬件请求逻辑，因此DMA是硬件完成的，不必软件参与。 软件可以触发通道。

2 I/O

• 26/37/51/80 个 I/O （对应不同引脚数的芯片）
• 所有I/O都可以映射到16个外部中断
• 几乎所有端口都可以忍受5V信号

3 GPIO

通用输入输出接口 说法不同而已

3.1 模式配置

GPIO引脚可由软件配置模式：

• 输出：推挽 / 开漏
• 输入： 带或者不带 上拉或者下拉
• 复用的功能（复用的外设）
• 除模拟输入端口，所有GPIO引脚都有大电流通过能力
• I/O引脚的外设功能可锁定
• APB2上的I/O可达18MHz的翻转速度

上拉/下拉——10k电阻
推挽——高强度，大电流输出

3.2 分组

GPIO 分组：PA0-15 、PB0-15 、PC0-15 、PD0-15 、PE0-15

七、调试模式和定时器

1 调试模式

串行单线调试SWD（接线少，更常用） 和 JTAG接口

2 定时器

• 3个16位定时器（普通）——每个有 4个 输入捕获 / 输出比较 / PWM或脉冲计数 的通道
  TIMx（2、3、4） 每个定时器都有独立的DMA请求机制
• 1个16位定时器（高级控制）—— 用于电机控制（带死区控制 紧急刹车 ）
  TIM1
• 2个看门狗定时器——独立的、窗口型的 ，正常工作会定时喂狗（清零），否则到点会复位单片机
  独立：内部独立40khz RC 振荡器；
  窗口：主时钟驱动
• 1个系统滴答定时器
  专用于实时操作系统 24位递减

八、IIC 和 USART

2个IIC、3个USART

1 IIC

多主模式或从模式，支持标准和快速模式

2 USART

USART ：通用同步/异步收发器（带同步时钟线）
UART : 通用异步收发器（没有同步时钟线）

• 常用异步模式，两者区别不大
• 所有USART 支持DMA
• USART 只是一种协议 ， 根据不同电平方式可分为RS232、RS485（两者都是一种串行通信模式的扩展接口）

九、SPI 、CAN、USB接口

1 SPI

中文名：串行外设接口

• 有2个SPI
• 有主从两种模式
• 可全双工和半双工
• 最大通信速率 18M/S
• 3个预分频器，设置8种频率
• 主持 DMA
• SPI 用于板级设备间通信
• SPI特点：协议简单稳定，速度较快
• 片选 CS 口不并联，通信速度比IIC更快

2 CAN

中文名：控制器区域网络

• 有1个CAN总线
• 没有主从的硬性设置（每个设备平等）
• 最高 1M/S
• 收发 11位标识符的标准帧，以及 29位标识符的扩展帧
• 特点：协议较复杂，通信速度快、距离远，稳定。自动查错
• 常用于汽车、工业级的智能设备通信 （楼道的可视门铃，道路上的摄像头等）

3 USB

中文名： 通用串行总线

• 一个USB接口，只可做设备控制器（只能作为类似键盘鼠标的外接设备）
• 2.0 全速 12M/s
• 待机、唤醒功能
• 由内部PLL倍频器提供时钟

十、CRC校验和芯片ID

1 CRC 计算单元

中文名 ： 循环冗余校验码(Cyclic Redundancy Check)

• 用于数据传输正确性检错。
• 由一个32位的数据字产生
• 可应用在FLASH检测
• 可用于软件签名及对比

2 芯片ID

• 96位编码
• 作用：产品序列号、密码、保护程序不可被复制

十一、前面内容总结回顾

1 模块划分

2 其他功能

2.1 NVIC

中文名：嵌套的向量式中断控制器

• F103 可以处理 43个可屏蔽中断通道和16个优先级

2.2 EXTI

中文名： 外部中断/时间控制器

• 含有19个边沿检测器，用于产生中断/时间请求

2.3 自举模式

启动时，在自举引脚可选择自举模式：

• 从程序闪存存储器自举
• 从系统存储器自举
• 从内部SRAM自举

2.4 时钟和启动

• AHB-高性能总线，用于CPU、DMA、DSP（数字信号处理）的通信
• APB-外围总线，用于内部其他功能的通信
• APB分为高速APB2和低速APB1

3 总体功能模块图