STM32F407ZG_入门

目录

1.首选学习/讨论资源：

2.打牢基础

3.命名规则：STM32F407ZGT6

4.程序下载

5.创建项目：

6.Keil环境的美化：

7.extern外部声明：

8.typedef类型别名：

9.STM32_GPIO工作原理：

9.1 端口复用功能：

9.2 端口重映射功能：

9.3 STM32所用的I/O口都可以作为外部中断；

9.4 GPIO：

9.4.1 GPIO是什么？

9.4.2 GPIO简介：

9.4.3 GPIO主要特性：

9.4.4 GPIO主要功能：

9.4.5 IO引脚复用器和映射：

9.4.6 GPIO端口模式寄存器(GPIOx_MODER)

9.4.7 GPIO端口输出类型寄存器 (GPIOx_OTYPER)

9.4.8 GPIO输出速度寄存器 (GPIOx_OSPEEDR)

9.4.9 GPIO端口上拉下拉寄存器 (GPIOx_PUPDR)

9.4.10 GPIO_16个IO端口

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1.首选学习/讨论资源：

        开源电子网STM32-F3/F4/F7/H7专区-OpenEdv-开源电子网;

2.打牢基础

         MCU最基本的外设主要包括：GPIO输入输出；外部中断；定时器；串口；学习完最基本的外设需要在此基础上学习更加高级的外设接口：SPI、IIC、WDG、AD/DA、UCOS、FATFS等等；根据我们多年的学习经验，想要学习一个新事物，必须打牢基础，认真分析基础知识。

3.命名规则：STM32F407ZGT6

        STM32：基于ARM（ ARM 即Advanced RISC Machines的缩写,既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。）的32位微处理器；

        F：通用类型；

        407：产品子系列；ag：101/102/103/104；

        Z：引脚数目；z=144脚；

        G：1024k字节的闪存存储器；

        T：封装类型；

        6：可适应温度；

4.程序下载

        STM32程序下载有两个方式：FLYMCU或者JLINK（在此选择ST-LINK，和JLINK不尽相同）下载；

        一、FLYMCU下载不同于51单片机的是：存在串口1、串口2、串口3；分别为TX/RX；但需要注意，通过串口下载只能通过串口1，即PA9，PA10引脚；下载工具配置：1.搜索串口，选在CH340串口；2.选择波特率，F1板子不同于F4板子，F4板子波特率设置76800，不宜过高；STMISP勾选效验和编程后执行；3.不要勾选选择字节区；4. 选择：DTR低电平复位，RTS高电平进bootLoader；

        二、ST-LINK下载；ST-LINK下载需要配置Keil；首先，Debug需要勾选---Run to main；选择ST-Link Debugger，Setting，在Port优先选择SW（占内存小），Max选择4MHz（1-5MHz均可），Flash Down Load勾选Reset and Run；Add处---板子相应配置（在此特别注意不同板子的配置不同，根据自己的板子去配置）；Utilities处勾选Use Debug Driver；STM32F407ZGT6选择STM32F4xx Flash；在此推荐使用ST-LINK下载，ST-LINK不仅仅可以用来下载程序，很重要的功能是可以用来调试程序；

        在调试ST-LINK的过程中，遇到了很多困难，在此分享给大家，希望对初学者有一定的帮助；

        Firstly，如果初学者考虑选择ST-LINK下载程序，电脑一定要下载ST-LINK驱动，如安装成功，电脑的硬件处会显示STM32 STLINK（不同系统可能显示的不同，WIN10显示如前所示）；下载首先安装dpinst_amd64.exe，如果安装没有报错，安装驱动成功；如果不巧，安装报错，不要气馁，作为报错的其中一员，提供解决方案如下，安装失败在ST-LINK旁会附带黄色感叹号，直接点击设备名称，在弹出的界面点击更新设备驱动，选择本地驱动文件的地址进行更新即可；

        Secondly，在配置Keil时，出现“ST-LINK USB communication error”报错的解决方案；经查找，该报错的原因是Keil版本和ST-LINK版本不兼容所造成的，需要更新ST-LINK固件库，满足Keil高版本的要求；更新固件库流程如下：打开ST-LINK固件升级包，Window电脑选择Window文件 ，点击ST-LinkUpgrade.exe，Device -connect，如果连接失败，尝试重新接入ST-Link即可，点击YES，完成升级；

5.创建项目：

        创建一个项目的过程严格按照STM32中文手册创建即可；在此需要强调的一点是：在导入项目   .C   文件时，注意：stm32f4xx_fmc.c（STM32F42和STM32F43系列才会用到）一定要删掉；经本人测试，如果不删掉该文件，最简单的LED实验会报错30处，所以切记该文件一定要删掉；另外需要注意的是：在创建项目时，基于Keil的所有设置都需要建立在英文下，中文的设计一律无效；包括标点符号都需要在英文状态下输出；

        创建一个工程的实质：学习如何创建工程，并不仅仅局限于STM32开发板的学习，更多的是要学会拿到一个新的开发板，如何去创建一个工程，创建一个工程最基本的需要一个main函数；同时很重要的需要一个startup_stm32f40_41xxx.s的起始文件；保证无论运行哪一个程序，我都要先去运行这个起始文件；其他的  .c  文件都是基于本次所要实现功能而设置的；包括延迟函数等等；

6.Keil环境的美化：

        Edit->Configuration 进行设置即可；

7.extern外部声明：

        extern unsigned int USART_RX_STA；外部声明的意思是说我们在main.c文件中使用USART_RX_STA；使用外部声明不需要再次定义，extern的存在就是要告诉程序，USART_RX_STA已经在其他文件中定义过了，让程序自行去寻找；在此我不再定义而直接使用；

8.typedef类型别名：

        在结构体中：

struct_GPIO
{
	_IO uint32_t MODER;
	_IO_uint32_t OTYPER;
}

        定义结构体GPIO：   struct _GPIO   GPIOA；   可以更简洁的通过Typedef定义；

typedef struct
{
	_IO uint32_t MODER;
	_IO_uint32_t OTYPER;
}GPIO_Typedef;

        在此：  GPIO_Typedef   和   struct_GPIO    功能是相同的；

9.STM32_GPIO工作原理：

9.1 端口复用功能：

        STM32的绝大多数端口都具有端口复用功能，所谓复用，就是端口不仅仅只做I/O接口，还可以作为一些外设的引脚，比如STM32_A9_A10引脚，既作为I/O引脚，又作为串口输入输出引脚；51单片机，P2^4/P2^5引脚既作为控制LED等引脚，又作为外部中断引脚；其作用：最大限度利用端口资源；

9.2 端口重映射功能：

        把某些功能引脚映射到其他引脚；简单来说就是比如STM32_A9_A10串口输入输出引脚，同时可以映射到其他引脚，也就是其他引脚在端口复用功能下，不仅仅做I/O接口，还具备串口输入输出；其作用：方便PCB布线；

9.3 STM32所用的I/O口都可以作为外部中断；

        而51单片机只有两个I/O口可以作为外部中断；再次体现STM32功能的强大；

9.4 GPIO：

9.4.1 GPIO是什么？

        GPIO，英文全称General-Purpose IO ports，也可以称为通用IO口。在嵌入式的系统中，通常存在着数量众多的GPIO接口，对于结构比较简单的外部设备，有的需要CPU为之提供控制手段，有的则需要CPU为之提供输入信号。在对这些设备进行控制时，使用传统的串行口和并行口都不合适，所以在微控制芯片上一般都会提供“通用可编程IO接口”，即GPIO；

        GPIO至少含有两个寄存器，即通用IO控制寄存器、通用IO数据寄存器。数据寄存器直接接到芯片的外部，控制寄存器对每一位寄存器的作用，即信号流通的方向加以设置。这样，有无GPIO接口成为微控制器区别于微处理器的一个重要特征。

9.4.2 GPIO简介：

        STM32F4xx系列每个通用的I/O端口包括4个32位配置（控制）寄存器（GPIOx_MODER、GPIOx_OTYPER、GPIOx_OSPOSPEEDR、GPIOx_PUPDR）2个32位数据寄存器（GPIOx_IDR、GPIOx_ODR）1个32位置位/复位寄存器（GPIOx_BSRR）1个32位锁定寄存器（GPIOx_LCKR）2个32位复位功能选择寄存器（GPIOx_AFRH、GPIOx_AFRL）；共10个寄存器；

        4个32位的控制寄存器中GPIOx_MODER主要用于选择IO方向（上拉、下拉、浮空、模拟），GPIOx_OTYPER主要用于选择输出类型（开漏、推挽），GPIOx_OSPOSPEEDR主要用于选择相应的速度（无论采用哪种IO方向，都直接将IO速度接到GPIOx_OSPOSPEEDR寄存器位），GPIOx_PUPDR主要用于选择上拉还是下拉。

        2个32位数据寄存器中GPIOx_ODR用于存储待输出的数据，可对其进行读/写访问，通过IO口将输出的数据存储到GPIOx_IDR中，它是一个只读寄存器。GPIOx_IDR输入数据寄存器是一个只读寄存器；GPIOx_ODR输出数据寄存器这些位可通过软件读取和写入；

        1个32位置位/复位寄存器GPIOx_BSRR它允许应用程序在输出数据寄存器GPIOx_ODR中对各个单独的数据执行置位和复位操作；1个32位置位/复位寄存器GPIOx_BSRR是输出寄存器GPIOx_ODR的两倍；即GPIOx_ODR对应GPIOx_BSRR中两个控制位：BSRR(i) 和 BSRR(i+SIZE)。当写入 1 时，BSRR(i) 位会置位对应的 ODR(i) 位。当写入 1 时，BSRR(i+SIZE) 位会清零 ODR(i) 对应的位。在 GPIOx_BSRR 中向任何位写入 0 都不会对 GPIOx_ODR 中的对应位产生任何影响。如果 在 GPIOx_BSRR 中同时尝试对某个位执行置位和清零操作，则置位操作优先。

        1个32位锁定寄存器（GPIOx_LCKR）：当特定的写程序应用到GPIOx_LCKR时，可以冻结GPIO控制寄存器。冻结的寄存器包括4个32位控制寄存器（GPIOx_MODER、GPIOx_OTYPER、GPIOx_OSPEEDR、GPIOx_PUPDR）和2个32位数据寄存器（GPIOx_AFRL 和 GPIOx_AFRH）。要对 GPIOx_LCKR 寄存器执行写操作，必须应用特定的写/读序列。当正确的 LOCK 序列应用到此寄存器的第 16 位后，会使用 LCKR[15:0] 的值来锁定 I/O 的配置（在写序列期间，LCKR[15:0] 的值必须相同）。将 LOCK 序列应用到某个端口位后，在执行下一次复位之前，将无法对该端口位的值进行修改。每个 GPIOx_LCKR 位都会冻结控制寄存器（GPIOx_MODER、GPIOx_OTYPER、GPIOx_OSPEEDR、GPIOx_PUPDR、GPIOx_AFRL 和 GPIOx_AFRH）中的对应位。

        2个32位复位功能选择寄存器（GPIOx_AFRH、GPIOx_AFRL）意味着可使用 GPIOx_AFRL 和 GPIOx_AFRH 复用功能寄存器在每个 GPIO 上复用多个可 用的外设功能。

9.4.3 GPIO主要特性：

●受控 I/O 多达 16 个

●输出状态：推挽或开漏 + 上拉/下拉

●从输出数据寄存器 (GPIOx_ODR) 或外设（复用功能输出）输出数据

●可为每个 I/O 选择不同的速度

●输入状态：浮空、上拉/下拉、模拟

●将数据输入到输入数据寄存器 (GPIOx_IDR) 或外设（复用功能输入）

●置位和复位寄存器 (GPIOx_BSRR)，对 GPIOx_ODR 具有按位写权限

●锁定机制 (GPIOx_LCKR)，可冻结 I/O 配置

●模拟功能

●复用功能输入/输出选择寄存器（一个 I/O 最多可具有 16 个复用功能）

●快速翻转，每次翻转最快只需要两个时钟周期

●引脚复用非常灵活，允许将 I/O 引脚用作 GPIO 或多种外设功能中的一种

9.4.4 GPIO主要功能：

        四个输入：输入浮空、输入上拉、输入下拉、模拟功能；

输入浮空：顾名思义，就是浮在空中，既不上去也不下来，也就是没有上拉电阻把你拉上去，也没有下拉电阻把你拉下来，最大的特点就是电压的不确定性，可能是0V，也可能是VCC；

        对 I/O 端口进行编程作为输入时：

        ●输出缓冲器被关闭

        ●施密特触发器输入被打开

        ●根据 GPIOx_PUPDR 寄存器中的值决定是否打开上拉和下拉电阻

        ●输入数据寄存器每隔 1 个 AHB1 时钟周期对 I/O 引脚上的数据进行一次采样

        ●对输入数据寄存器的读访问可获取 I/O 状态

        四个输出：具有上拉和下拉功能的开漏输出（推挽输出、复用功能推挽、复用功能开漏）；

开漏输出：GPIO_Mode_OUT_OD(开漏输出)；GPIO_Mode_AF_OD(复用开漏输出)；开漏模式下，GPIO输出0对应IO口接GND，GPIO输出1对应IO口处于高阻态状态(浮空状态)，需要接上拉电阻才能输出高电平；

推挽输出：GPIO_Mode_OUT_PP(推挽输出)；GPIO_Mode_AF_PP(复用推挽输出)；推挽模式下，GPIO输出0对应IO接GND，输出1对应IO口接VCC；

        对 I/O 端口进行编程作为输出时：

        ●输出缓冲器被打开：

                —、开漏模式：输出寄存器中的“0”可激活 N-MOS，而输出寄存器中的“1”会使端 口保持高组态 (Hi-Z)（P-MOS 始终不激活）。

                二、推挽模式：输出寄存器中的“0”可激活 N-MOS，而输出寄存器中的“1”可激活 P-MOS。

        ●施密特触发器输入被打开

        ●根据 GPIOx_PUPDR 寄存器中的值决定是否打开弱上拉电阻和下拉电阻

        ●输入数据寄存器每隔 1 个 AHB1 时钟周期对 I/O 引脚上的数据进行一次采样

        ●对输入数据寄存器的读访问可获取 I/O 状态        

        ●对输出数据寄存器的读访问可获取最后的写入值

推挽输出和开漏输出的区别：就电流大小而言，开漏输出输出的是弱电流（基本上可以说是没电流），只是给外部一个电平信号，根本没有驱动能力；而推挽输出输出的是强电流，是具有驱动能力的。举个简单例子：STM32控制LED时，如果是开漏输出电流的话，LED灯是根本不会亮的。总的来说，开漏输出能实现的，推挽输出都能实现，开漏输出通常用于信号的处理；例如：IIC、SPI等。

每个IO端口均可自由进行编程，但IO端口寄存器必须按照32位字、半字或字节进行访问。

         根据上图，当我进行GPIO输入时，会从右侧IO引脚进入，浮空输入会平滑的向左，既不经过上拉电阻，也不经过下拉电阻，通过TTL施密特触发器，输出到数据寄存器进行读取；上拉输入和下拉输入分别经过上拉电阻和下拉电阻进行输入；模拟输入就是通过上方模拟箭头进行输入；输出主要从左侧进行，首先通过置位/复位寄存器，来到输出数据寄存器，当输出0时，N-MOS管启动，IO引脚输出0；当输出1时，P-MOS管启动，IO引脚输出1；

9.4.5 IO引脚复用器和映射：

        当微控制器IO引脚通过一个复用器连接到板载外设/模块，该复用器一次仅允许一个外设的复用功能（AF）连接到IO引脚，这样可以确保共用一个IO引脚的外设之间不会发生冲突；简单来说就是STM32微控制器的IO引脚不仅仅作为GPIO接口，也作为一些外设的接口，例如中断、定时器、蜂鸣器、电机、按键等等，当复位功能启动时，每次只允许一个外设的引脚连接，就是同一个引脚，假如我既接着按键，又接着蜂鸣器，想要使用按键功能时，蜂鸣器的接口就会关闭，避免不同外设之间发生冲突；

        每一个IO引脚都有一个复用器，复用器采用16路服用功能输出（AF0-AF15），可通过复用功能控制寄存器对这些输入进行配置；GPIOx_AFRL针对引脚0-7；GPIOx_AFRH针对引脚8-15；

 2个32位的GPIO复位控制寄存器会为AF0-AF15选择专用的复用功能；

9.4.6 GPIO端口模式寄存器(GPIOx_MODER)

        GPIO端口模式寄存器(GPIOx_MODER)选择端口模式（上拉、下拉、浮空、模拟）；

        位2y：2y+1  MODERy[1:0]：这些位通过软件写入，用于配置IO方向模式；

        00：输入（复位状态）；

        01：通用输出模式；

        10：复用功能模式；

        11：模拟模式；   

9.4.7 GPIO端口输出类型寄存器 (GPIOx_OTYPER)

        GPIO端口输出类型寄存器(GPIOx_OTYPER)选择输出类型（推挽、开漏）；

        这些位通过软件写入，用于配置 I/O 端口的输出类型。

        0：输出推挽（复位状态）

         1：输出开漏

9.4.8 GPIO输出速度寄存器 (GPIOx_OSPEEDR)

        这些位通过软件写入，用于配置 I/O 输出速度。

        00：2 MHz（低速）

        01：25 MHz（中速）

        10：50 MHz（快速）         

        11：30 pF 时为 100 MHz（高速）（15 pF 时为 80 MHz 输出（最大速度））

9.4.9 GPIO端口上拉下拉寄存器 (GPIOx_PUPDR)

        这些位通过软件写入，用于配置 I/O 上拉或下拉。

        00：无上拉或下拉

        01：上拉

        10：下拉

        11：保留

9.4.10 GPIO_16个IO端口

        通过原理图可以看到STM32_MCU微控制器含有7组IO接口（PA0-PA15、PB0-PB15、PC0-PC15、PD0-PD15、PE0-PE15、PF0-PF15、PG0-PG15）每组IO口含有下面10个寄存器。一共可以控制一组GPIO的16个IO口；

        GPIOx_MODER：端口模式寄存器

        GPIOx_OTYPER：端口输出类型寄存器

        GPIOx_OSPEEDR：端口输出速度寄存器

        GPIOx_PUPDR：端口上拉下拉寄存器

        GPIOx_IDR：端口输入数据寄存器

        GPIOx_ODR：端口输出数据寄存器

        GPIOx_BSRR：端口置位/复位寄存器

        GPIOx_LCKR：端口配置锁存寄存器

        GPIOx_AFRL、GPIOx_AFRH：两个复位功能寄存器