（学习日记）2023.04.28

写在前面：
由于时间的不足与学习的碎片化，写博客变得有些奢侈。
但是对于记录学习（忘了以后能快速复习）的渴望一天天变得强烈。
既然如此
不如以天为单位，以时间为顺序，仅仅将博客当做一个知识学习的目录，记录笔者认为最通俗、最有帮助的资料，并尽量总结几句话指明本质，以便于日后搜索起来更加容易。


标题的结构如下：“类型”：“知识点”——“简短的解释”
部分内容由于保密协议无法上传。


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一、STM32 特点

1、什么是stm32

新的基于ARM内核的32位MCU系列，内核为 Cortex-M 内核，是标准的ARM架构

（1）特点

• 高性能
• 低电压
• 低功耗
• 创新的内核以及外设
• 简单易用
• 自由
• 低风险

（2）优势

• 极高的性能： 主流的Cortex内核。
• 丰富合理的外设，合理的功耗，合理的价格。
• 强大的软件支持：丰富的软件包。
• 全面丰富的技术文档。
• 芯片型号种类多，覆盖面广。
• 强大的用户基础：最先成功试水CM4芯片的公司，积累了大批的用户群体，为其领先做铺垫。

2、Cortex内核

（1）架构

Cortex-M:微控制器，频率不是很高，常用于工业与控制，追求的是稳定可靠，寿命长;STM32作为代表经典系列:ARM7、ARM9、ARM 11

Cortex-M4采用ARMv7-ME架构

ARMv7架构定义了三大分工明确的系列：

• “A”系列：面向尖端的基于虚拟内存的操作系统和用户应用
• “R”系列：针对实时系统
• “M”系列：针对微控制器

Cortex-M3采用ARMv7-M架构，Cortex-M0采用ARMv6-M架构，Cortex-A5/A8采用ARMv7-A架构， 传统的ARM7系列采用的是ARMv4T架构。

ARMv7-ME架构是2007年以后才出现的架构，所以最近的板子一般都是采用Cortex内核。

（2）特点

• 浮点运算能力
• 增强的DSP处理指令

3、Cortex-M4的低功耗设计

4、Cortex-M家族：STM328大系列产品

5、STM32命名规则

STM32与ARM之间的关系

ARM是英国的一家芯片设计公司，其最成功的产品莫过于32位嵌入式CPU核——也就是我们现在介绍的ARM系列，而且最常用的是ARM7和ARM9，ARM公司主要提供IP（Intellectual Property core知识产权的核心）核，就是CPU的内核结构，只包括最核心的部分，而不是完整的处理器。ARM把这个核卖给各大半导体公司，如飞利浦、三星、ATMEL，甚至Intel等许多公司。ARM为了提高对于8位机市场的竞争力，推出了一系列 Cortex-M核，STM32就是将Cortex-M作为内核，通过一些外设等组合封装在一起就成了如今流行的32位嵌入式处理器。

ARMv7架构定义了三个面向不同应用场合的系列：

“A”系列：面向基于虚拟内存的操作系统和用户应用；
“R”系列：针对实时系统；
“M”系列：面向微控制器。

STM32系列产品的分类命名规则

ST：意法半导体，是一个公司的名字。

M：Microelectronics的缩写，表示微控制器，要注意微控制器和微处理器的区别。

32：32bit的意思，表示这是一个32bit的微控制器。

二、开发环境搭建

1、MDK软件安装

（1）MDK是什么？

RealView MDK是Keil公司开发的，为基于Cortex 、ARM7、ARM9等处理器设备提供的一个完整的开发环境。

MDK=Keil for ARM, 大家学习51的时候就会用到Keil C51。

（2）下载

1. MDK安装包
   即下载Keil软件
   官网下载地址：点击进入

（注：因为是非注册版，所以只能编译不超过32K的代码！！超过32K需要注册，请大家购买正版软件使用。）
点赞获取破解版：---- 破解软件下载密码9ju6 ----------安装教程

2. 芯片支持包
   即下载板子对应芯片支持包（pack文件）
   官网下载地址：点击进入

（3）安装

1. 找到MDK的exe文件，右键管理员安装。
   
2. 安装路径不能有空格和中文
   
3. 四个框随便输入，然后NEXT等待几分钟
   
4. 安装完成后点击FINISH，回到刚才文件目录，双击pack文件，继续等待几分钟的安装。
   

（注：不知道为什么第一次安装pack文件显示无法创建文件夹，我打开一了下keil软件又关闭后又可以继续安装了，属实玄学）

（4）注意事项

• 安装路径为英文路径（不要是中文路径）。
• 系统用户名不能为中文。
• 多个版本MDK（Keil）不要安装在同一目录。
• MDK5需要加载芯片对应的支持包。

2、USB串口驱动安装

（1）驱动下载

下载链接： 点击进入

（2）双击SETUP.EXE，点击安装

如果出现安装失败或者预安装，将电脑与板子串口连接，当电脑显示有东西插进来了，再次安装，即可成功。

3、ST-LINK安装

（1）双击dpinst_amd64.exe安装

（2）安装成功

插上STLINK在设备管理器中可以看到驱动。

（注：若出错，请参考按照STLINK调试补充教程.pdf。
由于此pdf仅限个人使用，故无法上传，请诸位移步正点原子官网下载）

三、ST-LINK下载

1、硬件连接

（1）JTAG/SWD接口

这是开发板板载的20针标准JTAG调试口，该JTAG口直接可以和ULINK、JLINK (V9或者以上版本） 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。

（2）连接ST-LINK

将ST-LINK插在JTAG/SWD接口上，按照STM32笔记二所述方法安装驱动。

2、配置ST-LINK

（1）打开选项

（2）修改仿真器

• 点击Debug
• 选择ST-Link Debugger
• 将Run to main()选中
• 点击Settings
  
  

（3）修改传输设置

具体设置如图：

（4）修改程序编译设置

• 点击sector erase（块擦除）
• 右边的编程、验证、复位和执行都要选上

（5）选择对应板子的工程

（6）配置Flash菜单命令

将Use Debug Driver（使用调试驱动程序）、Update Target before Debugging（调试前更新目标）两个选项选中

四、新建寄存器工程模板

1、找到STM32CubeFX固件包（X为板子的型号）

将固件包解压

2、新建工程目录，复制需要的文件到工程目录

1. 新建一个文件夹，在文件夹中新建一个USER文件夹和一个HEADER文件夹
   

2. 在USER文件夹里新建一个工程
   
   

3. 按照自己板子的型号来选择创建类型
   

4. 环境选项中选择Cancel
   

5. 会发现文件夹中出现了一些文件，其中uvprojx是打开文件
   

3、把工程需要的文件添加到工程

1. 在固件包中找到图片中的文件
   
2. 将startup_stm32f767xx.s放到USER文件夹中，
   将其余h文件放到HEADER文件夹中。
   
   

4、在MDK中设置头文件存放路径

1. 打开文件管理器，并将启动文件（startup_stm32f767xx.s）导入
   
   
2. 如果文件头像上有钥匙，就将启动文件（startup_stm32f767xx.s）的只读属性取消勾选。
   
   
   
3. 将头文件文件夹导入
   
   

注：软件不会沿着目录向下寻找，所以所有头文件必须精确到根目录）

5、配置MDK：全局宏定义等

根据不同的板子、不同的工程将不同的预编译全局宏定义标识符输入

6、编写用户函数

1. 在USER创建一个txt，把后缀改成.c
   
2. 将.c文件导入
   
   
   
3. 程序需注意的地方
   （1）程序末尾必须要有回车
   （2）由于程序默认在复位后运行SystemInit()函数，所以要么将SystemInit()函数注释掉，要么在main()函数前加一个空的SystemInit()函数。
   
   

7、添加ALIENTEK系统文件夹SYSTEM

1. 在目标文件夹找到SYSTEM 文件夹，将其拷到USER和HEADER所在的文件夹。
   
2. 将其内的c文件依次导入
   
3. 将三个c文件的头文件坐在目录导入
   
4. 编译–成功

8、导入到开发板

详情参考另一篇笔记（STM32笔记）三、ST-LINK下载

五、初学HAL库

1、固件库和寄存器的区别

固件库就是函数的集合（API），把寄存器操作封装起来。

STM32寄存器成百上千，一一操作非常不便。通过API把寄存器操作封装起来，这样大家不需要在记寄存器的每个位，而是直接操作固件库函数。简单方便很多。

固件库不是万能的。要想全面的掌握STM32，必须对寄存器有一定的了解，尤其是入门学习的时候。只有通过对寄存器有一个基本的了解，才能全面掌握了STM32各个功能外设的工作原理，才能更好的使用固件库。

对于寄存器，大家不需要去死记硬背寄存器名称以及每个位作用，大家只需要大致的了解大致的配置过程，这样在开发中遇到问题，就可以通过调试直接查看寄存器配置，从而找出问题所在。

2、HAL库包和关键文件介绍

（注：具体的库还需要以后在使用中慢慢熟悉，故本章笔记是一个不断补充的笔记。）

六、新建HAL库工程模板

1、找到STM32CubeFX固件包（X为板子的型号）

将固件包解压

2、新建工程目录，复制需要的文件到工程目录

1. 新建一个文件夹，在文件夹中新建一个USER文件夹、HALLIB文件夹（外设库文件夹，放置HAL库）、CORE文件夹（启动文件夹，放置内核）、OBJ文件夹（放置编译中介文件）
   

2. 在固件包中找到图片中的文件
   

3. 将Inc(外设程序头文件）、Src(外设程序源文件）文件夹放到HALLIB文件夹中。
   

4. 将startup_stm32f767xx.s（启动文件）放到CORE文件夹中，
   

5. 将内核头文件文件放到CORE文件夹中。
   

6. 将顶层头文件、主头文件、源文件放到USER文件夹中。
   
   
   

3、新建工程

1. 在USER文件夹里新建一个工程
   
   

2. 按照自己板子的型号来选择创建类型
   

3. 环境选项中选择Cancel
   

4. 会发现文件夹中出现了一些文件，其中uvprojx是打开文件
   

4、在MDK中设置头文件存放路径

1. 打开文件管理器，并将启动文件（startup_stm32f767xx.s）导入
   

2. 如果文件头像上有钥匙，就将启动文件（startup_stm32f767xx.s）的只读属性取消勾选。
   
   
   

3. 将其余几个文件夹和其中的.h、.c文件导入，文件类型选择All files。
   
   其中有几个.c文件不需要，删除即可。
   

4. 把带钥匙的文件取消只读选项。
   
   
   

5. 将头文件文件夹导入
   
   

注：软件不会沿着目录向下寻找，所以所有头文件必须精确到根目录）

5、配置MDK：全局宏定义等

1. 根据不同的板子、不同的工程将不同的预编译全局宏定义标识符输入
   
2. 根据不同板子规格修改外部晶振
   
3. 勾选生成HEX工程文件选项
   
4. 设置编译中间文件的存放目录
   

6、编写用户函数

1. 将main.h中#include "stm32f7xx_nucleo_144.h"删除
   

2. 将main.c函数中的内容删掉即可开始编程
   

3. 程序需注意的地方
   （1）程序末尾必须要有回车

7、修改修改相关文件参数适配开发板

1. 在HALLIB文件夹中打开stm32f7xx_hal.h下的stm32f7xx_hal_conf.h
   找到#define HSE_VALUE，将后面的晶振改成板子的晶振，我是用的板子晶振是25MHz，所以把8000000U改成25000000U
   
   
2. 在HALLIB文件夹中打开stm32f7xx_hal.h
   找到HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_4);，将优先级分组从4改为2，即HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_2);
   

8、添加ALIENTEK系统文件夹SYSTEM

1. 在目标文件夹找到SYSTEM 文件夹，将其拷到USER和HEADER所在的文件夹。
   
2. 将其内的c文件依次导入
   
3. 将三个c文件的头文件坐在目录导入
   
4. 编译–成功

9、导入到开发板

详情参考另一篇笔记（STM32笔记）三、ST-LINK下载

七、GPIO基础知识

1、GPIO介绍

GPIO（全称：General Purpose Input Output（通用输入输出端口））是一款端口扩展器，可以做输入也可以做输出。GPIO端口可通过程序配置成输入或者输出。

GPIO具有低功耗、小封装、低成本、布线简单等优点。

STM32的引脚中，有部分是做GPIO使用，部分是电源引脚/复位引脚/启动模式引脚/晶振引脚/调试下载引脚。

2、GPIO八种工作模式解释（STM32）

本小节图片引用自【STM32】GPIO工作原理（八种工作方式超详细分析，附电路图）

在Cortex-M3里，对于GPIO的配置种类有8种：

1. GPIO_Mode_AIN 模拟输入
2. GPIO_Mode_IN_FLOAtiNG 浮空输入
3. GPIO_Mode_IPD 下拉输入
4. GPIO_Mode_IPU 上拉输入
5. GPIO_Mode_Out_OD开漏输出
6. GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出
7. GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出
8. GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出
   

1）4种输入模式

（1）浮空输入

1. GPIO_Mode_IN_FLOATING
2. 作用：
   当输入一个高电平时，会检测到高电平；
   当输入低电平时，会检测到低电平；
   当无信号输入时，该端口的电平是不确定的。
3. 原理：
   浮空输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。
   当引脚悬空（在无信号输入）的情况下，I/O的电平状态是不确定的，会因为各种各样的情况受到干扰。
   
4. 参考资料：
   【STM32】GPIO工作原理（八种工作方式超详细分析，附电路图）
   GPIO工作模式

（2）上拉输入

1. GPIO_Mode_IPU
2. 作用：
   当输入一个高电平时，会检测到高电平；
   当输入低电平时，会检测到低电平；
   当无信号输入时，会检测到高电平。
3. 原理：
   上拉输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。
   当输入一个高电平时，VDD不产生影响；
   当输入低电平时，上拉电阻压降为VDD，VDD不产生影响；
   当无信号输入时，由于上拉电阻电流很小，所以降压很低，故会检测到高电平。
   
4. 参考资料：
   视频12分50秒
   【STM32】GPIO工作原理（八种工作方式超详细分析，附电路图）
   GPIO工作模式

（3）下拉输入

1. GPIO_Mode_IPD
2. 作用：
   当输入一个高电平时，会检测到高电平；
   当输入低电平时，会检测到低电平；
   当无信号输入时，会检测到低电平。
3. 原理：
   下拉输入模式下，I/O端口的电平信号直接进入输入数据寄存器。
   当输入一个高电平时，下拉电阻电流很小，VSS不产生影响；
   当输入低电平时，VSS不产生影响；
   当无信号输入时，下拉电阻两端皆为低电平，故会检测到低电平。
   
4. 参考资料：
   【STM32】GPIO工作原理（八种工作方式超详细分析，附电路图）
   GPIO工作模式

（4）模拟输入

1. GPIO_Mode_AIN
2. 作用：
   将不会检测到电平信息，会检测到完整的电压变化。
3. 原理：
   模拟输入模式下，I/O端口的模拟信号（电压信号，而非电平信号）直接模拟输入到外设模块，比如ADC模块等等。
   
4. 参考资料：
   GPIO工作模式
   【STM32】GPIO工作原理（八种工作方式超详细分析，附电路图）

2）4种输出模式（带上下拉）

（1）开漏输出（带上拉或者下拉）

1. GPIO_Mode_Out_OD
2. 作用：
   当设置输出为高电平时，端口输出高低电平由端口外的上拉或下拉决定。
   当设置输出为低电平时，端口输出低电平。
   当输出低电平以后，端口可以进行输入。
3. 原理：
   当设置输出为高电平的时候，N-MOS管处于关闭状态，此时I/O端口的电平就不会由输出的高低电平决定，而是由I/O端口外部的上拉或者下拉决定；
   当设置输出的值为低电平的时候，N-MOS管处于开启状态，此时I/O端口的电平就是低电平。
   同时，I/O端口的电平也可以通过输入电路进行读取；
   注意，I/O端口的电平不一定是输出的电平，电平由上拉电阻控制。
   
4. 参考资料：
   GPIO工作模式
   【STM32】GPIO工作原理（八种工作方式超详细分析，附电路图）

（2）复用开漏输出（带上拉或者下拉）

1. GPIO_Mode_AF_OD
2. 作用：
   当外设输出为高电平时，端口输出高低电平由端口外的上拉或下拉决定。
   当外设输出为低电平时，端口输出低电平。
   当输出低电平以后，端口可以进行输入。
3. 原理：
   与开漏输出相同，只不过由外设控制高低电平。
   
4. 参考资料：
   GPIO工作模式
   【STM32】GPIO工作原理（八种工作方式超详细分析，附电路图）

（3）推挽式输出（带上拉或者下拉）

1. GPIO_Mode_Out_PP
2. 作用：
   当设置输出为高电平时，端口输出高电平。
   当设置输出为低电平时，端口输出低电平。
   当输出低电平以后，端口可以进行输入。
3. 原理：
   当设置输出为高电平的时候，P-MOS管处于开启状态，N-MOS管处于关闭状态，此时I/O端口的高电平由P-MOS管的VDD决定；
   当设置输出的值为低电平的时候，N-MOS管处于开启状态，P-MOS管处于关闭状态，此时I/O端口的电平就是低电平。
   
4. 参考资料：
   GPIO工作模式
   【STM32】GPIO工作原理（八种工作方式超详细分析，附电路图）

（4）复用推挽输出（带上拉或者下拉）

1. GPIO_Mode_AF_PP
2. 作用：
   当外设输出为高电平时，端口输出高电平。
   当外设输出为低电平时，端口输出低电平。
   当输出低电平以后，端口可以进行输入。
3. 原理：
   与推挽输出相同，只不过由外设控制高低电平。
   
4. 参考资料：
   GPIO工作模式
   【STM32】GPIO工作原理（八种工作方式超详细分析，附电路图）

3）八种工作模式的区别

（1）什么是推挽结构和推挽电路？

推挽结构一般是指两个参数相同的三极管或MOS管分别受两互补信号的控制，总是在一个三极管或MOS管导通的时候另一个截止。高低电平由输出电平决定。
推挽电路是两个参数相同的三极管或MOSFET，以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形放大任务。电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。推拉式输出级既提高电路的负载能力，又提高开关速度。

（2）开漏输出和推挽输出的区别？

开漏输出：只可以输出强低电平，高电平得靠外部电阻拉高。输出端相当于三极管的集电极。适合于做电流型的驱动，其吸收电流的能力相对强(一般20mA以内)；
推挽输出:可以输出强高、低电平，连接数字器件。
关于推挽输出和开漏输出，最后用一幅最简单的图形来概括：

该图中左边的便是推挽输出模式，其中比较器输出高电平时下面的PNP三极管截止，而上面NPN三极管导通，输出电平VS+；当比较器输出低电平时则恰恰相反，PNP三极管导通，输出和地相连，为低电平。右边的则可以理解为开漏输出形式，需要接上拉。

（3）在STM32中选用怎样选择I/O模式？

1. 浮空输入_IN_FLOATING ——浮空输入，可以做KEY识别，RX1
2. 带上拉输入_IPU——IO内部上拉电阻输入
3. 带下拉输入_IPD—— IO内部下拉电阻输入
4. 模拟输入_AIN ——应用ADC模拟输入，或者低功耗下省电
5. 开漏输出_OUT_OD ——IO输出0接GND，IO输出1，悬空，需要外接上拉电阻，才能实现输出高电平。当输出为1时，IO口的状态由上拉电阻拉高电平，但由于是开漏输出模式，这样IO口也就可以由外部电路改变为低电平或不变。可以读IO输入电平变化，实现C51 \ STM32的IO双向功能
6. 推挽输出_OUT_PP——IO输出0接GND， IO输出1接VCC，读输入值是未知的
7. 复用功能的推挽输出_AF_PP ——片内外设功能（I2C的SCL、SDA）
8. 复用功能的开漏输出_AF_OD——片内外设功能（TX1、MOSI、MISO.SCK.SS）

（4）STM32 设置实例：

1. 模拟I2C 使用开漏输出_OUT_OD，接上拉电阻，能够正确输出 0 和 1；读值时先GPIO_SetBits(GPIOB， GPIO_Pin_0)拉高，然后可以读IO的值，使用GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB，GPIO_Pin_0)；
2. 如果是无上拉电阻，IO 默认是高电平；
3. 需要读取IO的值，可以使用带上拉输入_IPU 和浮空输入_IN_FLOATING 和开漏输出_OUT_OD；

4）IO 端口复用功能配置:

1. 对于复用功能输入，端口可以配置成任意输入模式或者复用功能输出模式。
2. 对于复用功能输出，端口必须配置成复用功能输出
3. 对于双向复用功能，端口必须配置成复用功能输出
4. stm32 的部分 IO 端口的复用功能可以重新映射成另外的复用功能。
5. stm32 具有 GPIO 锁定机制，即锁定 GPIO 配置，下次复位前不能再修改。
6. LSE 振荡器关闭时，OSC32_IN 和 OSC32_OUT 可以用作通用 IO PC14 和 PC15。
7. 当进入待机模式或者备份域由 Vbat 供电，PC14，PC15 功能丢失，该两个 IO 口线设置为模拟输入功能。
8. OSC_IN 和 OSC_OUT 可以重新映射为 GPIO PD0，PD1。
9. 注意 PD0，PD1 用于输出地时候仅能用于 50MHz 输出模式。
10. 注意:PC13，PC14，PC15 只能用于 2MHz 的输出模式，最多只能带 30pf 的负载，并且同时只能使用一个引脚!!!

5）上电复位后IO口状态

上电复位后，GPIO默认为输入浮空状态，部分特殊功能引脚为特定状态。

复位后，调试引脚处于复用功能上拉/下拉状态：

• PA15：JTDI处于上拉状态
• PA14：JTCK/SWCLK处于下拉状态
• PA13：JTMS/SWDAT处于下拉状态
• PB4：NJTRST处于上拉状态
• PB3：JTDO处于浮空状态

3、开发板芯片的引脚常用参数

注：由于我使用的是STM32F767，所以本小节分析STM32F767IGT6的参数

1. 引脚数量：176 / 4个方向
2. 主频：180 MHz
3. 内核：ARM Cortex-M7
4. Flash：1024 KB
5. 封装：LQFP176
6. 通用IO数量：132
7. 最低工作电压：1.7 V
8. 最高工作电压：3.6 V
9. 一共9组IO：PA ~ PI
PA ~ PH每组16个IO（Pa0 ~ Pa15），PI只有12个IO（PI0 ~ PI11）
   共140个IO口。
   
   
   
   

八、STM32CubeMX创建工程

1、安装

1. 打开官网，下载windows最新版。
   
2. 接受许可协议
   
3. 由于笔者已经装好了，安装过程唯一需要注意的也就是英文路径和别装C盘，其余一路NEXT就行了。

2、创建工程

1. 打开STM32CubeMX
   

2. 创建新项目
   

3. 搜索栏可以直接搜索板子型号，也可根据搜索框下的各个参数来限制搜索范围。
   参数从上至下依次为

• 内核
• 系列
• 线程
• 芯片包
• 其他
• 引脚功能类型
  

4. 点击找到的板子型号（我是用的是STM32F767，诸位按照自己板子），点击右上角的Start Project
   
   本系列可能需要暂停，板子我找不到了。。。
   我又回来啦！！！接下来是以学习日记的形式，使用的开发板为STM32F103，回见！