单片机--STM32
【1】课程回顾
【2】课程介绍
1.单片机简介
单片机是单片微型计算机的简称，Mcu是Microcontroller的简称，也就是嵌入式微控制器。采用集成电路技术将具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、定时器/计时器、多种I/O口和中断系统等功能集成到一块硅片上。可以说单片机就是一个小而完善的微型计算机系统。
2.单片机型号
51单片机 - 8051架构 ： 
STC89C51 宏晶科技STC （8位单片机）
AT89C51 ATME
32单片机 （32位单片机） 
STM32 意法半导体ST
GD32 兆易创新GD
Tips：处理器位数：CPU单次运算最大处理的数据位数
处理器位数高，运算速度快。
【3】硬件基础
1.电路基础
电的类比
一般我们把电子知识想复杂了，实际电就可以理解为是水，电的特性和水的特性是类似的，因为电是看不见的，所以我们理解起来有困难。
电流
这个是水流量计（ 1单位流量= 1吨/小时=1T/H）
这个是电流表（安培 1A= 1库伦/秒）
电流表实际就可以看成是水流表，就是计算水的流量，电的流量的意思。我们水管中流出了多少水，很容易理解，实际电在电线中流动，可以看成水的流动是一样的 。
电压（电压差=高电平-低电平）
这个是水压表
这个是电压表
我们可以认为水压表测量水对水管的压力，电压表是测量电对电线的压力。水是从水压高的地方流到水压低的地方，电也是从电压高的地方流到电压低的地方。
电路
水到处流动 形成小河、小溪之类。电到处流动，形成什么，就是电路。水走的路是水路，电路这样就好理解了，以下是家装用的水路图。
类比电路图
不要把电路图当中的东西看复杂了 ，我们看水路图 实际就是一个个水阀、洗衣机、热水器之类的。电路图中每个元件、设备、也就是类似于那些水路中的设备，无非是一个用水来驱动、控制，一个用电的。
3.电子元器件（重点）
电路图中有很多元件，我们可以把很多元件看成水路中的很多元件就容易理解。
电阻
电阻实际是大小不同的水管让水流的小一点，慢一点，这样后面的器件，不至于受到大电流冲击搞坏了 。电阻无方向，电阻就是阻碍电的流动，你可以想象一个水管里有水垢，水垢越多，水阻越大，水流越小。同理，电阻越大，导体对电流的阻碍作用越大，电流越小。
实物图
电路符号
电容
电容是可以理解成一个装水的容器（水桶、池塘、湖泊、水库），水要通过池塘、湖泊，首先需要灌满它才能过得去。所以这部分水（电能）可以被这些容器保存下来，这是电容的储能作用，另外很明显，无论前面的水流多么湍急，到了湖泊就要先灌满它，湖泊开口再向下游流水，自然流水就缓慢一些，所以它也有缓冲的作用。大波浪到了湖泊变平稳，实际变成了小波浪，波的形状都变了，这就是过滤的作用，只允许特定的波通过。
所以电容在电路中是储能、缓冲、减压、过滤器件。
- 储能器件 对应电解电容
- 缓冲过滤器件 对应耦合电容
- 漏斗 对应滤波电容
同一颗电容在电路中摆放的位置不同，作用不同，也就是在这个电路中它主要起漏斗的作用，但是在另外的电路中，它就是做储能了。因为后面的元件需要是稳定的水流， 你可以这样想象我们拿着水桶往水缸里倒水的时候，水面上起的水花是很大的，这样的水花，对后面的器件是有损伤的。
实物
电路符号
二极管（单向导通）
二极管实际是单向阀门， 意思就是说 水只能从一头进另一头出 。二极管就是这么个作用，它只能从一边过来的电能通过，从另一边过来的实际就过不去，记得电看成是水。
这个就是二极管的符号，很形象，右边有个竖杠，很明显，从左边来的电能流到右边，从右边来的就被挡到了。左边来挡片冲开，右边来抵死。
二极管在电路中的特性与水路中的单向阀基本原理一致。
实物
电路符号
三极管
三极管实际是个小阀门控制大阀门的器件。
三极管有两种类型，PNP和NPN型。两者的不同参考：npn与pnp五大不同
终于有人讲了，凭什么三极管能放大?_哔哩哔哩_bilibili
两种三极管使用时候决定着电路图的接法不同，如下是个常见的共基极PNP型电源控制开关
实物
电路符号
半导体三极管有三个电极：分别是基极、集电极和发射极。半导体管在工作时要加工作电压，于是就产生了各极电流。半导体三极管在工作时发射极电流等于基极和集电极电流之和。其中基极电流最小，发射极电流最大。在基极加一很小的电流，在集电极就能输出很大的电流，因此三极管有放大（β倍）作用。三极管主要作用是放大信号。常用在放大电路和振荡电路中。
NPN是共阳极，即两个PN的P结相连做为基极，另外两个N结分别做集电极和发射机；
PNP是共阴极，即两个PN结的N结相连做为基极，另两个P结分别做集电极和发射极；
先要搞清楚PNP、NPN 表示的意思是什么。P表示正、N表示负。
NPN表示平时为高电平输入，信号到来时信号为低电平输出.
PNP表示平时为低电平输入，信号到来时信号为高电平输出。
NPN能够输入高电平输出低电平的原因是：NPN三极管能够用作反相器。当把基极作为输入级，集电极作为输出级，发射极接地时，如果输入端输入高电位，那么三极管就会导通，集电极相对于发射极的电位大约是0.2v，是一个低电位。
NPN型三极管，由三块半导体构成，其中两块N型和一块P型半导体组成，P型半导体在中间，两块N型半导体在两侧。三极管是电子电路中最重要的器件，它最主要的功能是电流 放大和开关作用。
PNP与NPN型传感器其实就是利用三极管的饱和和截止，输出两种状态，属于开关型传感器。
但输出信号是截然相反的，即高电平和低电平。
4.常见电气接口
音频
视频
电源
RJ45网口
DB9串口
公头和母头
公头就是插头上是针的，母头就是插头上是孔的
线序及作用
实际开发过程中，线序可以去网上搜，只需要知道线序如何看，及红色的三条线即可。
5.开发板/最小系统板
开发板通常是学习用途，功能比较全，接口丰富，是用于研发、研究、学习的一块板子。
最小系统板是个核心板，集成了核心的通用功能，可以根据需求定制各种不同的底板，通用性较好。再者核心板作为一块独立的模块被分离出来，也降低了开发的难度，增加了系统的稳定性和可维护性通常用于做项目，也可以作为模块在产品里在直接用。
PCB板（Printed Circuit Board）没有焊接元器件，中文名称为印制电路板，又称印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气相互连接的载体。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为印刷电路板。
PCBA：PCB空板经过SMT上件,或经过DIP插件的整个制程,简称PCBA
【4】STM32介绍
1.简介
STM32是意法半导体公司生成一款32位的微控制器。
2.STM32的优势
产品型号丰富，可选择性强；
运算速度快，功耗低；
处理器外设接口丰富；
库函数开发体系学习资料多（可以抛开寄存器），应用广泛。
3.命名规范
STM32G030C8T6
ST - 意法半导体
M - 微型控制器
32 - 32位处理器
类型 - G - 多用途型
F - 通用型
H - 高性能型
L - 低功耗型
S - 精简型
系列 - 0 精简系列
1/2/3 增强系列
4/7 高性能系列
子型号 - 00/01/02/03/05/07
引脚数量 - K/6 32脚
C/8 48脚
R-64脚
V-100脚
Z-144脚
A-168脚
I-176脚
B-208脚
N-216脚
存储量 6 ： 32KB
8 : 64KB
B ： 128KB
C ： 256KB
D ： 384KB
E ： 512KB
G ： 1MB
I ： 2MB
封装 U - UQFN封装
T - TQFP封装
工作温度
6 -40 ~ +85 摄氏度
4.开发套件介绍
核心板 - 处理器 + 无线通信模块（NB-IOT、Wifi、Zigbee）
底板 - 承载各种外设接口
如传感器扩展口、按键、LED灯、通信接口MiniUSB、五向按键等。
配套模块
传感器 ：
执行器 ：蜂鸣器、风扇、电灯、继电器
【5】ARM体系结构
1.ARM简介
STM32G030处理器内核架构为ARM Cortex-M0+ 。
面试题：谈谈你对ARM的理解。
答： 1- ARM是一家公司，ARM公司是一家芯片知识产权（IP）供应商，它与一般的半导体公司最大的不同就是不制造芯片且不向终端用户出售芯片，而是通过转让设计方案，由合作伙伴生产出各具特色的芯片。
2 - ARM处理器，ARM处理器是英国Acorn有限公司设计的低功耗低成本的第一款RISC微处理器。
ARM7\ARM9\ARM11
Cortex - A : (Application Processors（应用处理器）)高性能
Cortex - R : (Real-time Processors （实时处理器））实时性
Cortex - M : （Microcontroller Processors（微控制器处理器））低功耗
3 - ARM代表一种技术。具有性能高、成本低和能耗省的特点。在智能机、平板电脑、嵌入控制、多媒体数字等处理器领域拥有主导地位。
Tips：目前市面上主流的架构有哪些？
主流的四大处理器架构：ARM 、Intel x64/x86 、MIPS 、RISC-V（开源）
Tips : RISC和CISC有什么区别 ？
案例：
早期的CPU全部是CISC架构，它的设计目的是要用最少的机器语言指令来完成所需的计算任务。
比如对于乘法运算，在CISC架构的CPU上，您可能需要这样一条指令：
MUL ADDRA, ADDRB
就可以将ADDRA和ADDRB中的数相乘并将结果储存在ADDRA中。
将ADDRA,ADDRB中的数据读入寄存器，相乘和将结果写回内存的操作全部依赖于CPU中设计的逻辑来实现。
这种架构会增加CPU结构的复杂性和对CPU工艺的要求，但对于编译器的开发十分有利。
比如上面的例子，C程序中的a*=b就可以直接编译为一条乘法指令。
今天只有Intel及其兼容CPU还在使用CISC架构。
RISC架构要求软件来指定各个操作步骤。上面的例子如果要在RISC架构上实现，
将ADDRA, ADDRB中的数据读入寄存器，相乘和将结果写回内存的操作都必须由软件来实现，
比如：
MOV A, ADDRA;
MOV B, ADDRB;
MUL A, B;
STR ADDRA,A。
这种架构可以降低CPU的复杂性以及允许在同样的工艺水平下生产出功能更强大的CPU，
但对于编译器的设计有更高的要求。
2.处理器架构
STM32F0
STM32G0
● 主模块 :
Cortex-M0+内核及先进高性能总线 (AHB bus)
通用 DMA ( GP-DMA -- general-purpose DMA) ：数据的搬运工，减轻CPU压力
● 从模块 :
– 内部FLASH
– 内部SRAM
– APB桥，连接AHB和APB，所有的外设都挂在APB总线上
- G0： GPIOx直接挂在IOPORT总线上。
- F0 : 专门用于连接GPIO口的AHB2总线
Tips：AHB和APB的区别？
AHB是高速总线，是一种系统总线，它主要负责连接处理器、DMA等一些内部接口。
AHB系统由主模块、从模块和基础结构3部分组成，整个AHB总线上的传输都由主模块发出，由从模块负责回应。
APB是低速总线，它主要负责连接外围设备，它又分为APB1和APB2，
它的总线架构不像 AHB支持多个主模块，在APB里面唯一的主模块就是APB桥。
3.Cortex-M0内核架构
Cortex-M 系列产品线
Cortex-M 系列产品主要包括 Cortex-M0、Cortex-M1、Cortex-M3、Cortex-M4、Cortex-M7 等，其中 Cortex-M0 主打低功耗和混合信号的处理，M3 主要用来替代 ARM7,重点侧重能耗与性能的平衡，而 M7 则重点放在高性能控制运算领域。
Cortex-M0结构框图
Cortex-M0 微处理器主要包括处理器内核、嵌套向量中断控制器（NVIC）、调试子系统、内部总线系统构成。
Cortex-M0 微处理器通过精简的高性能总线（AHB-LITE）与外部进行通信。
Cortext-M0特性
- 采用Thumb指令集 （ARM指令是32位的，而Thumb指令时16位的，如果存储空间中可以放32条ARM指令，就可以放64条Thumb指令，因此在存放Thunb指令时，代码密度高）
- 高性能，使用ARMv6-M的体系架构；
- 中断数量可配置1-32个，4级中断优先级 00 01 10 11
- 门电路少，低功耗。中断唤醒控制器(WIC),支持极低功耗休眠模式。
- 兼容性好，与Cortex-M1 处理器兼容，向上兼容 Cortex-M3 和 Cortex-M4 处理器 ，可以很容易地升级、移植。
- 支持多种嵌入式操作系统，也被多种开发组件支持 FreeRTOS
Cortex-M0工作模式
线程模式（Thread Mode）- 芯片复位后，执行用户程序
处理模式（Handler Mode）- 当处理器发生了异常或者中断，处理完成后返回线程模式。
Cortex-M0工作状态
Thumb状态：正常运行时处理器的状态
调试状态：调试程序时处理器的状态
Cortex-M0的寄存器
通用寄存器
R0-R12：13个通用寄存器。其中 R0-R7为低端寄存器，可作为16位或32 位指令操作数，R8-R12为高端寄存器，只能用作32位操作数
R13：栈指针寄存器 SP(the stark pointer)，Cortex-M0 在不同物理位置上存在两个栈指针，主栈指针 MSP，进程栈指针 PSP。
在处理模式下，只能使用主堆栈，在线程模式下，可以使用主堆栈也可以使用进程堆栈。 系统上电的默认栈指针是MSP。这样设计的目的是为了在进行模式转换的时候，减少堆栈的保存工作。同时也可以为不同权限的工作模式设置不同的堆栈。
R14：链接寄存器LR(the link register)，用于存储子程序或者函数调用的返回地址
R15：程序计数器PC(the program counter register)存储下一条将要执行的指令的地址。
特殊寄存器
xPSR：组合程序状态寄存器，该寄存器由三个程序状态寄存器组成
应用PSR（APSR）：保存程序计算结果的状态标志 N负数标志 Z零标志 C进位借位标志 V溢出标志
中断PSR（IPSR）：包含当前ISR的异常编号
执行PSR（EPSR）：包含Thumb状态位
CONTROL：控制寄存器
控制处理器处于线程模式时，使用哪个堆栈
=0，使用MSP 处理器模式时，固定使用MSP
=1，使用PSP
Cortex-M0的中断和异常
Cortex-M0 处理器最多支持32个外部中断（通常称为 IRQ）和一个不可屏蔽中断（NMI），另外Cortex-M0还支持许多系统异常（Reset、HardFault、SVCall、PendSV、SysTick），它们主要用于操作系统和错误处理
Tips：Thumb指令集和ARM指令集的区别？
Cortex-M0的指令集
ARM处理器支持两种指令集：ARM 和 Thumb。
EPSR寄存器的T标志位负责指令集的切换，Cortex-M0只支持Thumb指令。
ARM指令集 32位精简指令集； 指令长度固定；
降低编码数量产生的耗费，减轻解码和流水线的负担；
Thumb指令集
Thumb指令集是ARM指令集的一个子集；
指令宽度16位；
与32位指令集相比，大大节省了系统的存储空间；
Thumb指令集不完整，所以必须配合ARM指令集一同使用。
【6】开发环境搭建
1. STM32CubeMX
ST公司出品
工具链接 https://www.st.com/zh/development-tools/stm32cubemx.html
STM32CubeMX是一种图形工具，通过分步过程可以非常轻松地配置STM32微控制器和微处理器，以及为Arm® Cortex®-M内核或面向Arm® Cortex®-A内核的特定Linux®设备树生成相应的初始化C代码。
工程项目搭建和配置
直观选择微控制器、
图形化引脚功能配置、引脚冲突提示
动态配置时钟树
动态设置参数和初始化
2.Keil安装
Keil μVision 5 也称MDK-ARM、Realview MDK
MDK = Microcontroller Development Kit
MDK包含以下几个部分:
μVision5：一种集成开发环境，提供了多种不同的功能，如编辑器、编译器、调试器等。
ARM编译器：一种嵌入式ARM C / C++编译器，可在多种不同的微控制器平台上运行。
Device Family Pack：一种特定于属于不同微控制器平台/系列/型号的软件包，包括库文件、设备描述文件等。
Debugger：一款高级调试器，支持多种不同的调试功能，如单步调试、断点调试、内存映射等。
【7】创建STM32工程
主界面
新建工程
芯片选择界面
引脚功能配置界面
时钟树配置界面
工程配置界面
生成代码
打开工程
工程路径下找到KEIL工程
KEIL工程中包含的文件
编译
下载
下载完成后，按复位键重新上电
