【STM32】（一）概述与GPIO介绍

前言

  因为各种原因，STM32的学习势在必行，没办法，但是为了高质量学习，我先整理汇总了此前找到的多个资料，打算写一篇系统性的学习笔记。

对于一款单片机的学习，我认为一般要注意以下几点：

• 明确芯片引脚及片上外设，如IO口，中断，定时器，串行口，ADC等
• 数据手册，方便查阅在使用某个模块时查询响应的寄存器或者程序
• 例程，一般来说，官方会给出一定的例程，方便使用者学习使用。
• 多多练习

参考链接

• 江科大自化协_STM32入门教程_bilibili——真的讲得非常详细，良心推荐！

以下文字和图片大部分出自本视频教程中的内容。

STM32F103概述

  STM32是ST（意法半导体）公司基于ARM Cortex-M内核开发的32位单片机，所谓M，即Microcontroller的首字母缩写，32代表该单片机为32位。

内核认识与产品选型

  STM32是基于ARM内核设计的，但似乎很多人无法区分内核和单片机的关系。而这个视频就详细讲述了这点。如下图所示：

  简单来说，就是ARM公司提供内核，然后ST公司完善外围的存储器和外设等部分，使该单片机具有不同的功能。此外，还有其他的单片机公司也会基于ARM内核来添加其他类型的外设（Peripherals），从而形成基于ARM内核但功能、型号不同的单片机产品。
  关于ARM内核的各个型号如下图所示：

  其中，Cortex-M系列主要用于嵌入式和单片机，也就是我们常见的STM32F103的内核。其他产品内核及特性如下图所示：

系统结构图

  查阅手册可以看出，小、中、大容量的产品内部结构是差不多的，如下图所示：

  其中，Cortex-M3为内核，ICode和DCode为内核相关的指令总线和数据总线，用来执行Flash中的程序指令，System为系统总线，用来连接其他的外设。AHB（Advanced High performance Bus）为先进高性能总线，用来连接性能要求较高的外设，如时钟RCC和复位。APB1和APB2（Advanced Peripheral Bus）为先进外设总线，用来连接片上外设，其中APB2最大时钟为72MHz，APB1最大时钟为36MHz，因为APB1、APB2时钟和AHB存在一定差异，因此需要使用桥接电路。
  需要记住的是，到底哪些外设是连接APB1，哪些是连接APB2，因为一般使用外设前都需要使能对应总线的时钟，否则外设无法运行。其中，GPIO和各外设的“1号选手”挂载在APB2上，其他外设的“非1号选手”和ADC等就挂载在APB2上，相对较慢。

STM32F103C8T6

  以上描述的都是STM32F1系列整体性的功能与结构，具体到使用的最小系统板和它的芯片型号，也需要有一定的了解。
  该视频教程使用的是基于STM32F103C8T6芯片的最小系统板，根据选型手册，可以知道该型号的芯片主频为72MHz，供电为2.0~3.6V，一般选择3.3V供电。
  最小系统板的电路原理图如下所示：

  此外，还需要注意STM32的启动配置，即BOOT0和BOOT1的配置，这两个引脚决定了单片机从哪里开始执行程序，具体设置如下图所示：

  其中，第一种模式下程序从主闪存开始启动，为正常运行程序的模式，一般都是使用这种模式；第二种模式为从系统存储器开始启动，即我们常说的BootLoader，一般用来作为串口下载使用。
  此外，根据表格下面的注释可以知道，当系统复位之后，SYSCLK的第4个上升沿，BOOT引脚的值将被锁存，此时就可以将BOOT0引脚配置为普通的IO口了。

标准库开发之Keil新建工程

  STM32的开发方式，一共有三种：寄存器开发、标准库开发、HAL库开发，其中，由于STM32的寄存器都是32位，而且数量众多，所以目前很少有人用寄存器开发，大部分都是使用标准库或者HAL库来开发。这里主要介绍标准库的开发方式，因此只需要使用Keil即可。
  但是，标准库开发有一个很大的麻烦，那就是这个工程文档建立较为麻烦，需要先到ST官网下载标准外设库的压缩包，然后在项目工程中添加一些文件。

• 1、创建一个工程，选择对应的器件
  
  
• 2、在项目文件夹中创建几个子文件夹，便于工程的管理：Start、Library、System、User、Peripherals，名字可以任意，便于理解即可。同时也在Keil工程中创建相同名称的Group。
  
    需要注意的是：创建group之后，一定要在项目包含项中添加对应的文件夹
  
    同时还要在define中添加使用标准库的定义：USE_STDPERIPH_DRIVER
• 3、打开标准库文件，在Keil项目工程中添加对应的文件。这里较为复杂，具体参考视频中的教程

实际上，如果只需要部分功能，完全可以只添加部分官方的.c和.h文件，但为了创建一个“百试不爽”的项目工程模板，完全可以添加全部的源文件和头文件，只是编译速度慢一点而已。

• 4、根据自己的实际情况设置调试器
  

踩坑日记

• 1、报错FCARM - Output Name not specified, please check 'Options for Target - Utilities’
  原因：添加文件时类型选择错误
  
  应改为All files。而且右键添加的文件，可以发现其属性对应错误。
  参考链接
• 2、使用ST-Link下载程序到开发板，发现只有按下复位按钮才能运行程序
  解决：出在设置中勾选Reset and run之外，还需要取消勾选Enable
  
  
  参考链接

GPIO

额外参考链接

• 【51/STM32】详解单片机GPIO口输入输出的各种模式 - CSDN

概述

  STM32的GPIO较为复杂，但是了解原理之后掌握基础使用还是很简单的。其内部的IO口结构如下图所示：

  其中，值得一提的是，输入端的肖特基触发器，实质上是一个施密特触发器（属于翻译错误了），即具有滞回比较曲线，可以使得读入的信号不受波动的影响。输出端，位设置/清除寄存器是用来设置输出数据寄存器的，因为输出数据寄存器只能整体读写，而如果需要更改某一位时，就需要用到位设置/清除寄存器，来实现某一位的写入，而其他位不改变的效果。
  正是因为STM32的GPIO内部结构较为复杂，因此GPIO一共可以配置为8种输入输出模式，如下表所示：

  8种模式对应标准库中的代码如下图所示：



  一般来说，使用GPIO的步骤如下：

• 使能时钟（使能APB2总线上的时钟）
• 初始化GPIO端口，包括设置引脚（Pin）、模式（Mode）、速度（Speed）等参数
• 使用对应的API函数接口进行输入输出

  其中，初始化端口时，一般要先定义一个GPIO的结构体，然后分别配置结构体中的各参数，参考代码如下：

API函数总结

  初始化完GPIO端口之后，接下来的就是操作输入输出了，这里需要用到标准库给定的各种API函数。那如何找到这些函数呢？很简单，打开添加的stm32f10x_gpio.h文件，滑到最底下，就可以看到常用的API函数了。

  虽然数量有点多，但实际上常用的函数并不多。其功能如下图所示：

  如果需要查看函数具体的定义，可以在函数声明上右键，选择Go To Definition Of xxxxx，如果需要返回函数声明，在定义的函数上右键，选择Toggle Head。
  下面附上一个LED闪烁的代码：

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"

int main(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	while (1)
	{
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
		Delay_ms(500);
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
		Delay_ms(500);
		
		GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, Bit_RESET);
		Delay_ms(500);
		GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, Bit_SET);
		Delay_ms(500);
		
		GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, (BitAction)0);
		Delay_ms(500);
		GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_0, (BitAction)1);
		Delay_ms(500);
	}
}

CubeMX学习教程

https://zhuanlan.zhihu.com/STM32CubeMX
https://www.waveshare.net/study/article-629-1.html