STM32-01-认识单片机

一、单片机简介

• 单片机是什么？

  单片机：Single-Chip Microcomputer，单片微型计算机，是一种集成电路芯片。

  下面是电脑与单片机的对应关系：

  

• 单片机的特点？

  • 体积小：<5mmx5mm
  • 功耗低：mA级
  • 集成度高：IO、TIM、AD、DA
  • 使用方便：C、Debug
  • 拓展灵活：IIC、SPI、FSMC

• 单片机有什么用？

  • 仪器仪表：电源、示波器、焊台
  • 家用电器：空调、冰箱、洗衣机
  • 工业控制：机器人、PLC、电梯
  • 汽车电子：GPS、ABS、胎压监测

• 单片机发展历程？

  

• 了解两种指令集？

  对比项	复杂指令集计算机（CISC）	精简指令集计算机（RISC）
  目的	为了便于编程和提高存储器访问效率	为了提高处理器运行速度
  指令特点	1，指令多，模式多，格式可变 2，指令的执行需要的时钟周期差距很大 3，无流水线或流水线程度较低 4，指令由微代码翻译执行	1，指令少，模式少，格式固定 2，大多数指令只需1个时钟周期 3，流水线结构 4，指令直接由硬件执行
  优点	1，指令丰富、功能强大 2，寻址方式灵活	1，指令精简，易于设计，使用率均衡 2，程序执行效率高
  缺点	1，指令使用率不均衡 2，不利于采用先进结构提高性能 3，结构复杂不利于超大规模集成电路实现	1，指令数较少，功能不及CISC强大 2，寻址方式不够灵活

  使用CISC和RISC举例：

  

• 冯诺依曼结构和哈弗结构的区别？

  

  冯诺依曼结构的优点是占用的资源少，哈弗结构的优点是执行效率较高。

二、Cortex-M系列介绍

• ARM公司：只做内核设计和IP授权，不参与芯片设计。
  

• ARM架构为什么能风靡全球？

  1. 低功耗、低成本、高性能
  2. 支持16/32位双指令集
  3. 拥有众多合作伙伴

• Cortex内核分类及特征？

  对比项	Cortex-A (Application)	Cortex-R （Real-time）	Cortex-M （Microcontroller）
  特点	高时钟频率，长流水线，高性能	较高时钟频率，较长的流水线，实时性强	时钟频率较低，通常较短的流水线，超低功耗
  应用场景	移动计算、智能手机、平板电脑、数字电视	军工、汽车电子、无线基带、硬盘控制器	工控、传感器、消费电子、家用电器、医疗器械

三、初识STM32

• STM32是什么？

  ST：意法半导体， M：MCU/MPU，32：32位

• STM32命名规则？

  

四、STM32原理图设计

• 芯片的基本参数（STM32F103ZET6）

  参数	范围
  主频	72MHz
  FLASH	512KB
  SRAM	64KB
  工作电压	2.0~3.6V
  最大电流	150mA
  IO引脚接入电压范围	COMS端口：-0.3V ~ 3.6V 兼容5V端口：-0.3V ~ 5.5V
  单个IO引脚最大电流	25mA

• STM32F103ZET6引脚分布

  

  STM32引脚类型：电源引脚、晶振引脚、复位引脚、下载引脚、BOOT引脚、GPIO引脚。

• 单片机最小系统？

  最小系统：保证MCU正常工作的最小电路组成单元

• 电源电路

  

• 复位电路

• BOOT启动电路

  

• 晶振电路

  

• 下载调试电路

  

五、搭建开发环境

• 常用开发工具

  工具	名称	所属公司	说明
  集成开发环境(IDE)	MDK	Keil	STM32最常用的集成开发环境，简单易用
  	EWARM	IAR	支持STM32开发，用的人少一些
  仿真器	DAP	ARM	开源、免驱、带虚拟串口功能、速度快、廉价
  	STLINK	ST	支持全面、稳定、廉价
  	JLINK	Segger	稳定、高速、价格贵
  串口调试助手	XCOM	正点原子	功能多、稳定、简单易用
  	SSCOM	丁丁	稳定、小巧、简单易用

• STM32串口和电脑USB通信示意图？

  

六、STM32初体验

• MDK5编译例程

  使用MDK5编译例程，在Program Size里面有四种数据类型，Code、 RO-Data、RW-Data、ZI-Data

  数据类型	占用Flash or SRAM	说明
  Code	Flash	代码
  RO-Data	Flash	只读数据，一般是指 const 修饰的数据
  RW-Data	Flash and SRAM	初值为 非 0 的可读可写数据
  ZI-Data	SRAM	初值为 0 的可读可写数据

• DAP下载

  • 电路连接

    

  • 硬件连接

    

  • 软件配置

    配置ST-Link
    

    设置下载算法

    

  • 开始调试

    

  1. 复位：其功能等同于硬件上按复位按钮。相当于实现了一次硬复位。按下该按钮之后，代码会重新从头开始执行。
  2. 执行到断点处：该按钮用来快速执行到断点处，有时候你并不需要观看每步是怎么执行的，而是想快速的执行到程序的某个地方看结果，这个按钮就可以实现这样的功能，前提是你在查看的地方设置了断点。
  3. 停止运行：此按钮在程序一直运行的时候会变为有效，通过按该按钮，就可以使程序停止下来，进入到单步调试状态。
  4. 执行进去：该按钮用来实现执行到某个函数里面去的功能，在没有函数的情况下，是等同于执行过去按钮的。
  5. 执行过去：在碰到有函数的地方，通过该按钮就可以单步执行过这个函数，而不是进入这个函数单步执行。
  6. 执行出去：该按钮是在进入了函数单步调试的时候，有时候可能不必再执行该函数的剩余部分了，通过该按钮就可以一步执行完该函数的剩余部分，并跳出函数，回到函数被调用的地方。
  7. 执行到光标处：该按钮可以迅速的使程序运行到光标处，其实是挺像执行到断点处按钮功能，但是两者是有区别的。断点可以有多个，但是光标所在处只有一个。
  8. 反汇编窗口：通过该按钮，就可以查看汇编代码，可以用来分析程序。
  9. Call Stack窗口：通过该按钮，显示调用关系和局部变量窗口，显示当前函数的调用关系和局部变量，方便查看，对分析程序非常有用。
  10. 观察窗口：MDK5提供了2个观察窗口，该按钮按下，会弹出一个显示变量的窗口，输入你所想要观察的变量/表达式，即可查看其值，是很常用的一个调试窗口。
  11. 内存查看窗口：MDK5提供4个内存查看窗口，该按钮按下，会弹出一个内存查看窗口，可以再里面输入你要查看的内存地址，然后观察这一片内存的变化情况。是很好用的调试窗口。
  12. 串口打印窗口：MDK5提供4个串口打印窗口，该按钮按下，会弹出一个类似串口调试助手界面的窗口，用来显示从串口打印出来的内容。
  13. 系统分析窗口：图标下面有6个选项，我们一般用第一个，也就是逻辑分析窗口(Logic Analyzer),点击即可调出该窗口，通过SETUP按钮新建一些IO口，就可以观察这些IO口的电平变化情况，以多种形式显示出来，比较直观。
  14. 系统查看窗口：该按钮可以提供各种外设寄存器的查看窗口，选择对应外设，即可调出该外设的相关寄存器表，并显示这些寄存器的值，方便查看设置的是否正确。

  • Call Stack窗口：查看函数调用关系或局部变量

    

  • Watch窗口：查看函数首地址或变量值

    

  • Memory窗口：内存查看窗口

    

    M3/M4/M7内核是小端模式，内存的值得倒着读

    • Peripheral窗口：查看寄存器的值

      

  • 注意事项

    1. 仿真时，使用MDK的Level 0等级优化

       

    2. 调试停止在断点处时，只是内核停止，外设会继续运行

    3. 断点的设置要有时间观念，考虑是否会打断正常通信

七、MDK5使用技巧

• 编辑器设置

  

• 字体和颜色设置

  

• 用户关键字设置

  

• 代码提示/语法检查

  

• 快速定位函数或变量被定义的地方

  

声明：参考文献来源： 战舰STM32F103ZET6开发板资源包

1. Cortex-M3权威指南(中文).pdf
2. STM32F10xxx参考手册_V10（中文版）.pdf
3. STM32F103 战舰开发指南V1.3.pdf
4. STM32F103ZET6（中文版）.pdf
5. 战舰V4 硬件参考手册_V1.0.pdf