【正点原子STM32连载】第二章 STM32简介 摘自【正点原子】MiniPro STM32H750 开发指南_V1.1

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第二章 STM32简介

本章，我们将向大家介绍STM32是一个什么东西？有哪些资源？能够做什么？如何选型？等基础知识，让大家对STM32有一个大概了解。
本章将分为如下几个小节：
2.1 初识STM32
2.2 STM32H750资源简介
2.3 STM32H750设计选型

2.1 初识STM32
2007年6月，ST在北京发布了全球第一款基于ARM Cortex M3内核的32位通用微控制器芯片：STM32F103，以优异的性能，丰富的资源，超高的性价比，迅速占领市场，从此一鸣惊人，一发不可收拾，截止到2020年6月，STM32累计出货量超过45亿颗。
战舰开发板使用的STM32F103ZET6芯片如图2.1.1所示：

图2.1.1 STM32F103ZET6芯片（LQFP144脚）
上图中，左侧是STM32F103ZET6芯片，右侧则是芯片开盖后的图片，即芯片内部视图，可以看到外观看上去平平无奇，但是内部是有很多东西的，需要我们花很多时间和精力去学习掌握。
STM32的优异性体现在如下几个方面：
1，超低的价格。8位机的价格，32位机的性能，是STM32最大的优势。
2，超多的外设。STM32拥有包括：FMC、TIMER、SPI、IIC、USB、CAN、IIS、SDIO、ADC、DAC、RTC、DMA等众多外设及功能，具有极高的集成度。
3，丰富的型号。STM32仅M3内核就拥有F100、F101、F102、F103、F105、F107、F207、F217等8个系列上百种型号，具有QFN、LQFP、BGA等封装可供选择。同时STM32还推出了STM32L和STM32W等超低功耗和无线应用型的M3芯片，另外，ST还推出了STM32F4/F7/H7等更高性能的芯片。
4，优异的实时性能。150个中断，16级可编程优先级，并且所有引脚都可以作中断输入。
5，杰出的功耗控制。STM32各个外设都有自己的独立时钟开关，可以通过关闭相应外设的时钟来降低功耗。
6，极低的开发成本。通过串口即可下载程序，而且相应的仿真器也很便宜，支持JTAG&SWD调试接口，最少仅2个IO口即可实现仿真调试，极大的降低了开发成本。
再来看一个STM32与51的性能对比如表2.1.1所示：

表2.1.1 STM32 VS 51
这里我们选的51是性能比较好的STC15系列做为对比，如果换成传统51，速度会比STC15慢12倍左右。最强H7的DMIPS性能约为STC15的30倍，即便是STM32F103也大概有STC15性能的3倍，由此可见STM32的强大，而且最便宜的STM32F103，价格大概在5块多人民币，和STC15系列的价格差不多。
简单来说是，价格差不多的情况下，51能做的，STM32都能做，51不能做的，STM32也能做，因此，越来越多的企业选择使用STM32替代51，所以，大家如果能学会STM32，找工作的时候，也会有一定的优势。
2.2 STM32H750资源简介
下面来看看STM32H750VBT6具体的内部资源，如表2.2.1所示：

表2.2.1 STM32H750VBT6内部资源表
由表可知，STM32内部资源还是非常丰富的，本书将针对这些资源进行详细的使用介绍，并提供丰富的例程，供大家参考学习，相信经过本书的学习，您会对STM32H750有一个全面的了解和掌握。
关于STM32H750内部资源的详细介绍，请大家参考光盘A盘7，硬件资料2，芯片资料 STM32H750VBT6.pdf，该文档即STM32H750的数据手册，里面有STM32H750详细的资源说明和相关性能参数。
2.3 STM32H750设计选型
STM32从2007年推出至今，已经有18个系列，超过1000个型号，为了方便大家选择合适的型号设计产品，本节给大家讲讲STM32的设计选型。
2.3.1 STM32系列
STM32目前总共有5大类，18个系列，如表2.3.1.1所示：

表2.3.1.1 STM32系列分类及说明
可以看到，STM32主要分两大块，MCU和MPU，MCU就是我们常见的STM32微控制器，不能跑Linux，而MPU则是ST在19年才推出的微处理器，可以跑Linux。本书重点介绍MCU产品，正点原子MiniPRO STM32H750开发板使用的STM32H750VBT6属于高性能MCU分类里面的超高性能型 H7系列。
STM32 MCU提供了包括：基础入门、混合信号、高性能、超低功耗和无线等5方面应用的产品型号，我们可以根据自己的实际需要选择合适的STM32来设计。比如，我们的产品对性能要求比较高，则可以选择ST的高性能MCU，包括：F2、F4、F7、H7等4个系列的产品；又比如想做超低功耗，则可以选择ST的超低功耗MCU，L系列的产品。
表2.3.1.1中加粗的系列，正点原子都有相应的开发板，包括：主流级F1、高性能F4/F7/H7、超低功耗L4和微处理器MP1，大家可以根据自己的需要选择合适的正点原子开发板进行学习。
由于STM32系列有很好的兼容性，我们只要能够熟练掌握其中一任何一款MCU，就可以很方便的学会并使用其他系列的MCU。比如学好了STM32F103，再去学F4/F7/H7就比较容易学会，由于STM32F103系列最早推向市场，资料和教程都是最多的，在市场上的使用也是最为广泛，所以对于没有接触过STM32的初学者来说，我们强烈建议先学习STM32F103，再去学习其他的STM32系列。
2.3.2 STM32命名
STM32的命名规则如图2.3.2.1所示：

图2.3.2.1 STM32 MCU命名规则（摘自STM32产品选型手册）
如图所示，STM32的产品名字里面包含了：家族、类别、特定功能、引脚数、闪存容量、封装、温度范围等重要信息，这些信息可以帮助我们识别和区分STM32不同芯片。
下面来看看STM32H750VBT6这个型号包含的信息，如表2.3.2.1所示：

表2.3.2.1 STM32H750VBT6型号说明
任何STM32型号，都可以按图2.3.2.1所示命名规则进行区分解读。
2.3.3 STM32选型
了解了STM32的系列和命名以后，我们再进行STM32选型就会比较容易了，这里我们只要遵循：由高到低，由大到小 的原则，就可以很方便的完成设计选型了。
由高到低原则：在不能评估项目所需性能的时候，可以考虑先选择高性能的STM32型号进行开发，比如选择F4/F7/H7等，在高性能STM32上面完成关键性能（即最需要性能的代码）开发验证，如果满足使用要求，则可以降档，如从H7F7F4F1，如不满足要求，则可以升档，如从F4F7H7，通过此方法找到最佳性价比的STM32系列。
由大到小原则：在不能评估项目所需FLASH大小、SRAM大小、GPIO数量、定时器等资源需求的时候，可以考虑先选择容量较大的型号进行开发，比如选择512K/甚至1M FLASH的型号进行开发，等到开发完成大部分功能之后，就对项目所需资源有了定论，从而可以根据实际情况进行降档选择（当然极少数情况可能还需要升档），通过此方法，找到最合适的STM32型号。
通过这两个原则，我们就可以找到最适合项目使用的STM32具体型号了。
整个选型工作大家可以在正点原子开发板上进行验证，一般我们开发板都是选择容量比较大/资源比较多的型号进行设计的，这样可以免去大家自己设计焊接验证板的麻烦，加快项目开发进度。一些资深工程师，对项目要求认识比较深入的话，甚至都不需要验证了，直接就可以选出最合适的型号，这个效率更高。当然这个需要长期积累和多实践，相信只要大家多学习，多实践，总有一天也能达到这个级别。
2.3.4 STM32设计
这里我们简单给大家介绍一下STM32的原理图设计，上一节我们通过选型原则可以确定项目所需的STM32具体型号，但是在选择型号以后，需要先设计原理图，然后再画PCB、打样、焊接、调试等步骤。这里我们重点介绍如何设计STM32H750的原理图。
任何MCU部分的原理图设计，其实都遵循：最小系统 + IO分配 的设计原则。在开始设计原理图之前，我们要通读一遍对STM32H750原理图设计非常有用的手册：STM32H750的数据手册，可以说不看这个数据手册，我们就无法设计STM32H750原理图。
数据手册
在设计STM32H750原理图的时候，我们需要用到一个非常重要的文档：STM32H750数据手册，里面对STM32H750的IO定义和说明有非常详细的描述，是我们设计原理图的基础。正点原子MiniPRO STM32H750开发板所使用的STM32H750芯片数据手册，存放在光盘：A盘 7，硬件资料2，芯片资料 STM32H750VBT6.pdf，接下来我们简单介绍一下如何使用该文档。
STM32H750VBT6.pdf 是最新的英文版（V5）STM32数据手册，暂时还没有中文版文档。大家可以根据自己的喜欢来选择合适的版本进行阅读，内容上基本大同小异，从准确性全面性的角度来说，看V5英文版是最好的。
STM32H750VBT6.pdf数据手册是针对STM32H750系列的数据手册，主要包括10个章节，如表2.3.4.1所示：

表2.3.4.1 STM32H750数据手册各章节内容概要
整个STM32H750数据手册，对我们开发学习STM32来说都比较重要，因此建议大家可以简单的通读一遍这个文档，以加深印象。对于原理图设计，最重要的莫过于引脚定义这一章节了，只有知道了STM32的引脚定义，才能开始设计原理图。
STM32H750VBT6引脚分布如图2.3.4.1所示：

图2.3.4.1 STM32H750VBT6芯片引脚分布
STM32H750VBT6引脚定义如表2.3.4.2所示：

表2.3.4.2 STM32H750VBT6芯片引脚定义（部分）（摘自STM32H750数据手册）
引脚定义表的具体说明如表2.3.4.3所示：

表2.3.4.3 引脚定义说明
了解了引脚分布和引脚定义以后，我们就可以开始设计STM32H750的原理图了。
最小系统
最小系统就是保证MCU正常运行的最低要求，一般是指MCU的供电、复位、晶振、BOOT等部分。STM32H750的最小系统需求如表2.3.4.4所示：

表2.3.4.4 STM32H750最小系统需求
完成以上引脚设计以后，STM32H750的最小系统就完成了，关于这些引脚的实际原理图，大家可以参考我们正点原子MiniPRO STM32H750开发板的原理图。接下来就可以开始进行IO分配了。
IO分配
IO分配就是在完成最小系统设计以后，根据项目需要对MCU的IO口进行分配，连接不同的器件，从而实现整体功能。比如：GPIO、IIC、SPI、SDIO、FSMC、USB、中断等。遵循：先分配特定外设IO，再分配通用IO，最后微调的原则，见表2.3.4.5所示：

表2.3.4.5 IO分配
经过以上几个步骤，我们就可以完成STM32H750的原理图设计了。