STM32二刷学习笔记--STM32概述

发布于：2024-12-19 ⋅ 阅读:(9) ⋅ 点赞:(0)
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花了一个多星期把江科协STM32教程刷完了,也算是对STM32有所了解. 现在开始二刷,这次二刷打算半个月拿下STM32. 把代码敲一遍. 【STM32入门教程-2023版 细致讲解 中文字幕】https://www.bilibili.com/video/BV1th411z7sn?vd_source=2fd155d9ed7f2131791233620141a958

系统结构

系统结构

Cortex-M3 内核

Cortex-M3 是 ARM 公司推出的专为嵌入式系统设计的 32 位 RISC 内核，具有以下特点：

  • 高效执行：支持 Thumb-2 指令集，提高代码密度和执行效率。
  • 多总线系统：包含 ICode 总线、DCode 总线 和 系统总线，分别访问 Flash、SRAM 等存储器。
  • 中断管理：提供 NVIC（嵌套向量中断控制器），支持 240 个中断向量及 256 个优先级。

多总线结构

STM32 使用多总线系统来提高数据传输效率：

  • ICode 总线：连接 Flash 接口，用于取指令。
  • DCode 总线：访问存储器（SRAM、Flash）用于数据读取。
  • 系统总线：连接各种外设和 SRAM，实现数据的高速传输。

存储器结构

STM32 包含 Flash 和 SRAM 存储器：

  • Flash：用于存储程序代码和不可变数据。通过 Flash 接口 与内核连接。
  • SRAM：用于数据存储和运行时变量。
  • FSMC（灵活静态存储器控制器）：用于连接外部存储器（如 NOR Flash、SRAM 和 LCD 显示屏）。

外设总线和桥接器

STM32 系统分为三种总线：

  • AHB（高级高性能总线）：最快,用于连接高带宽模块，如内核、DMA、SDIO 和 RCC。
  • APB2（高级外设总线 2）：快,连接高速外设，如 GPIOA-GPIOG、ADC1-ADC3、SPI1、USART1 等。
  • APB1（高级外设总线 1）：不快,连接低速外设，如 I2C1-I2C2、SPI2-SPI3、USART2-5、TIM2-7、RTC 等。

桥接器将 AHB 系统总线与 APB1 和 APB2 连接，实现数据传输。

DMA 控制器

STM32 包含两个 DMA 控制器（DMA1 和 DMA2），用于在存储器和外设之间实现数据搬运，减轻 CPU 负担。 类似于传输数据的小秘书.具有和总线一样的控制权,访问数据.

  • DMA1：有 7 个通道，可以与 AHB 总线进行数据传输。
  • DMA2：有 5 个通道，负责更高速的数据传输任务。

特点：

  • 支持外设到内存、内存到外设、内存到内存的传输。
  • 数据传输过程中 CPU 可执行其他任务，提升系统性能。

复位和时钟控制（RCC）

RCC（Reset and Clock Control）是 STM32 的时钟系统核心，提供以下功能：

  • 复位管理：控制系统上电复位（POR）、看门狗复位、软件复位等。
  • 时钟配置：通过 PLL（锁相环）提供多种时钟源，如 HSI、HSE、LSE 和 LSI。
  • 总线时钟分频：配置 AHB、APB1 和 APB2 不同的时钟频率。

外设模块

STM32 提供丰富的外设模块，包括：

  • GPIO（通用输入输出）：GPIOA 到 GPIOG，用于控制输入输出信号。
  • ADC（模数转换器）：ADC1 到 ADC3，12 位分辨率，高速采样。
  • USART/UART（串行通信接口）：支持同步和异步通信。
  • SPI/I2S：用于高速数据通信和音频传输。
  • I2C：用于连接传感器等低速设备。
  • Timers（定时器）：TIM1 到 TIM8（高级定时器） 和 TIM2 到 TIM7（通用定时器）。
  • RTC（实时时钟）：用于时间管理和定时唤醒功能。
  • USB 和 CAN：支持 USB 设备模式和 CAN 总线通信。

SDIO 接口

STM32 通过 SDIO（Secure Digital Input/Output）接口支持 SD 卡和 SDIO 设备，实现大容量数据存储和高速传输。

STM32F103C8T6 引脚定义表格

引脚号 引脚名称 类型 I/O 口 主功能 默认复用功能 重定义功能 备注介绍
1 VBAT S - - - - 备用电池供电引脚，维持RTC和备份寄存器供电。
2 PC13-TAMPER-RTC I/O PC13 TAMPOER-RTC RTC 时钟 - 连接 RTC 外部时钟或触发器。
3 PC14-OSC32_IN I/O PC14 OSC32_IN 32.768kHz 晶振输入 - 外部 32.768kHz 晶振输入端，用于 RTC 时钟。
4 PC15-OSC32_OUT I/O PC15 OSC32_OUT 32.768kHz 晶振输出 - 外部 32.768kHz 晶振输出端，用于 RTC 时钟。
5 OSC_IN I OSC_IN HSE 晶振输入 高速外部时钟 - 连接外部高速时钟（HSE）输入端。
6 OSC_OUT O OSC_OUT HSE 晶振输出 高速外部时钟 - 连接外部高速时钟（HSE）输出端。
7 NRST I NRST 复位引脚 系统复位 - 系统复位引脚，低电平触发复位。
8 VSSA S - 模拟地 - - 模拟电路地引脚。
9 VDDA S - 模拟电源 - - 模拟电源引脚，为 ADC、DAC 等提供电源。
10 PA0-WKUP I/O PA0 WKUP/USART2_CTS/ADC12_IN0 TIM2_CH1_ETR - 唤醒引脚，ADC 输入引脚，USART 控制线 CTS。
11 PA1 I/O PA1 USART2_RTS/ADC12_IN1/TIM2_CH2 TIM2_CH2 - USART2 发送线 RTS，ADC 输入引脚，TIM 定时器通道 2。
12 PA2 I/O PA2 USART2_TX/ADC12_IN2/TIM2_CH3 USART2_TX - USART2 数据发送引脚，ADC 输入引脚，TIM 定时器通道 3。
13 PA3 I/O PA3 USART2_RX/ADC12_IN3/TIM2_CH4 USART2_RX - USART2 数据接收引脚，ADC 输入引脚，TIM 定时器通道 4。
14 PA4 I/O PA4 SPI1_NSS/USART2_CK/ADC12_IN4 SPI1_NSS - SPI 片选引脚，USART2 时钟输出引脚，ADC 输入。
15 PA5 I/O PA5 SPI1_SCK/ADC12_IN5 SPI1_SCK - SPI 时钟引脚，ADC 输入引脚。
16 PA6 I/O PA6 SPI1_MISO/ADC12_IN6/TIM3_CH1 SPI1_MISO/TIM3_CH1 - SPI 数据输入引脚，ADC 输入引脚，TIM3 定时器通道 1。
17 PA7 I/O PA7 SPI1_MOSI/ADC12_IN7/TIM3_CH2 SPI1_MOSI/TIM3_CH2 - SPI 数据输出引脚，ADC 输入引脚，TIM3 定时器通道 2。
18 PB0 I/O PB0 ADC12_IN8/TIM3_CH3 ADC12_IN8/TIM3_CH3 - ADC 输入引脚，TIM3 定时器通道 3。
19 PB1 I/O PB1 ADC12_IN9/TIM3_CH4 ADC12_IN9/TIM3_CH4 - ADC 输入引脚，TIM3 定时器通道 4。
20 PB2 I/O PB2 BOOT1 - - BOOT1 引脚用于系统启动模式选择。
21 PB10 I/O PB10 I2C2_SCL/USART3_TX I2C2_SCL - I2C 时钟引脚，USART3 数据发送引脚。
22 PB11 I/O PB11 I2C2_SDA/USART3_RX I2C2_SDA - I2C 数据引脚，USART3 数据接收引脚。
23 VSS1 S - 电源地 - - 系统地引脚，供电返回路径。
24 VDD1 S - 电源正 - - 为数字电路供电。
25 PB12 I/O PB12 SPI2_NSS/I2C2_SMBA/USART3_CK SPI2_NSS - SPI2 片选引脚，I2C 地址引脚，USART3 时钟引脚。
26 PB13 I/O PB13 SPI2_SCK/USART3_CTS/TIM1_CH1N SPI2_SCK - SPI2 时钟信号引脚，USART3 控制线 CTS，引脚支持 TIM1 通道功能。
27 PB14 I/O PB14 SPI2_MISO/USART3_RTS/TIM1_CH2N SPI2_MISO - SPI2 数据输入引脚，USART3 控制线 RTS，引脚支持 TIM1 通道功能。
28 PB15 I/O PB15 SPI2_MOSI/TIM1_CH3N SPI2_MOSI - SPI2 数据输出引脚，TIM1 通道 3N 输出引脚。
29 PA8 I/O PA8 USART1_CK/TIM1_CH1/MCO TIM1_CH1 - USART1 时钟输出引脚，TIM1 通道 1，引脚支持微控制器时钟输出。
30 PA9 I/O PA9 USART1_TX/TIM1_CH2 USART1_TX - USART1 数据发送引脚，TIM1 通道 2。
31 PA10 I/O PA10 USART1_RX/TIM1_CH3 USART1_RX - USART1 数据接收引脚，TIM1 通道 3。
32 PA11 I/O PA11 USART1_CTS/USB_DM/CAN_RX USB_DM PA11 USART1 控制线 CTS，引脚支持 USB 数据线负极功能。
33 PA12 I/O PA12 USART1_RTS/USB_DP/CAN_TX USB_DP PA12 USART1 控制线 RTS，引脚支持 USB 数据线正极功能。
34 PA13 I/O PA13 JTMS/SWDIO JTMS/SWDIO - 调试接口引脚，用于 SWD/JTAG 调试通信。
35 VSS2 S - 系统地 - - 系统地引脚，为数字电路提供参考地。
36 VDD2 S - 电源正 - - 数字电路电源引脚。
37 PA14 I/O PA14 JTCK/SWCLK JTCK/SWCLK - JTAG/SWD 调试时钟引脚。
38 PA15 I/O PA15 JTDI JTDI - JTAG 数据输入引脚。
39 PB3 I/O PB3 JTDO JTDO TIM2_CH2/USART3_CK JTAG 数据输出引脚，也支持 TIM2 和 USART3 时钟功能。
40 PB4 I/O PB4 NJTRST NJTRST SPI1_MISO/TIM3_CH1 JTAG 复位引脚，复用为 SPI1 数据输入和 TIM3 通道 1。
41 PB5 I/O PB5 I2C1_SMBA I2C1_SMBA - I2C 地址报警引脚，连接 I2C 设备。
42 PB6 I/O PB6 I2C1_SCL/TIM4_CH1 I2C1_SCL USART1_TX I2C 时钟信号引脚，TIM4 通道 1，USART1 数据发送引脚。
43 PB7 I/O PB7 I2C1_SDA/TIM4_CH2 I2C1_SDA USART1_RX I2C 数据引脚，TIM4 通道 2，USART1 数据接收引脚。
44 BOOT0 I - BOOT0 系统启动模式选择 - 引脚控制 MCU 启动方式（BootLoader、用户代码等）。
45 PB8 I/O PB8 TIM4_CH3 TIM4_CH3 I2C1_SCL TIM4 定时器通道 3，也支持 I2C1 时钟功能。
46 PB9 I/O PB9 TIM4_CH4 TIM4_CH4 I2C1_SDA TIM4 定时器通道 4，也支持 I2C1 数据功能。
47 VSS3 S - 系统地 - - 系统地引脚。
48 VDD3 S - 电源正 - - 数字电路电源引脚。

工程框架

STM32 工程框架的运行流程通常分为启动文件、用户代码文件和库文件三大部分。下面根据图中流程进行详细介绍：
在这里插入图片描述

1. 启动文件：startup_xx.s

  • 作用：完成系统复位、初始化工作，并调用用户主程序 main。
  • 功能模块：
    • 复位中断：在系统复位时，调用 SystemInit 函数完成系统初始化。
    • 调用 SystemInit：该函数位于 system_xx.c 文件中，主要完成系统时钟初始化。
    • 调用 main：系统初始化完成后，执行用户编写的主函数 main。
    • 其他中断：调用中断处理函数，这些函数通常由用户在 stm32f10x_it.c 中进行定义。

2. 用户代码文件

用户代码主要包括三个文件：

  • system_xx.c / .h：

    • 定义 SystemInit：完成系统时钟、PLL 等初始化配置。
    • 系统初始化：主要为复位中断后调用的第一个函数，确保系统硬件处于稳定状态。

  • main.c：

    • 定义 main：用户程序的入口函数，包含主要业务逻辑。

  • stm32f10x_it.c / .h：

    • 定义中断处理函数：响应不同外设或系统中断请求，例如定时器中断、外部中断等。
    • 调用中断函数：在启动文件中，当其他中断触发时，会调用这些处理函数。

  • 其他用户文件：

    • 用户根据实际需求自定义的代码文件，比如驱动外设、应用程序模块等。

3. 库文件

库文件是 STM32 标准库或 HAL 库的一部分，主要包括：

  • stm32f10x.h：

    • 外设寄存器描述：定义了 STM32 外设的寄存器地址、位定义等。

  • core_cm3.c / .h：

    • 内核寄存器描述：针对 ARM Cortex-M3 内核的寄存器描述及相关配置。

  • 库函数文件 (misc.c、stm32f10x_adc.c 等)：

    • 提供外设驱动的库函数，例如 ADC、GPIO、USART 等外设的初始化和控制函数。

  • stm32f10x_conf.h：

    • 库函数配置文件：用于配置哪些库函数模块需要被包含，比如 ADC、UART、I2C 等模块。

运行流程总结

  1. 复位中断：系统启动后，startup_xx.s 调用 SystemInit 进行初始化。
  2. 调用 main：初始化完成后，系统进入 main.c 中的 main 函数，执行用户程序。
  3. 中断响应：当外设或系统产生中断时，调用 stm32f10x_it.c 中定义的中断处理函数。
  4. 库文件支持：用户代码和启动文件依赖库文件完成底层硬件操作，包括外设配置和内核寄存器的操作。

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