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STM32简介(1)

stm32

由B站江科大STM32视频学习做的笔记,便于自己以后复习回顾。


目录

一、STM32简介

二、ARM介绍

三、本次学习所用STM32介绍

1、片上资源(外设)

2、STM32命名规则

3、STM32系统结构 

4、STM32引脚定义

(1)表格介绍

(2)引脚介绍

5、STM32启动配置

6、STM32最小系统电路

7、STM32最小系统板硬件介绍


一、STM32简介

        STM32是ST公司基于ARM Cortex-M内核开发的32位微控制器。

        STM32常应用在嵌入式领域,如智能车、无人机、机器人、无线通信、物联网、工业控制、娱乐电子产品等。

        STM32功能强大、性能优异、片上资源丰富、功耗低,是一款经典的嵌入式微控制器。

 

High Performance:高性能系列

Mainstream:主流系列

Ultra-low-power:超低功耗系列

Wireless:无线系列

 CoreMark:内核跑分,分数越高,性能越好

二、ARM介绍

        ARM既指ARM公司,也指ARM处理器内核。

        ARM公司是全球领先的半导体知识产权(IP)提供商,全世界超过95%的智能手机和平板电脑都采用ARM架构。

        ARM公司设计ARM内核,半导体厂商完善内核周边电路并生产芯片。

        蓝色部分为ARM公司以前生产的老版本内核,如ARM7,ARM9,ARM11,这些型号称为经典的ARM处理器。

        Cortex-A系列、 Cortex-R系列、 Cortex-M系列三款子型号用于适用不同的场景。

        Cortex-A系列适用于高端应用型的领域,像苹果、高通、联发科的手机芯片基本上都是采用的ARM内核架构,A系列也是ARM内核中性能最高、发展最快的系列。

         Cortex-R系列和Cortex-M系列应用于嵌入式领域。

        R系列就是RealTime的意思,主要面向实时性很高的场景,比如硬盘控制器。

        M系列就是Microcontroller的意思,主要应用于单片机领域,像STM32,使用的就是M系列的内核。

三、本次学习所用STM32介绍

51单片机和USB输出的电压使用的是5V供电,给STM32供电时,如果时5V,需要稳压芯片,把电压降到3.3V,再给STM32供电。

1、片上资源(外设)

嵌套向量中断控制器(NVIC):内核里用于管理中断的设备,比如配置中断优先级。

系统滴答定时器(SysTick):内核里的定时器,主要用来给操作系统提供定时服务,来进行任务切换的功能。STM32是可以加入操作系统的,如FreeRTOS、UCOS等。

复位和时钟控制(RCC):可以对系统的时钟进行配置,以及使能各模块的时钟。在STM32中,其他的这些外设在上电的情况下默认是没有时钟的,不给时钟的情况下,操作外设是无效的,这样的目的是降低功耗。

通用IO口(GPIO):可以用GPIO来点灯,读取按键等功能。

复用IO口(AFIO):它可以完成复用功能端口的重定义,还有中断端口的配置。

外部中断(EXTI):配置好外部中断后,当引脚有电平变化时,就可以触发中断,让CPU来处理任务。

定时器(TIM):这也是整个STM32最常用、功能最多的外设,TIM分为高级定时器、通用定时器、基本定时器三种类型,这个定时器不仅可以完成定时中断的任务,还可以完成测频率、生成PWM波形、配置成专用的编码器接口等功能。其中的PWM波形是电机驱动、舵机驱动最基本的要求。

模数转换器(ADC):STM32内置了12位的AD转换器,可以直接读取IO口的模拟电压值,无需外部连接AD芯片,使用非常方便。

数模转换器(DAC):可以在IO口直接输出模拟电压,是ADC模数转换的逆过程。

直接内存访问(DMA):可以帮助CPU完成搬运大量数据这样的复杂任务。

同步/异步串口通信(USART):平常用的UART是异步串口的意思,这里的USART既支持异步串口,也支持同步串口。

I2C通信和SPI通信:是非常常用的两种通信协议,STM32也内置了他们的控制器,可以用硬件来输出时序波形,使用起来非常高效。

CAN通信:一种通信协议,常用于汽车领域。

USB通信:一种通信协议,常用于鼠标、键盘、U盘等各种电脑外设。

实时时钟(RTC):在STM32内部完成年月日、时分秒的计时功能,可以接外部备用电池,这样即使掉电也能正常运行。

CRC校验:是一种数据的校验方式,用于判断数据的正确性。

电源控制(PWR):可以让芯片进入睡眠模式等状态,来达到省电的目的。

备份寄存器(BKP):这是一段存储器,当系统掉电时,仍可由备用电池保持数据,这个根据需要,可以完成一些特殊功能。

独立看门狗(IWDG)和窗口看门狗(WWDG):当单片机因为电磁干扰死机或者程序设计不合理出现死循环时,看门狗可以及时复位芯片,保证系统的稳定。

SD卡接口(SDIO):可以用来读取SD卡。

可变静态存储控制器(FSMC):可以用于拓展内存或者配置成其他总线协议,用于某些硬件的操作。

USB主机接口(USB OTG):可以让STM32作为USB主机取读取其他USB设备。

2、STM32命名规则

3、STM32系统结构 

系统结构可分为如图上四个部分,左上角的是Cortex-M3的内核,内核引出来了三条总线,分别是ICode指令总线,DCode数据总线,System系统总线,其中ICode指令总线和DCode数据总线主要用来连接Flash闪存,Flash里面存储的就是我们编写的程序。ICode指令总线用来加载程序指令,DCode数据总线用来加载数据,比如常量和调试数据。

System系统总线就连接到了其他的东西上面,如SRAM,用于存储程序运行时的变量数据;
FSMC本课程的芯片不会用到;
AHB系统总线用于挂载主要的外设,AHB的意思是先进高性能总线,挂载的一般是最基本的或者性能比较高的外设,比如复位和时钟控制这些最基本的电路和SDIO;
再后来就是两个桥接,接到了APB2和APB1两个外设总线上,APB的意思是先进外设总线,用于连接一般的外设,因为AHB和APB的总线协议、总线速度、还有数据传送格式的差异,所以中间需要加两个桥接,来完成数据的转换和缓存,AHB的整体性能比APB高一些,其中APB2的性能又比APB1高一些,APB2一般是和AHB同频率的,都是72MHz,APB1一般是36MHz,所以APB2连接的都是一般外设中稍微重要的部分,具体外设分布如上图。

DMA可以把它当作内核CPU的小秘书,比如有一些大量的数据搬运,让CPU来干的话就太浪费时间,DMA主要就是干简单且反复要干的事情。DMA通过DMA总线连接到总线矩阵上,它可以拥有和CPU一样的总线控制权,用于访问这些外设小弟,当需要DMA搬运数据时,外设小弟就会通过请求线,发送DMA请求,然后DMA就会获得总线控制权,访问并转运数据,整个过程不需要CPU的参与,剩下来的时间,CPU可以干其他事情,这就是DMA的用途。

4、STM32引脚定义

(1)表格介绍

标红色的是电源相关的引脚,标蓝色的是最小系统相关的引脚,标绿色的是IO口、功能口。

加粗字体的是指优先使用的引脚,没有加粗的IO口,可能需要进行配置或者兼具其他功能。

类型:S代表电源,I代表输入、O代表输出,IO代表输入输出;

IO口电平代表IO口所能容忍的电压,FT表示能容忍5V电压,没有FT的,就只能容忍3.3V电压;

主功能就是上电后默认的功能,一般和引脚名称相同,如果不同的话,引脚的实际功能是主功能而不是引脚名称的功能;

默认复用功能是IO口上同时连接的外设功能引脚,配置IO口的时候,可以选择是通用IO口还是复用功能;

重定义功能作用是,如果有两个功能同时复用在了一个IO口上,并且确实需要这两个功能,可以把其中一个复用功能重映射到其他端口上,前提是这个重定义功能的表里有对应的端口。

(2)引脚介绍

(1)VBAT:备用电池供电引脚,这个引脚可以接一个3V的电池,当系统电源断电时,备用电池可以给内部的RTC时钟和备份寄存器提供电源。

(2)IO口-侵入检测-RTC:
1.IO口可以根据程序输出或读取高低电平;
2.侵入检测可以用来做安全保障的功能,比如你的产品安全性比较高,可以在外壳加一些防拆的触点,然后接上电路到这个引脚上,若有人强行拆开设备,触电就会断开,这个引脚的电平变化就会触发STM32的侵入信号,然后就会清空数据来保证安全;
3.RTC的引脚可以用来输出RTC校准时钟、RTC闹钟脉冲或者秒脉冲。

(3、4)IO口-接32.768KHz的RTC晶振。

(5、6)系统的主晶振:一般是8MHz,芯片内部有锁相环电路,可以对8MHz的频率进行倍频,最终产生72MHz的频率,作为系统的主时钟。

(7)NRST:系统复位引脚,N代表它是低电平复位的。

(8、9)内部模拟部分的电源,比如ADC、RC振荡器等,
VSS是负极,接GND,VDD是正极,接3.3V。

(10~19)都是IO口,其中PA0(10)兼具了WKUP的功能,这个可以用于唤醒处于待机模式的STM32。

(20)IO口-BOOT1引脚:BOOT引脚是用来配置启动模式。

(21、22)IO口

(23、24、35、36、47、48)VSS_1、2、3和VDD_1、2、3都是系统的主电源口,因为STM32内部采用了分区供电的方式,所有供电口会比较多,在使用时,VSS是负极,接GND,VDD是正极,接3.3V。

(25~33)都是IO口

(34、37~40)都是IO口或者调试端口,这些引脚默认的主功能是调试端口,调试端口就是用来调试程序和下载程序的。
STM32支持SWD和JTAG两种调试方式,SWD需要两根线,分别是SWDIO(34)和SWCLK(37);JTAG需要5根线,分别是JTMS(34)、JTCK(37)、JTDI(38)、JTDO(39)、NJTRST(40)。
江科大视频教程使用的是STLINK来下载调试程序,STLINK用的是SWD的方式,所以只需要占用PA13(34)和PA14(37)这两个IO口。在使用SWD的调试方式时,JTAG调试方式的其他引脚可以切换为普通IO口使用,但需要在程序中进行配置,不配置引脚默认的主功能是调试端口。

(41~43)IO口

(44)BOOT0:和BOOT1一样,也是用来做启动配置的。

(45~46)IO口

5、STM32启动配置

启动配置:指程序开始运行的位置,一般情况下,程序都是在Flash程序存储器开始执行。

当BOOT0=0,无论BOOT1接什么,启动模式都是主闪存存储器的模式,也就是正常执行Flash闪存里面的程序,这个模式是最常用的模式,一般情况下都是这个模式。

当BOOT0=1,BOOT1=0,为1即接3.3V电源正极,启动模式为系统存储器,即系统存储器被选为启动模式,这个模式就是用来做串口下载程序用的。

当BOOT0=1,BOOT1=1,配置的启动模式是内置SRAM启动,这个模式主要用来进行程序调试。

6、STM32最小系统电路

一般来说,单片机只有一个芯片是无法正常工作的,因此我们需要为单片机连接最基本的电路,这些最基本的电路就叫做最小系统电路。

STM32及供电:3个分区供电的主电源和左边模拟部分电源都连接了供电引脚,在3.3V和GND之间,一般会连接一个滤波电容,这个电容可以保证供电电压的稳定。
引脚1号VBAT是接备用电池的,可以选择一个3V的纽扣电池,正极接VBAT,负极接GND,备用电池是给RTC和备份寄存器服务的,如果不需要这些功能,就没必要接备份电池。

晶振部分电路:这里接了一个8MHz的主时钟晶振,STM32的主晶振一般都是8MHz,8MHz经过内部锁相环倍频,得到72MHz的主频,晶振上面的两根引脚分别通过两个网络标号,接到STM32的5、6号引脚,另外还需要接两个20pF的电容,作为启震电容,电容的另一端接地即可。
如果需要RTC功能,需要另外接一个32.768KHz的晶振,电路和这个一样,接在3、4号引脚上,上面的OSC32就是32.768KHz的意思,为什么采用32.768KHz呢?是因为32768是2的15次方,内部RTC电路经过2的15次方分频,就可以生成1秒的时间信号。

复位电路:由一个10k的电阻和0.1uF的电容组成,用来给单片机提供复位信号,中间的NRST接STM32的7号引脚,NRST是低电平复位,当这个复位电路在上电的瞬间,电容是没有电的,电源通过电阻开始向电容充电,并且此时电容呈现的是短路状态,NRST就会产生低电平,当电容逐渐充满电时,电容就相当于断路,此时NRST就会被R1上拉为高电平,上电瞬间的波形就是先低电平,然后逐渐高电平,这个低电平就可以提供STM32的上电复位信号。
电容的左边还并联了一个按键K1,这个可以提供一个手动复位的功能,当我们按下按键时,电容被放电,并且NRST引脚也通过按键被直接接地了,这就相当于手动产生了低电平复位信号;按键松手后,NRST又回归高电平,此时单片机就从复位状态转为工作状态。

启动配置:H1相当于开关的作用,拨动这个开关,就可以让BOOT引脚选择接3.3V还是GND。

在最小系统板上,使用的是跳线帽来充当开关的功能,当跳线帽插在左边两个引脚时(蓝线所指两个引脚),就相当于接地,插在右边两个引脚(红线所指两个引脚),就相当于接3.3V,这样就可配置BOOT的高低电平了。

下载端口:如果是用STLINK下载程序,需要把SWDIO和SWCLK这两个引脚引出来方便接线,另外再把3.3V和GND引出来。

7、STM32最小系统板硬件介绍

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