1.1 STM32简介及工程架构

1-1 课程简介

1 课程概述

• 程序纯手打，手把手教学。在本套视频中除了一些比较固定的代码，比如延时函数、显示屏函数等，我会直接提供给大家，其他的关键部分代码我都会亲自给大家敲出来，一步步的演示工程是如何建立的，程序是如何调试的

• STM32最小系统版和面包版的硬件平台。在本套视频中，使用的硬件平台如下图所示

  

• 将STM32最小系统板插在面包板上，作为基本的硬件单元。下面插上一块0.96寸的OLED作为调试和显示的屏幕。在调试程序时，我们可以把程序中的变量显示在这个屏幕上，这样调试起来就会比较方便

• STLINK是插在电脑上用于下载程序和供电的。 LED按键插在最小系统板的两侧，其他的一些模块，比如这个是蜂鸣器模块，则是用杜邦线来连接的，带插针的模块则会跨接在面包板的中间，然后再进行连线

• 使用面包板能够完成任意电路的连接，连线和修改都是非常方便的，相比较成品的开发板方式，使用面包板更有利于我们对硬件电路的学习，而且也可以避免开发板的一些问题。比如引脚冲突，引脚无法更改等。当然使用面包板也会带来一些问题，比如你程序现象不出来，不仅可能是你程序的问题，也有可能是接线的问题。这就需要我们在连线的时候要更加细心一些，关注软件程序的同时也需要关注一下硬件电路

2 硬件设备

2.1 STM32入门套件

本套课程所使用的入门套件见下图

• 1为面包板，其他的模块和导线都是插在面包板上完成连接的
• 2是面包板专用的跳线，这种跳线比较短，可以贴在面包板上插线，比较适合长时间插线的情况
• 3是面包板的飞线，这种线比较长，也方便挪动，比较适合经常挪动的接线情况
• 4是杜邦线，分别是公对母和母对母的，可以用于插接一些电路模块
• 5是STM32最小系统板，上面黑色的小芯片就是STM32，我们主要就是学习这个芯片
• 6是0.96寸的OLED显示屏模块，用于显示参数和变量。这个显示屏是一个4引脚版本的，现在网上卖的有4引脚和7引脚的，注意不要弄错了
• 7是电位器，主要用来进行AD转换实验的
• 8是按键，我选的按键是这种两引脚的小按键，它可以正好跨接在面包板的引脚插孔和电源插孔之间，连接非常方便简洁
• 9是LED灯，用来做点灯实验的，我争取让大家都成为点灯大师
• 10是STLINK，用来下载程序和供电的
• 11是USB转串口模块，使用这个模块就可以使STM32和电脑进行串口通信了
• 12是有源蜂鸣器模块，它是内置震荡源的，接上电就可以响。相比较无源蜂鸣器模块需要不断翻转IO口的操作方式，这个就方便多了，基本和点灯一样简单
• 13是光敏电阻模块，下面的4个引脚有2个是用来供电的，还有2个是光敏电阻信号的模拟输出和数字输出，这个可以用来进行IO口读取实验或者AD实验
• 14是热敏电阻模块，也是有模拟输出和数字输出的
• 15是对射式红外模块，这个模块配合遮光片可以用来计次或者配合编码盘用来测速
• 16是反射式红外模块，这个做过循迹车的应该清楚，它可以向地面发射红外光，然后再用红外接收管接收地面反射的红外光，通过判断接收光的强度，就可以大致的识别出地面的颜色变化了
• 17是W25Q64 FLASH存储模块，它可以存储数据，并且它是用SPI总线进行通信的，我们主要用它来学习SPI通信
• 18是MPU6050陀螺仪和加速度计，它可以测量芯片自身的姿态，像四轴飞行器上一般都会配有陀螺仪和加速的计，这个模块是IIC总线通信的，我们主要用它来学习IIC通信
• 19是旋转编码器，它可以输出两路正交的方波信号，用于指示旋转的方向和速度。STM32里面有专门的编码器电路，可以很方便地识别这种信号，这个模块可以当做一个快速的按键来使用。当然我的主要意图还是用它来模拟编码器的测速。现在的编码电机一般都会配备霍尔传感器或者光电传感器，这些传感器的输出和这种旋转编码器是一样的，所以学习一下旋转编码器就可以了，而且这种旋转编码器还比较方便的插在面包板上
• 20和21是直流电机和TB6612电机驱动模块，可以用来进行直流电机的PWM调速实验
• 22是SG90舵机，它也是用PWM进行控制的。它的输出端可以像船舵一样，根据我们给定的PWM信号的占空比固定在某个角度上，这个可以用来做一些机器人或者机械臂的关节

2.2 Windows电脑

• 电脑尽量选择windows系统的，因为我们的编程软件还有一些小工具都是在windows平台的，选择windows的电脑会方便一些

2.3 工具

• 准备一些工具，比如万用表、示波器、镊子、剪刀等
• 万用表可以很方便的检查电路的连接情况，因为我们使用的是面包板搭接的电路，可能会存在接错线或者接触不良的情况，如果有个万用表就可以很方便的测试电路的连接情况
• 示波器可以测出引脚的电压波形变化，在PWM实验或者通讯协议的实验能看到波形，那对我们的调试程序将会有很大的帮助

3 软件设备

• 本套教程学习STM32使用的是Keil5 MDK这个软件，Keil5 MDK是用来给ARM系列的单片机编程的软件。Keil5 MDK的安装软件和注册工具见网盘链接，安装方法见《2-1 软件安装》

1-2 STM32简介

1 STM32 MCUs

1.1 STM32

• ST是指ST公司，M是Microcontroller的首字母。微控制器就是MCU，就是我们常说的单片机，所以STM32也是一款单片机
• 32是指该处理器是32位，即32-bits。相比较8位的51单片机，STM32的性能还是非常强的
• ARM Cortex-M内核是STM32内部的核心部分。这个内核是ARM公司设计的，我们程序指令的执行、加减乘除的运算都是在内核里完成的，它相当于整个芯片的CPU。就像我们现在的电脑厂商一样，可以拿着英特尔或者AMD的CPU，然后自己完善外围电路，就可以推出自己品牌的电脑。STM32也是一样，ST公司拿着ARM公司设计的内核，再完善外围电路，整个封装起来就做成了STM32。当然也可以有其他的厂商拿着ARM的内核，来做自己的芯片，那这些芯片都叫做基于ARM内核的芯片
• 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

1.2 STM32系列

• STM32分4个系列，分别是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），见下图

• High Performance：STM32F2、STM32F4、STM32F7、STM32H7

  • 上图中下面是芯片的性能介绍，比如STM32F2系列就是398的CoreMark和120MHz主频的Cortex-M3内核。这个CoreMark就是一个内核跑分，跑分越高性能越好。Cortex-M3内核就是ARM的其中一个内核芯片

  • 单片机的主频（也称为时钟频率或振荡频率）是指单片机的内部时钟频率，通常以赫兹（Hz）为单位表示。主频对单片机的性能和功能具有重要影响，具体用途包括：

    ​ 1. 控制执行速度：主频决定了单片机执行指令的速度。较高的主频可以使单片机更快地执行指令，适用于需要高性能的应用，例如图形处理、音频处理或高速通信

    ​ 2. 定时和延时：主频用于计算定时器和延时器的周期，从而实现精确的时间控制。这在许多应用中非常重要，如实时控制系统、定时器中断等

    ​ 3. 节能和电源管理：通过降低主频，可以减少单片机的功耗，延长电池寿命，适用于侧重低功耗的应用，如便携设备和传感器节点

    ​ 4. 通信速度：主频也可以影响串行通信的速度，例如UART（通用异步收发传输）通信或SPI（串行外设接口）通信速率。更高的主频可以支持更高的通信速度

    ​ 5. 复杂性和功能：高主频的单片机通常具有更多的处理能力，可以执行更复杂的任务和算法。这对于需要处理大数据量或进行复杂计算的应用非常重要

    ​ 6. 精确性和稳定性：主频的稳定性和精确性对某些应用非常重要，例如时钟同步、数据采集和传感器读数。单片机主频的稳定性可以影响系统性能

  • 高性能系列中，STM32H7的芯片就是目前最强的STM32芯片。拥有3224的内核跑分，550MHz的Cortex-M7和240MHz的 Cortex-M4的内核，是一个双核微控制机

• Mainstream：STM32G0、STM32G4、STM32F0、STM32F1、STM32F3

  • 本次教程我们使用的是STM32F1这个系列，它有177的内核跑分和72MHz的Cortex-M3内核

• Ultra-low-power：STM32L4+、STM32U5、STM32L0、STM32L1、STM32L4、STM32L5

• Wireless：STM32WL、STM32WB

2 ARM处理器系列

• 这里的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提供商，知识产权提供商的意思就是这个ARM公司是只设计ARM内核而不生产实物。实际的内核是各大半导体厂商连同芯片一起制作出来的。ARM可以授权给各大厂商它的设计，然后再收取授权费作为盈利方式。这实际是一种开放、合作、利益共享、风险共担的商业模式，现在全球超过95%的智能手机和平板电脑都采用了ARM的架构

• STM32是ST公司基于ARM内核，设计自己的存储器以及外设等组件，构成STM芯片，见下图

  • 蓝色部分是整个的STM32芯片，内部处于CPU地位的就是ARM公司设计的内核。右边这些橙色的部分就是ST公司设计的外围电路，比如存储器还有一些片上的外设资源等。如果ST公司觉得资源不够多，还可以继续增加外围电路

• ARM公司的内核分为Classic、Embedded和Application，见下图

• Classic
  • 经典ARM处理器，ARM老版本，现在用的比较少了
  • 主流型号：ARM7、ARM9、ARM11

• Application
  • 在ARM11之后，为了迎合时代的发展和市场的变化，ARM更改了命名方式，推出了Cortex系列的内核，并且一下推出了三款子型号用于适用不同的场景。它们分别是Cortex-A系列、Cortex-R系列和Cortex-M系列，这三个系列加起正好构成的ARM三个字母。A系列适用于高端应用型的领域，R系列和M系列适用于嵌入式领域
  • A系列就是Application的意思，现在的苹果、高通、联发科的手机芯片基本上都是采用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。最近苹果推出了基于ARM架构的M1芯片，将ARM架构推进到了电脑领域，所以ARM的发展趋势还是非常好的
  • 主流型号：Cortex-A5、Cortex-A7、Cortex-A8、Cortex-A9、Cortex-A15等

• Embedded
  • 与A系列对比下来，R系列和M系列的型号发展就比较慢。R系列就是RealTime的意思，主要面向实时性很高的场景，比如硬盘控制器等。R系列的应用场景比较小，R系列的内核型号也不是很多
  • M系列就是MicroController的意思，主要应用在单片机领域。STM32使用的就是M系列的内核，它的型号有Cortex-M0、Cortex-M1、Cortex-M3、Cortex-M4等。不同型号的内核性能也是不同的，参见上文STM32系列的配图

3 STM32F103C8T6

3.1 芯片参数

• 系列：主流系列STM32F1
• 内核：ARM Cortex-M3
• 主频：72MHz
• RAM：20K，RAM是运行内存，实际的存储介质是SRAM
• ROM：64K，ROM是程序存储器，实际的存储介质是Flash闪存
• 供电：2.0~3.6V(标准3.3V)
  • USB和51单片机，都用的5V电压，不能给STM32供电。如果是5V电压，需要加一个稳压芯片，把电压降到3.3V再给STM32供电
• 封装：LQFP48，如上图所示，总共有48个引脚，如果自己画PCB板需要了解一下它的封装

3.2 最小系统板

最小系统板硬件信息

• ①两个跳线帽用来配置BOOT引脚
• ②黑色芯片是STM32F103C8T6
• ③是PWR电源指示灯
• ④是SWD的调试接口，用来下载程序
• ⑤是接在PC13口的测试LED灯
• ⑥32.768KHz的RTC晶振
• ⑦是8MHz的主时钟晶振
• ⑨是USB接口，它可以进行USB通信，也可以为板子供电
• 上下两排是用于接线的排针

• 系统板背面见上图，①标记处是3.3V稳压芯片，剩下的是电容、电阻这些零件

3.3 片上资源(外设)

1 外设资源

• 在STM32微控制器中，外设（Peripheral）是指与主处理器核心（Core）相连的独立功能模块或硬件单元。这些外设模块能够通过特定的接口与主处理器核心进行通信和交互，以扩展微控制器的功能和性能
• STM32微控制器内部集成了各种外设，包括但不限于通用输入/输出引脚（GPIO）、定时器（Timer）、串行通信接口（UART、SPI、I2C等）、模数转换器（ADC）、通用定时/计数器（GPT）、以太网控制器、USB控制器、以及其他专用功能模块等。
• STM32F103XX系列的外设资源见下图，各个外设的作用见下表

• 通过使用这些外设，开发人员可以利用STM32微控制器的硬件资源来实现各种功能，例如读取传感器数据、控制外部设备、进行通信和网络连接等
  • 注意，下表是STM32F103XX系列的所有外设，并不是所有型号都拥有全部的外设。比如我们使用的C8T6的芯片就没有DAC、SDIO、FSMC和USB OTG这四个外设。每个芯片具体有哪些外设，每个外设有几个，需要查看该芯片的数据手册

2 STM32时钟

• 在STM32微控制器中，时钟（Clock）是指用于同步和驱动各个硬件模块和外设的基准信号。时钟信号提供了微控制器内部各个模块之间的时间参考，确保它们按照正确的时序进行操作和通信

• STM32微控制器具有多个时钟源和时钟树，用于提供不同频率和精度的时钟信号。主要的时钟源包括晶体振荡器（Crystal Oscillator）、内部高速振荡器（Internal High-Speed Oscillator）、外部时钟源（External Clock Source）等。这些时钟源通过时钟树的配置和分频器的设置，可以生成不同频率的系统时钟和各个外设所需的时钟信号

• 通过配置和管理时钟，开发人员可以控制外设的操作速度、功耗消耗，以及整个系统的时序和同步性

3.3 芯片命名规则

STM32芯片命名规则，见下图

• 产品系列：STM32=基于ARM核心的32位微控制器
• 产品类型：F=通用类型
• 产品子系列：101-基本型、102=USB基本型、USB2.0全速设备、103=增强型、105或107=互联型
• 引脚数目：T=36引脚、C=48引脚、R=64引脚、V=100引脚、Z=144引脚（一般来说引脚越多，外设资源就越多）
• 内存存储器容量：4=16K字节的闪存存储器、6=32K字节的闪存存储器、8=64K字节的闪存存储器、B=128K字节的闪存存储器、C=256K字节的闪存存储器、D=384K字节的闪存存储器、E=512K字节的闪存存储器
• 封装：H=BGA、T=LQFP、U=VFQFPN、Y=WLCSP64
• 温度范围：6=工业级温度范围，-40℃-85℃、7=工业级温度范围，-40℃-105℃

3.4 芯片系统结构

STM32的系统结构，见下图

上图可以分为四个部分：

• 左上角
  
  • ①是Cortex-M3内核，内核引出来了三条总线，分别是ICode的指令总线、DCode数据总线和System系统总线。ICode总线和DCode总线主要是用来②Flash闪存

• 右上角
  • Flash里面存储的是我们编写的程序，ICode指令总线就是用来加载程序指令，DCode的数据总线是用来加载数据，比如常量和调试参数等
  • 除了ICode总线和DCode总线，内核还引出了System系统总线。System总线连接到其他的资源上面，比如③SRAM，用于存储程序运行时的变量数据；还有④FSMC，这个本课程的芯片不会用到

• 右下角
  • ⑤AHB系统总线就是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，还有⑥SDIO也是挂载在AHB总线
  • AHB总线后面是两个桥接，接到⑦APB1和⑧APB2两个外设总线上。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，其中这个⑧APB2的性能又比⑦APB1高一些。⑧APB2一般和AHB同频率，都是72MHz，APB1一般是36MHz。所以APB2连接的是外设中稍微重要的部分，比如GPIO端口、还有一些外设的1号选手等，比如USART1、SPI1、高级定时器TIM1和TIM8，以及ADC、EXTI、AFIO等外设
  • 其他的像这些2、3、4、5号的外设，还有DAC、PWR、BKB等这些次要一点的外设，都会分配到APB1上。当然在使用的时候个人一般感觉不到⑧APB2和⑦APB1的性能差距，只需要知道这个外设是挂到哪个总线上就可以，在进行时钟使能设置的时候需要用到
  • 总结：右下角的这一大部分主要介绍的是外设种类和分布，左下角的部分是DMA

• 左下角
  • ⑨DMA可以把它当做内核CPU的小秘书。比如有一些大量的数据搬运的工作，让CPU来干的话就太浪费资源。比如有个外设ADC模数转换的工作，模数转换为连续模式，每1毫秒转换一次。转换完的数据必须得转运出来，否则数据就会被覆盖丢失
  • 如果直接让CPU来干搬运工作，那CPU每过1毫秒就得来转运一下数据，这样会费时费力影响CPU的正常工作。而且这个工作就是简单的数据搬运，也没必要CPU来干这活，于是DMA这个小秘书就出现了
  • DMA主要干像数据搬运这样简单且反复要干的事情。DMA通过⑩DMA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，省下CPU的资源来干其他的事情

3.5 芯片引脚定义

STM32F103C8T6的引脚定义图

• 在引脚名称和引脚序号示意图中，左上角的小黑点代表它左边的引脚是1号引脚，然后逆时针依次排列，直到48号引脚，下面的表格是每个引脚的名称和功能，通过颜色进行标记

• 颜色标记说明
  • 标记红色的是电源相关的引脚
  • 标记蓝色的是最小系统相关的引脚
  • 标记绿色的是IO口、功能口这些引脚

• 关于上表的几点说明
  • 前两列是引脚号和引脚名称，和上面的芯片引脚一一对应
  • 类型：S代表电源、I代表输入、O代表输出、IO代表输入输出
  • I/O电平：表示I/O所能容忍的电压，FT表示可以容忍5V电压，没有表示可以容忍3.3V电压。如果某个引脚没有FT，需要接5V的电压，就需要加装电平转换电路
  • 主功能：上电后默认的功能，一般和引脚名称相同；若不同，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：IO口上同时连接的外设功能引脚，这个配置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：如果有两个功能同时复用在了一个IO口上，而你确实需要用到这两个功能。那你可以把其中一个复用功能重映设到其他端口上，当然前提是这个重定义功能的表里有对应的端口

• STM32F103C8T6引脚说明见下，参考链接：点击传送

• 1号引脚是VBAT，它是备用电池供电的引脚，在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号引脚是IO口、或者侵入检测、或者RTC

  • IO口可以根据程序输出或读取高低电平，是最基本也是最常用的功能
  • 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，然后接上电路到到这个引脚。如果有人强行拆开设备，那触点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
  • RTC引脚可以用来输出RTC较准时钟、RTC闹钟脉冲或者秒脉冲

• 3、4号引脚是IO口，或者接32.768KHz的RTC晶振。2的15次方是32768，内部RTC经过2的15次方分频，就可以产生1秒的时间信号

• 5、6号引脚（在板子背面）接系统的主晶振，一般是8MHz。然后芯片内有锁相环电路，可以对这个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号引脚NRST是系统复位引脚，N代表它是低电平复位

• 8、9号引脚是内部模拟部分的电源（物理引脚没找到），比如ADC、RC振荡器等。VSS是负极，接GND；VDD是正极，接3.3V

• 10-19号引脚都是IO口，其中PA0还兼具了WKUP功能，可以用于唤醒处于待机模式的STM32

• 20号引脚是IO口或者BOOT1引脚，BOOT引脚用来配置启动模式

• 21、22号引脚是IO口

• 23、24号引脚的VSS_1和VDD_1是系统的主电源口。同样的VSS是负极，VDD是正极。另外下面还有VSS_2（35引脚）、VDD_2（36引脚）、VSS_3（47引脚）、VDD_3（48引脚），都是系统的主电源口。这里STM32内部采用了分区供电的方式，所以供电口会比较多。在使用时，把VSS都接GND，VDD都接3.3V即可

• 25-33号引脚都是IO口

• 34号引脚，加上37号到40号引脚，这些是IO口或者调试端口。上电默认的主功能是调试端口，调试端口用来调试程序和下载程序

  • STM32支持SWD和JTAG两种调试方式，SWD需要两根线，分别是SWDIO和SWCLK。JTAG需要五根线，分别是JTMS、JTCK、JTDI、JTDO、NJTRST
  • 本教程使用的是STLINK来下载调试程序，STLINK用的是SWD的方式，所以只需要占用PA13、PA14这两个IO口
  • 在使用SWD的调试方式时，剩下的PA15、PB3、PB4可以切换为普通的IO口来使用。但要在程序中进行配置，不配置默认是不会用做IO口，执行上电的主功能

• 41号到43号，45号到46号都是引脚是IO口
• 44号引脚是BOOT0，和上面介绍的BOOT1一样，用来进行启动配置

• 上表中，引脚名称没有加粗，表示优先推荐使用加粗的引脚。没有加粗的IO口，可能需要进行配置，或者兼具其他功能，使用时需要留意一下

3.6 启动配置

• 启动配置的作用就是指定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。但是在某些情况下，我们也可以让程序在别的地方开始执行，用以完成特殊的功能
• STM32F10XXX的启动配置见下图，可以通过配置BOOT0和BOOT1引脚来选择三种不同的启动模式

• 主闪存存储器模式
  • 当BOOT0引脚接0，也就是接地的意思，这个时候BOOT1接X，就是无论接什么，启动模式都是主闪存存储器的模式。这时候主闪存存储器被选为启动区域，也就是正常的执行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

• 系统存储器模式
  • 当BOOT1接0，BOOT0接1，接1就是接到3.3V电源正的意思。那启动模式就是系统存储器，说明系统存储器被选为启动区域，这个模式用来做串口下载。系统存储器就是STM32中一段Bootloader程序，Bootloader程序的作用就是接收串口的数据，然后刷新到主闪存中，这样就可以使用串口下载程序。一般我们需要串口下载程序的时候会配置到这个模式
  • 何时用到串口下载，可以看引脚定义表。34、37、38、39、40这5个引脚是调试端口，它们既可以用来下载程序，也可以用作普通IO口。如果我们在程序中把这5个端口全部配置成IO口，那就坏了。因为没有调试端口，无法下载程序。所以在配置这几个端口的时候要小心，不要把他们全部配置成普通IO口
  • 如果全部配置成IO口，无法下载程序，这就需要用到串口的方式下载程序，此时需要配置BOOT1为0，BOOT0为1。当然串口下载也不光是用来救急的，如果你没有STLINK，也没有JLINK，就可以使用串口下载程序，这样就多了一种下载程序的方式

• 内置SRAM模式
  • BOOT1接1，BOOT0接1是配置为内置SRAM模式，这个模式主要是用来进行程序调试

• 说明：在系统复位后SYSCLK的第4个上升沿，BOOT引脚的值将被锁定，用户可以通过设置BOOT1和BOOT0引脚的状态来选择复位后的启动模式。这个意思是BOOT引脚的值是在上电复位后的一瞬间有效的。从引脚定义表可以看出，BOOT1和PB2在同一个引脚上，也就是在上电的瞬间是BOOT1的功能，当第4个时钟过后就是PB2的功能

3.7 STM32最小系统电路

STM32的最小系统电路见下图

• STM32及供电
  • 三个分区供电的主电源①②③和模拟部分电源④都连接了供电引脚，VSS都连接了GND，VDD都连接了3V3也就是3.3V。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。我们在设计电路的时候，一般只要遇到供电都会习惯上的加上几个滤波电容
  • VBAT是接备用电池，如果需要接备用电池，可以选择一个3V的扭扣电池，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不用接备用电池，VBAT直接接3.3V或者全空也没问题

• 晶振
  • 晶振电路接了一个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。晶振的两个引脚分别通过OSC_IN和OSC_OUT这两个网络标号，连接到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，这就是晶振电路
  • 如果你需要RTC功能的话，还需要再接一个32.768KHz的晶振，电路和这个一样，接在3、4号引脚。 这个OSC32就是32.768KHz的意思。因为32.768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一秒的时间信号

• 复位
  • 复位电路由一个10K的电阻和另一个0.1uF的电容组成。它用来给单片机提供复位信号，NRST接在STM32的7号引脚。NRST是低电平复位的，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，因此NRST引脚就会产生低电平
  • 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
  • 当然电容充电还是非常快的，所以在我们看来单片机就在上电的一瞬间复位。电容左边还并联了一个按键，这个按键可以提供手动复位功能。当按下按键时，电容被放电，NRST引脚通过按键被直接接地，相当于手动产生的低电平复位信号。按键松手后，NRST又回归高电平，单片机从复位状态转为工作状态
  • 平时我们常见到这种复位按键。一般在设备上有个小孔，当设备死机并且不方便断电重启时，就可以拿针戳一下这个小孔里的按键，设备就会复位。这是手动复位的功能，按下按键，程序就从头开始运行的意思

• 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3.3V还是GND。在最小系统版上，使用跳线帽来充当开关的功能，跳线帽插在左边两个引脚相当于接地，插在右边引脚相当于接3.3V，这样就可以配置BOOT的高低电平

• 下载端口
  • 如果用STLINK下载程序，需要把SWDIO和SWCLK这两个引脚引出来。另外再把3.3V和GND引出来，GND必须引出来，3.3V如果板子自己有供电的话可以不引，建议都引出来

2-1 软件安装

1 安装过程

1.1 安装Keil5_MDK

• 下载B站链接中的文件，提取码：1234，解压密码：32
• 加压缩Keil5 MDK.zip，双击MDK524a.EXE，之后逐步进行安装即可，其中需要修改的两个界面如下

• 上图步骤用于选择安装路径，注意安装盘符和路径不要有中文

• 上图步骤用于填写个人信息，随便填写即可，之后选择Next进行安装，后面会弹出一个ULINK驱动安装界面，选择YES完成安装

1.2 安装器件支持包

• 安装完成后打开软件，会弹出如下界面。这个窗口就是用来安装器件支持包的。我们先把它关掉，采用离线的方法进行安装，以减少下载时间

• 安装器件支持包，可以使用离线和在线安装两种方法。若不安装器件支持包，Keil5中不显示器件型号。下图为刚安装完Keil5_MDK，里面只有ARM一个器件列表，并没有STM32的型号，所以需要安装STM32的器件支持包

• 离线安装方法：解压缩Keil5 MDK.zip，在支持包文件夹中，找到对应的型号，双击安装即可，本例中选择Keil.STM32F1xx_DFP.2.2.0.pack

• 在线安装方法：在Keil5 MDK中，点击Pack Installer进入到安装界面，如下图。所有可以用Keil5_MDK软件来开发的芯片都显示在这个界面。此时器件列表还未更新，需要连接网络等待列表更新。更新过程会比较慢，需要耐心等待

• 更新完的器件列表见下图，可以看的这里有很多公司的名称，里面包含了Keil支持的所有ARM芯片

• GigaDevice公司，有目前做的还不错的国产兼容STM32的芯片，叫GD32。里面有GD32F103C8的型号，基本和STM32F103C8T6的芯片一样
• MindMotion公司，里面有MM32F103C8T，也是可以兼容STM32F103C8T6的国产芯片。如果觉得STM32的芯片太贵，可以选择国产的芯片替代
• STMicroelectronics公司下面就是STM32的芯片，里面包含了现在STM32的所有型号。例如想安装STM32F4芯片的器件库，就点击STM32F4 Series，在右边列表中选择以DFP为后缀的文件，点击Install进行安装即可。也可以从左下角的网站下载，下载之后和离线安装的方法一样

1.3 软件注册

• 在Keil5图标上右键，选择以管理员身份运行。注意：不能直接双击运行，后面会提示缺少权限；点击File，选择License Management，在Computer ID中复制CID
• 关闭杀毒软件，在Keil5 MDK.zip的解压缩的文件中，找到keygen_new2032.zip，解压缩。打开解压后的文件夹，可以看到keygen_new2032.exe，此为注册机。如果开不到这个文件，是被杀毒软件隔离了，关闭杀毒软件再次执行上述步骤
• 双击打开注册机，在CID中填入上一步复制的CID，Target选择ARM，点击Generater，生成序列码，见下图
• 将序列码复制，回到File->License Management，在New License ID Code(LIC):中填写复制的序列码，点击Add LIC进行激活
• 提示LIC添加成功，并且上面MDK-ARM Plus这一行的使用期限显示到2032年，见下图，那这就代表软件注射成功了
• 如果点击Add LIC后出现下述界面，因为没有选择以管理员身份运行。以管理员身份运行Keil，重新执行上述步骤

1.4 安装STLINK驱动

• 把STLINK查到电脑上，在Keil5 MDK安装路径下，进入ARM->STLink->USBDriver->dpinst_amd64.exe，双击安装即可
• 回到桌面，右键点击此电脑，选择属性，选择设备管理器，在设备管理器中查看是否有STM32 STLink的驱动，如果有就表示安装成功
• 另外在这个目录下，还有JLINK的驱动。JLINK也是一种常用的调试器，如果你想安装JLINK驱动，打开Segger文件夹，双击JLink.exe就可以安装JLINK的驱动

1.5 安装USB转串口驱动

• 把USB转串口模块插到电脑上，在STM32入门教程的资料文件夹中，打开工具软件文件夹，打开USB转串口CH340驱动文件夹，双击CH341SER.EXE，点击安装，出现驱动安装成功即可

2-2 新建工程

1 STM32的开发方式

• 基于寄存器的方式：基于寄存器的方式是用程序直接配置寄存器实现特定的功能。这种方式最底层，最直接，效率会更高一些。但是由于STM32的结构复杂，寄存器太多，所以基于寄存器的方式初学不推荐
• 基于库函数的方式：基于库函数的方式是使用ST官方提供的封装好的函数，通过调用这些函数来间接的配置寄存器。由于STM32对寄存器封装的较好，所以这种方式既能满足对寄存器的配置，对开发人员也比较友好，有利于提高开发效率，推荐初学者使用。本教程采用此种方式
• 基于HAL库的方式：基于HAL库的方式是用图形化界面快速配置STM32，这个比较适合快速上手STM32。但是这种方式隐藏了底层逻辑，如果你对STM32不熟悉，基本只能停留在很浅的水平，所以目前暂时不推荐HAL库。但是你学过标准库之后，可以去了解一下这个方式，基于HAL库的方式还是非常方便的
• 使用库函数的方式，需要准备一个STM32库函数的压缩包。在网盘链接的资料中，找到固件库的文件夹，进入之后可以看到STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0.zip文件，解压该文件，可以看到库函数目录如下图
  • 第一个文件夹里只有两个图片，没什么用
  • 第二个Libraries里面是库函数的文件了，后面新建工程时会用到
  • 第三个Project是官方提供的工程示例和模板，以后使用库函数的时候可以参考一下
  • 第四个Utilities是STM32官方评估板的相关历程，评估板就是官方用STM32做的一个小电路板，用来测评STM32的。这个文件夹里面存的就是这个小电路板的测评程序
  • 最后两个文件，一个是库函数的发布文档，一个是使用手册。发布文档里有一些版本的说明，使用手册里有教怎么使用这个库函数的，大家有时间可以看一下

2 STM32工程模板

2.1 建立工程文件夹

• 建立工程文件夹：首先建立一个存放工程的文件夹，在D盘或者E盘均可，本例为了演示，在桌面新建。给文件夹起个名字，例如STM32Project，以后我们的工程都存在这个文件夹下

• 打开Keil5软件，点击菜单栏上的Project，选择New uVision Project，然后选择我们刚才新建的工程文件夹STM32Project。在这里再新建一个文件夹，用来存放本次的工程。给这个文件夹起个名字，例如2-1 STM32工程模板，见下图

• 进入2-1 STM32工程模板文件夹，给工程文件起个名字。这里我们可以起个通用一点的名字，这个工程的具体内容，可以在文件夹名称说明，文件夹的名称很方便修改，工程名称以后不太方便修改，所以我们就起个Project的名称，然后点击保存，见下图

• 点击保存后弹出下图界面，选择器件型号。我们的芯片型号是STM32F103C8T6，因此选择STM32F103C8，点击OK

• 点击OK后弹出下图界面，这个是Keil软件的新建工程小助手，可以帮助我们快速新建工程，我们暂时不用这个小助手，把它关掉

  

• 关掉小助手出现下图界面，此时工程就建好了，但是这里的工程文件空空如也，现在这个工程还是不能直接用，我们需要给它添加一些工程的必要文件

2.2 添加工程必要文件

• Start文件夹：（共13个文件）
  

  • 打开固件库的文件夹，打开Libraries->CMSIS->CM3->DeviceSupport->ST->STM32F10x->startup->arm， 这个文件夹里面是STM32的启动文件，STM32的程序就是从启动文件开始执行的，见下图

  

  • 把这些文件全部复制，回到2-1 工程模板文件夹。该文件夹已经有一些文件，这是我们上一步新建工程时生成的文件，见下图

  

  • 在此文件夹下面新建一个文件夹，名称为Start，然后把启动文件粘贴到Start文件夹里面（共8个文件），见下图

  

  • 回到固件库的Libraries->CMSIS->CM3->DeviceSupport->ST->STM32F10x文件夹，里面有stm32f10x.h、system_stm32f10x.c和system_stm32f10x.h三个文件，见下图。stm32f10x.h是STM32的外设寄存器描述文件，跟51单片机的头文件作用一样，是用来描述STM32有哪些寄存器和对应的地址；system_stm32f10x.c和system_stm32f10x.h主要用来配置时钟，STM32主频72MHz，就是system文件里面函数配置的。把这3个文件复制，粘贴到Start文件夹里面（共11个文件）

  

  • 因为STM32是由内核和内核外围的设备组成，内核的寄存器描述和外围设备的描述文件不在一起，所以还需要添加一个内核寄存器的描述文件。打开Libraries->CMSIS->CM3->CoreSupport，里面的两个文件core_cm3.c和core_cm3.h是内核的寄存器描述文件，里面还包括内核的配置函数。把这两个复制，粘贴到Start文件夹（共13个文件），此时Start文件夹有13个文件，Start文件夹工程文件添加完毕，见下图

  

  • 回到Keil软件，把刚才新建的Start文件夹添加到工程中来：点击选中source group 1，按F2修改名称为Start。然后在Start上右键，选择“Add Existing Files to Group ‘Start’”，见下图

  

  • 在弹出的文本框中选择Start，下方文件类型选择All files，见下图

  

  • 进入Start文件夹后，选中下图标记的6个文件，点击右下角Add按钮，将所选文件添加到Keil的Start文件夹

  

  • 添加完毕工程文件的Start文件夹见下图

  

  • 至此，Start文件添加好了。这里是STM32最基本的文件，是不需要修改的，直接添加进来就可以。文件图标上带了个小钥匙，表示该文件为只读文件

  • 最后，还需要为工程文件添加头文件路径，不然Keil软件是找不到.h文件的。打开“魔术棒”按钮，此按钮为工程的配置选项。切换到“C/C++”选项卡，见下图

  

  • 在“C/C++”里面，找到Include paths，点击右边三个点按钮，见下图

  

  • 在弹出的窗口中点击下图所示的new，新建头文件路径

  • 在头文件路径中，点击右边三个点按钮，在弹出的路径选择中，选择Start，最后点击下方OK，见下图

• User文件夹（共4个文件）
  

  • User文件夹用于存放用户的代码。这里先做个测试，看看前面配置的工程文件是否有问题。打开2-1 STM32工程模板，在此文件下面新建User文件夹。打开Keil，在Target 1上右键，选择"Add Group"，修改名称为User。在User上右键，选择“Add New Item to Group ‘User’”，选择“C File”，名字叫main。下面的路径注意下，选择新建的User文件夹，不然默认是在放2-1 STM32工程模板文件夹，然后点击add，这样就有main.c文件了。此处操作与上面类似，我们直接给出结果，见下图

  • 在 mian.c 文件中，点击右键，选择“Insert 'include' file”，选择“stm32f10x.h”。按照下图编写 main函数，注意最后一行要留一个空行，否则编译会报警告。编写完成后，点击“Build”编译工程，如果出现 0 Error(s) 0 Warning(s)，则表示工程构建的没有问题。这个工程目前还没有添加库函数，只能使用配置寄存器的方式进行编程

  

  • 可以根据需要进行参数配置：点击扳手按钮，此按钮为Keil的配置选项。在“Colors & Fonts”标签下可以修改字体大小，在“Editor”标签下可以修改编码格式，这里选择“Encode in UTF-8 without signature”，以防止出现中文乱码的问题；在“Editor”标签下的“C/C++ Files”，选择Tab size为4

  • 将STM32最小系统板，连接STLINK后插在电脑的USB上，连接方式见下图

  

  • 此时电源指示灯LED常亮，PC13对应的LED不断闪烁，这是STM32内置的测试程序。在Keil软件中配置调试器：点击魔术棒按钮，选择“Debug”，调试器默认是ULINK，我们使用的是STLINK，所以选择ST-Link Debugger。然后点击右边的“Setting”按钮，在“Flash Downlaod”标签下，勾选“Reset and Run”。勾选之后，我们下载程序后会立马复位并执行，否则需要按一下板子上的复位按键才可以执行，都配置好之后，点击确认

  

  • 重新编译一下，然后点击“Load”按钮，程序就下载到STM32里面了。因为我们编写的主程序中只有一个while空循环，可以看到STM32最小系统板上面PC13对应的LED灯已经停止闪烁

• Library文件夹（共46个文件）
  

  • 在2-1 STM32工程模板文件夹中新建Library文件夹，用于存放库函数。打开固件库的文件夹，打开Libraries->STM32F10x_StdPeriph_Driver->src，该文件就是库函数的源文件，其中misc.c是内核的库函数，其他的是内核外的外设的库函数。按Ctrl + A全选，复制到2-1 STM32工程模板目录下的Library文件夹。再打开Libraries->STM32F10x_StdPeriph_Driver->inc，这里面是库函数的头文件，还是Ctrl + A全选，复制到2-1 STM32工程模板目录下的Library文件夹。此时，Library文件夹中共有46个文件

  • 打开keil软件，在Target 1上右键，选择Add group，修改名称为Library。在Library上右键，选择Add Existing Files to Group 'Library'。选择2-1 STM32工程模板目录下的Library文件夹，按Ctrl + A全选，点击add（共46个文件），这样库函数就添加进来了

  • 打开固件库文件夹，打开Project->STM32F10x_StdPeriph_Template，找到stm32f10x_conf.h、stm32f10x_it.c和stm32f10x_it.h。其中stm32f10x_conf.h是用来配置库函数头文件包含关系的，还包括用来参数检查的函数定义，这是所有库函数都需要的；stm32f10x_it.c和stm32f10x_it.h是用来存放中断函数的。把这3个文件复制到2-1 STM32工程模板的User目录下。现在User目录有4个文件，main.c和这3个文件。打开Keil软件，把刚才那3个文件添加到User组中，见下图

  

  • 最后还需要进行宏定义。在main.c文件中，在头文件上右键，选择“Open documnent stm32f10x.h”，滑到最下面，找到

  #ifdef USE_STDPERIPH_DRIVER
  
    #include "stm32f10x_conf.h" 
  
  #endif
  

  • 这句话表示如果你定义了USE_STDPERIPH_DRIVER，才会使用stm32f10x_conf.h，因此需要定义USE_STDPERIPH_DRIVER。打开魔术棒按钮，在“C/C++”的Define：选项中，填写USE_STDPERIPH_DRIVER，这样才能包含标准外设库，也就是库函数。然后在下面的头文件路径中，把User和Library的路径添加进来，这样基于库函数的工程就建好了，见下图

  

  • 编译，第一次编译比较慢，以后就快了，出现".\Objects\Project.axf" - 0 Error(s), 0 Warning(s).表示工程构建成功

3 使用库函数进行点灯的操作

下面编写一个STM32的Hello World入门程序：

​ 1. 第一步：使能时钟，RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE); 函数名称为RCC_APB2PeriphClockCmd，这里面需要两个参数，通过右键跳转到函数定义，可以知道可用的参数有哪些

​ 2. 第二步：配置端口模式，GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); 函数名称为GPIO_Init，这里面需要两个参数，第一个是GPIOx，x从A到G，第二个是结构体的指针，因此先定义一个结构体

​ 3. 第三步：定义结构体，定义结构体关键字为GPIO_InitTypeDef，结构体名称为GPIO_InitStructure。这个结构体有3个成员，通过.可以引出包含的成员，分别为GPIO_Mode、GPIO_Pin和GPIO_Speed。然后在每个成员上点击右键，跳转到成员参数定义，查看可以使用的值，填到结构体对应的参数位置

​ 4. 第四步：设置指定端口为高电平，进行点灯操作。使用GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13); 函数名称为GPIO_SetBits，这个函数有两个参数，GPIOx和GPIO_Pin，GPIOx为A到G，GPIO_Pin为具体的引脚号，此处为13号引脚

​ 5. 第五步：设置指定端口为低电平，进行熄灯操作，GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13)

​ 6. 整体操作：

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); 
//GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13); 
GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13);

4 启动文件的选择依据

在Keil的Start文件中，选择startup_stm32f10x_md.s作为启动文件，见下图

其选择依据如下：参照下表，STM32F103C8T6的Flash大小为64K，因此选择MD作为启动文件

5 新建工程的步骤总结

• 第一步：建立工程文件夹，Keil中新建工程，选择型号
• 第二步：在工程文件夹中建立Start、User、Library等文件夹，复制固件库里面的文件到工程文件夹。这个文件夹的名称和数量没有限制，可以根据需求自行建立，方便文件管理即可
• 第三步：在Keil工程中对应建立Start、User、Library等同名称的分组，然后将文件夹内的文件添加到工程分组里
• 第四步：配置工程选型，在C/C++的Include Paths内声明所有包含头文件的路径。因为User、Library是自己建立的，Keil并不知道文件夹的具体位置。因此需要声明一下该文件的路径，方便Keil进行头文件的查找
• 第五步：配置工程选型，在C/C++的Define内配置宏定义USE_STDPERIPH_DRIVER。这是使用库函数的条件编译，使用库函数就必须声明这个宏定义
• 第六步：配置工程选项，配置调试器为ST-Link Debugger，在Settings的Flash Download选型中勾选Reset and Run。这个是选择调试器进行下载的选项，因为我们使用的是STLINK，因此需要做相关配置
• 新建工程比较灵活，每个人都可以制定自己的风格，只要编译通过即可

6 工程架构

• 第一列：startup_xx.s
  • startup_xx.s是启动文件，是程序执行最基本的文件。这个文件是用汇编语言写的，启动文件中定义了中断向量表、中断服务函数等
  • 中断服务函数中有个复位中断，这就是整个程序的入口。当STM32上电复位或者按了复位按钮之后，程序进入复位中断函数执行。复位中断函数做两件事情：一是调用SystemInit函数，二是调用main函数，对应在启动文件的131-137行。然后就结束了，实际上单片机的程序永远也不会结束，所以在main函数的最后一定是一个死循环
  • 在启动文件还定义了STM32所有的其他中断，这些中断达到触发条件后就会自动执行。其他中断函数的定义，在stm32f10x_it.c/.h中
• 第二列：system_xx.c/.h、main.c、stm32f10x_it.c/.h、其他用户文件
  • SystemInit是定义在system_xx.c/.h文件中。通过Keil中函数的定义可知，这个函数是用于设置微控制器的启动、初始化嵌入式闪存接口、锁相环、更新系统内核的时钟变量等，这个函数只在复位后需要调用
  • 在执行main.c函数之前，单片机就已经执行了一堆东西。帮我们把闪存接口、时钟的一系列东西都配置好了
  • 其他中断函数的定义，在stm32f10x_it.c/.h中
  • 最后是自定义的用户文件，来封装一些模块供主函数和中断使用

以上两部分是工程主动执行的部分，相当于上电后系统自动执行的部分，不需要修改。最后一列是被动执行的东西，相当于STM32的资源，我们在主函数或者中断函数里就可以调用这些资源

• 第三列：stm32f10x.h、core_cm3.c/.h、misc.c/.h、stm32f10x_conf.h
  • stm32f10x.h是外设的寄存器描述
  • core_cm3.c/.h是内核寄存器描述
  • misc.c /.h、stm32f10x_adc.c/.h 等是库函数文件。每个外设都提供了丰富的库函数，用于对外设的操作
  • stm32f10x_conf.h是库函数的配置文件，用来配置头文件的包含关系。stm32f10x_conf.h文件包含了所有的库函数头文件，同时我们在stm32f10x.h的最后又包含了stm32f10x_conf.h。所以在使用这些库函数时，我们只需要包含stm32f10x.h这一个头文件，就相当于包含了所有库文件的头文件，这样我们就可以任意调用库函数了