代码收藏家技术教程 2023-10-29

STM32开发入门指南：基础知识详解

C语言基础

位操作

对基本类型变量可以在位级别进行操作。

1) 不改变其他位的值的状况下，对某几个位进行设值。

先对需要设置的位用&操作符进行清零操作，然后用|操作符设值。

2) 移位操作提高代码的可读性。

3) ~取反操作使用技巧

可用于对某一位取0，也是为了提高可读性。

define宏定义

常见格式：#define 标识符字符串

ifdef条件编译

常见格式：

#ifdef 标识符 
程序段1 
#else 
程序段2 
#endif

它的作用是：当标识符已经被定义过一般是用 #define 命令定义 ))，则对程序段 1 进行编译，否则编译程序段 2 。

extern变量申明

C语言中extern 可以置于变量或者函数前，以表示变量或者函数的定义在别的文件中，提示编译器遇到此变量和函数时在其他模块中寻找其定义 。这里面要注意，对于extern申明变量可以多次，但定义只有一次。
就是说变量只能定义一次，如果重复定义了需要用extern声明。

typedef类型别名

typedef用于为现有类型创建一个新的名字，或称为类型别名，用来简化变量的定义。

结构体

结构体就是将多个变量组合为一个有机的整体。
声明结构体类型：

Struct 结构体名{ 
成员列表; 
}变量名列表；

在结构体申明的时候可以定义变量，也可以申明之后定义，方法是：

Struct 结构体名字 结构体变量列表 ;

结构体成员变量的引用方法是：（结构体指针成员变量引用方法是通过“->”符号实现）

结构体变量名字.成员名

STM32系统架构

STM32主系统主要由四个驱动单元和四个被动单元构成。
四个驱动单元是：内核DCode 总线；系统总线；通用 DMA1；通用DMA2。
四个被动单元是：AHB到 APB 的桥：连接所有的 APB 设备；内部FlASH 闪存；内部SRAM；FSMC。

总线：
① ICode 总线：该总线将 M3 内核指令总线和闪存指令接口相连，指令的预取在该总线上面完成。
② DCode 总线：该总线将 M3 内核的 DCode 总线与闪存存储器的数据接口相连接，常量加载和调试访问在该总线上面完成。
③ 系统总线：该总线连接 M3 内核的系统总线到总线矩阵，总线矩阵协调内核和 DMA 间访问。
④ DMA 总线：该总线将 DMA 的 AHB 主控接口与总线矩阵相连，总线矩阵协调 CPU 的DCode 和 DMA 到 SRAM, 闪存和外设的访问。
⑤ 总线矩阵：总线矩阵协调内核系统总线和 DMA 主控总线之间的访问仲裁，仲裁利用轮换算法。
⑥ AHB/APB 桥：这两个桥在 AHB 和 2 个 APB 总线间提供同步连接， APB1 操作速度限于36MHz ,APB2 操作速度全速。

STM32时钟系统

简单的说，时钟是单片机的脉搏，是单片机的驱动源，使用任何一个外设都必须打开相应的时钟。这样的好处是，如果不使用一个外设的时候，就把它的时钟关掉，从而可以降低系统的功耗，达到节能，实现低功耗的效果。

首先，任何外设都需要时钟，因为寄存器是由D触发器组成的，往触发器里面写东西，前提条件是有时钟输入。
51单片机不需要配置时钟，是因为一个时钟开了之后所有的功能都可以用了，而这个时钟是默认开启的。stm32之所以是低功耗，他将所有的门都默认设置为disable，在你需要用哪个门的时候，开哪个门就可以，也就是说用到什么外设，只要打开对应外设的时钟就可以，其他的没用到的可以还是disable，这样耗能就会减少。

在51单片机中一个时钟把所有的都包了，而stm32的时钟是有分工的，并且每类时钟的频率不一样，因为没必要所有的时钟都是最高频率，只要够用就行，所以不同的时钟也会有频率差别，或者在配置的时候可以配置时钟分频。

在STM32 中，有五个时钟源，为 HSI 、 HSE 、 LSI 、 LSE 、 PLL 。从时钟频率来分可以分为高速时钟源和低速时钟源，在这 5 个中 HIS，HSE 以及 PLL 是高速时钟， LSI 和 LSE 是低速时钟。从来源可分为外部时钟源和内部时钟源，外部时钟源就是从外部通过接晶振的方式获取时钟源，其中 HSE 和 LSE 是外部时钟源，其他的是内部时钟源。

① 、 HSI 是高速内部时钟， RC 振荡器，频率为 8MHz 。
② 、 HSE 是高速外部时钟，可接石英/陶瓷谐振器，或者接外部时钟源，频率范围为4MHz~16MHz 。我们的开发板接的是 8M 的晶振。
③ 、 LSI 是低速内部时钟， RC 振荡器，频率为 40kHz 。 独立看门狗的时钟源只能是 LSI ，同时LSI 还可以作为 RTC 的时钟源。
④ 、 LSE 是低速外部时钟，接频率为 32.768kHz 的石英晶体。这个主要是 RTC 的时钟源。
⑤ 、 PLL 为锁相环倍频输出，其时钟输入源可选择为 HSI/2 、 HSE 或者 HSE/2 。倍频可选择为2~16倍，但是其输出频率最大不得超过 72MHz 。

时钟源给外设以及系统提供时钟：
A. MCO 是 STM32 的一个时钟输出 IO(PA8)，它可以选择一个时钟信号输出可以选择为 PLL 输出的 2 分频、 HSI 、 HSE 、或者系统时钟。这个时钟可以用来给外部其他系统提供时钟源。

B. 这里是 RTC 时钟源，从图上可以看出， RTC 的时钟源可以选择 LSI，LSE ，以及HSE 的 128 分频。

C. 从图中可以看出 C 处 USB 的时钟是来自 PLL 时钟源。 STM32 中有一个全速功能的 USB 模块，其串行接口引擎需要一个频率为 48MHz 的时钟源。该时钟源只能从 PLL 输出端获取，可以选择为 1.5 分频或者 1 分频，也就是，当需要使用 USB模块时， PLL 必须使能，并且时钟频率配置为 48MHz 或 72MHz 。

D. D 处就是 STM32 的系统时钟 SYSCLK ，它是供 STM32 中绝大部分部件工作的时钟源。系统时钟可选择为 PLL 输出、 HSI 或者 HSE 。系统时钟最大频率为 72MHz当然你也可以超频，不过一般情况为了系统稳定性是没有必要冒风险去超频的。

E. 这里的E 处是指其他所有外设了。从时钟图上可以看出，其他所有外设的时钟最终来源都是 SYSCLK 。 SYSCLK 通过 AHB 分频器分频后送给各模块使用。这些模块包括：
①、 AHB 总线、内核、内存和DMA 使用的 HCLK 时钟。
② 、通过 8 分频后送给 Cortex 的系统定时器时钟，也就是 systick 了。
③ 、直接送给 Cortex 的空闲运行时钟 FCLK 。
④ 、送给 APB1 分频器。 APB1 分频器输出一路供 APB1 外设使用 (PCLK1 ，最大频率 36MHz)，另一路送给定时器 (Timer)2 、 3 、4 倍频器使用。
⑤、送给 APB2 分频器。 APB2 分频器分频输出一路供 APB2 外设使用 (PCLK2最大频率 72MHz)，另一路送给定时器 (Timer)1 倍频器使用。

其中需要理解的是APB1 和 APB2 的区别， APB1 上面连接的是低速外设，包括电源接口、备份接口、 CAN 、 USB 、 I2C1 、 I2C2 、 UART2 、 UART3 等等， APB2 上面连接的是高速外设包括 UART1 、 SPI1 、 Timer1 、 ADC1 、 ADC2 、所有普通 IO 口 (PA~ PE）、第二功能 IO 口等。

端口复用和重映射

端口复用功能

一个 GPIO如果可以复用为内置外设的功能引脚，那么当这个 GPIO 作为内置外设使用的时候，就叫做复用。（既是引脚也是内置外设的引脚）

复用端口初始化：
GPIO 端口时钟使能；
复用的外设时钟使能；
端口模式配置，在 IO 复用位内置外设功能引脚的时候，必须设置 GPIO 端口的模式。

端口重映射

一个外设的引脚除了具有默认的端口外，还可以通过设置重映射寄存器的方式，把这个外设的引脚映射到其它的端口。
重映射步骤：
使能重映射的GPIO时钟；
使能外设时钟；
使能AFIO时钟；
开启重映射；

STM32 NVIC中断优先级管理

CM3内核支持 256 个中断，其中包含了 16 个内核中断和 240 个外部中断，并且具有 256级的可编程中断设置。但 STM32 并没有使用 CM3 内核的全部东西，而是只用了它的一部分。STM32 有 84 个中断，包括 16 个内核中断和 6 8 个可屏蔽中断，具有 16 级可编程的中断优先级。而我们常用的就是这 6 8 个可屏蔽中断，但是 STM32 的 68 个可屏蔽中断，在STM32F103 系列上面，又只有 60 个（在 107 系列才有 68 个）。

typedef struct
__IO uint32_t ISER[8]; /*!< Interrupt Set Enable Register
uint32_t RESERVED0[24];
__IO uint32_t ICER[8]; /*!< Interrupt Clear Enabl e Regi ster */
uint32_t RSERVED1[24];
__IO uint32_t ISPR[8]; /*!< Interrupt Set Pending Register
uint32_t RESERVED2[24];
__IO uint32_t ICPR[8]; /*!< Interrupt Clear Pending Register
uint3 2_t RESERVED3[24];
__IO uint32_t IABR[8]; /*!< Interrupt Active bit Register
uint32_t RESERVED4[56];
__IO uint8_t IP[240]; /*!< Interrupt Priority Register, 8Bit wide
uint32_t RESERVED5[644];
__O uint32_t STIR; /*!< Software Trigger Interrupt Register
} NVIC_

ISER:全称是： Interrupt Set Enable Registers ，这是一个中断使能寄存器组。有用的就是两个 ISER [0]和 ISER [1]总共可以表示 64 个中断。而 STM32F103 只用了其中的前 60 位。 ISER[0] 的 bit0~ bit31 分别对应中断 0~ 31 。 ISER[1] 的 bit0~ 27 对应中断 32~59 ；这样总共 60 个中断就分别对应上了。你要使能某个中断，必须设置相应的 ISER 位为 1 ，使该中断被使能这里仅仅是使能，还要配合中断分组、屏蔽、 IO 口映射等设置才算是一个完整的中断设置。

ICER：全称是 Interrupt Clear Enable Registers ，是一个中断除能寄存器组。该寄存器组与 ISER 的作用恰好相反，是用来清除某个中断的使能的。其对应位的功能，也和 ICER 一样。这里要专门设置一个 ICER 来清除中断位，而不是向 ISER 写 0 来清除，是因为 NVIC 的这些寄存器都是写 1 有效的，写 0 是无效的。

ISPR：全称是 Interr upt Set Pending Register s ，是一个中断挂起控制寄存器组。每个位对应的中断和 ISER 是一样的。通过置 1 ，可以将正在进行的中断挂起，而执行同级或更高级别的中断。写 0 是无效的。
ICPR：全称是 Interrupt Clear Pending Register s ，是一个中断解挂控制寄存器组。其作用与 ISPR 相反，对应位也和 ISER 是一样的。通过设置 1 ，可以将挂起的中断接挂。写 0 无效。

IABR：全称是 Interrupt Active Bit Registers ，是一个中断激活标志位寄存器组。对应位所代表的中断和 ISER 一样，如果为 1 ，则表示该位所对应的中断正在被执行。这是一个只读寄存器，通过它可以知道当前在执行的中断是哪一个。在中断执行完了由硬件自动清零。

IP：全称是 Interrupt Priority Registers ，是一个中断优先级控制的寄存器组。 IP 寄存器组由 240 个 8 bit 的寄存器组成，每个可屏蔽中断占用 8bit ，这样总共可以表示 240 个可屏蔽中断。而 STM32 只用到了其中的前 60 个。 I P[ 59 ]~IP[0] 分别对应中断 59 ~0 。而每个可屏蔽中断占用的 8bit 并没有全部使用，而是只用了高 4 位。这 4 位，又分为抢占优先级和子优先级。抢占优先级在前，子优先级在后。而这两个优先级各占几个位又要根据 SCB –>AIRCR 中的中断分组设置来决定。

第一，如果两个中断的抢占优先级和响应优先级都是一样的话，则看哪个中断先发生就先执行；
第二，高优先级的抢占优先级是可以打断正在进行的低抢占优先级中断的。而抢占优先级相同的中断，高优先级的响应优先级不可以打断低响应优先级的中断。

中断分组设置和中断优先级管理：
中断优先级分组函数NVIC_PriorityGroupConfig，这个函数的作用是对中断的优先级进行分组，这个函数在系统中只能被调用一次，一旦分组确定就最好不要更改。

void NVIC_ Priori tyGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup);

中断初始化函数NVIC_Init

void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct)

typedef struct
uint8_t NVIC_IRQChannel;//：定义初始化的是哪个中断，这个我们可以在 stm32f10x.h 中找到每个中断对应的名字。例如 USART1_IRQn 。
uint8 _t NVI C_IRQChannelPreemptionPriority;//定义这个中断的抢占优先级别。
uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority;//定义这个中断的子优先级别。
FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd;//该中断是否使能。
} NVIC_InitTypeDef;

中断优先级设置的步骤：