STM32F1单片机-概述和工程建立

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一、STM32概述

• STM32是ST公司基于ARM Cortex-M3内核开发的32位微控制器(ARM内核由ARM公司设计)
• 高性能系列：STM32F2、F4、F7和H7系列；
• 主流系列：STM32G0、F0、F1、G4和F3系列；
• 超低功耗系列：STM32L0、L1、L4、L4+、L5和U5系列；
• 无线系列：STM32WL和WB系列；
• STM32寻址范围：0x 0000 0000 – 0xFFFF FFFF

二、STM32F103C8T6概述

• 系列：主流系列STM32F1
• 位数(寄存器)：32位
• 内核：ARM Cortex-M3
• 主频：72MHZ
• RAM：20K(SRAM)
• ROM：64K(Flash闪存)
• 供电：2.0~3.6V(标准3.3V)

2.1 STM32F103C8T6内核和外设介绍

  下图为STM32F103C8T6的片上资源/外设
  NVIC和SysTick是内核内的外设，其余外设是内核外的

  下图为STM32F1系统结构图
  Cortex-M3内核以及DMA1、2为F1架构主动单元。右边FLASH、SRAM、FSMC、AHB、APB等为被动单元
  举例说明：开启RCC时钟，从而控制AHB到APB的桥(AHB2APBx)，它通过APB1(36MHZ)和APB2(72MHZ)外设总线连接所有的APB设备，例如GPIOx、TIM1、ADC等等

2.2 STM32F103C8T6时钟树

• 选择 – 乘法 – 除法
• 时钟是具有周期性的脉冲信号

  下图是STM32F103系列的时钟源表格
  HSE来自于外部晶振，一般是8MHz，用于系统时钟和RTC。LSE来自于外部晶振，一般是32.768KHz，用于RTC。HSI和LSI来自内部RC电路振荡器得来，分别用于系统时钟和RTC/IWDG

  下图是STM32F103系列的时钟树简图
  HSE和HSI一般可以作为系统时钟，由于STM32F103系列的单片机系统时钟一般是72MHz，HSE在进入锁相环倍频前首先需要1或者2分频，然后通过PLL锁相环倍频得到72MHz。HSI进入锁相环前必须2分频，但是最大就是4*16=64MHz，所以得不到72MHz。
  系统时钟SYSCLK经过分频到AHB总线72MHz，随之分频到APB1(36MHz)、APB2(72MHz)、内核和AHB总线的外设，然后APB1和APB2的时钟提供给其挂载的外设
  LSI作为IWDG和RTC的时钟，LSE也可以作为RTC的时钟

  下图是STM32F103系列的时钟树完整图
  系统时钟一般选择外部高速时钟HSE-8MHz，1分频后进入锁相环*9得到72MHz。AHB和APB2为72MHz，APB1为36MHz，定时器一般都是72MHz，ADC为12MHz，具体见下图

  SYSCLK-系统时钟、HKCL-AHB时钟、PCLK1-APB1时钟、PCLK2-APB2时钟
  使用任何一个外设前都要时钟使能

2.3 STM32F103C8T6存储器和寄存器映射

• 存储器指可以存储数据的设备，本身没有地址信息，对存储器分配地址的过程叫做存储器映射
• ST将4GB(2^32)地址空间分成8个块：Code(FLASH)、SRAM、片上外设(AHB、APB1和APB2总线外设)、FSMC(2)、FSMC寄存器、内核外设
• 寄存器是特殊的存储器，给寄存器地址命名的过程叫做寄存器映射
• 寄存器分类：内核寄存器和外设寄存器
• 寄存器地址计算(32位地址) = BUS_BASE_ADDR + PERIPH_OFFSET + REG_OFFSET

  寄存器地址分为：总线基地址(BUS_BASE_ADDR)、外设基于总线基地址的偏移量(PERIPH_OFFSET)、寄存器相对外设基地址的偏移量(REG_OFFSET)

2.4 STM32F103C8T6引脚定义和电路图

  下图为STM32F103C8T6的引脚定义

  类型中S代表电源、I代表输入、O代表输出、I/O代表输入输出。电平中FT表示可以容忍5V电压、其余只能容忍3.3V，如果3.3V电压想要接5V电压，需要电压转换电路。引脚主功能是指上电默认的功能，默认复用功能就是IO口上同时连接的外设功能引脚，配置IO口时，可以选择通用功能，还是复用功能。重定义功能，如果有两个功能同时复用在一个IO口上，那就可以重映射到此口上

• VBAT：备用电池供电，接3V电池，系统电源断电时，备用电池可以给内部RTC时钟和备份寄存器提供电源
• PC13-TAMPER-RTC：IO口/侵入检测/RTC
• PC14-OSC32_IN/PC15-OSC32_OUT：IO口/32.768KHz的RTC晶振
• OSC_IN/OSC_OUT：主晶振，一般是8MHz，最终产生72MHz的频率作为系统的主时钟
• NRST：系统复位引脚，N表示低电平复位
• VSSA/VDDA：内部模拟部分的电源，VSS接GND，VDD接3.3V
• PA0-PA12/PB0-PB1/PB5-PB15：IO口，其中PA0兼具唤醒处于待机的STM32
• PA13-PA15/PB3-PB4：IO口和调试端口
• BOOT0：启动配置
• PB2：IO口或者BOOT1引脚，BOOT引脚用来配置启动模式
• VSS_123/VDD_123：主电源口，VSS接地，VDD3.3V

启动配置：

  系统复位后，SYSCLK的第4个上升沿，BOOT引脚的值就会被锁存
  一般情况下，程序运行都是都是在Flash存储器里开始执行(X0)，我们也可以利用启动模式使得在别的地方开始执行，用以完成特殊的功能,01用以串口下载，11程序调式

  下为STM32F103C8T6的最小系统电路图

三、STM32标准库工程建立-Keil

  STM32系列单片机开发，不再像51系列单片机在程序中自行配置寄存器实现功能，而是基于库函数的开发，库函数中已经配置好相关寄存器

• 在Keil里新建项目，选择单片机型号，在项目文件夹内事先新建文件夹，然后再在Keil里面添加文件夹
• 新建的文件夹需要添加到Keil工程里时，然后在工程选项里添加上这个文件夹的头文件路径(Start、User…)(魔术棒 —> C/C++ —> include Paths)
• 调试下载程序：需要配置ST-link或者J-Link(魔术棒 —> Debug —> ST-Link)，勾选Reset and Run(Setting —> Flash Download)-实现下载自动复位，运行编译完成后，点击Load按钮下载程序

  新版本Keil需要去掉Enable(Setting —> Pack)的勾选，才可以实现下载自动复位

3.1 具体步骤

• STM32的启动文件，新建文件夹Start
• 以下文件添加到Start文件夹内

• F103系列需要添加md.s的启动文件

• 新建Library文件夹，添加库函数和库函数声明文件
• misc.c是内核库函数，其余是外设库函数

• 新建User文件夹
• 添加main.c、库函数头文件包含文件和中断函数

• 如下字符串复制到Define宏定义(魔术棒 —> C/C++ —> Define)，包含标准外设库，声明10x.h时也默认声明了conf.h文件

四、STM32HAL库工程建立

  无论是HAL库还是标准库，都需要下载固件包，然后新建工程模板，加入必要的文件

4.1 HAL工程建立

• 下图是CMSIS文件夹中重要的文件夹

• 下图是CMSIS/Device文件夹中重要的文件

• 下图是CMSIS/Core文件夹中重要的文件

• 一共11个文件，作为启动文件
• 下图是HAL和LL库源码所在文件夹

• 具体步骤：新建工程文件夹

• Start文件夹中存放必要的启动文件即可

• Library文件夹中存放HAL库源文件(其中根据报错可能要添加补充文件夹和删除模板文件)

• User文件夹存放如下文件

• 新建工程框架：新建工程选择芯片型号，百宝箱新建同原文件夹名一样的文件夹，并添加文件夹内文件
• 至此，启动文件、库函数和一些必要的文件已经添加完成，还需要进行一些设置
• 设置编译器版本为5 — 将USE_HAL_DRIVER,STM32F103xB复制到C/C++中的define(同标准库一样) — 添加文件夹路径
• C/C++宏定义USE_HAL_DRIVER，使得1xx.h包含hal.h，其中hal.h里包含hal_conf.h(包含各个外设的.h文件声明)
• 所以HAL库的头文件是#include “stm32f1xx.h”