STM32单片机简介

1.基本情况

STM32单片机正如其名是32位微控制器，相较于51单片机的8位微控制器，性能会更好，但学习难度也会提高。

在stm32单片机中内核时核心部分，是ARM公司设计的，其在stm32单片机中占据极为重要的地位。(程序指令的执行，如+-*/运算都是在内核中完成的)相当于整个芯片的CUP。就像我们现在的电脑厂商一样，可以拿着intel或AMD的CPU，自己完善外围电路，这样就可以退出自己品牌的电脑。STM32单片机也是类似，以ARM为内核，自己完善外围电路做出的芯片都叫做基于ARM内核的芯片。

STM32单片机的常用领域：

智能车：STM32单片机做寻迹小车，读取光电传感器或者摄像头的数据，然后驱动电机前进和转弯。

无人机：STM32单片机读取陀螺仪加速计的姿态数据，然后根据控制算法去控制电机的速度，从而保证飞机稳定飞行。

机器人：STM32单片机驱动舵机，去控制机器人的关节，然后让机器人运动。

无线通信：STM32单片机连接上一连2.4G无线模块或蓝牙、WIFI模块，这样STM32的单片机就具备无线通信的能力。物联网也可以借助这些无线模块来通信（蓝牙、WIFI、ZigBee等）。再通过STM32单片机驱动继电器来控制220V电路的通断。

工业控制：PLC。

娱乐电子产品：爱心流水灯等。

家族序列图

STM32单片机分为四个系列：高性能系列、主流系列、超低功耗系列、无线系列。

下图中有相关介绍：

目前最强的STM32单片机是STM32N6系列，STM32N6 基于运行频率达 800MHz 的 Arm Cortex-M55 处理器，是单核架构。

目前博主只学习了主流系列，跟大家分享的也只跟主流系列有关。如果你学习了主流系列后，觉得性能不够，可以继续学习高性能系列；如果你对功耗特别敏感，推荐专攻超低功耗系列；如果想做无线通信电子产品，可以了解无线系列。因为它们都是一个家族的，所以换一个系列再学习的话也会比换别的新派你轻松很多。

2、ARM

ARM既指ARM公司，也指ARM处理器的内核。

ARM 公司本身不直接从事芯片生产，而是通过授权其设计的芯片架构给全球各地的半导体公司，由这些公司根据各自的应用领域进行开发和生产，ARM 则收取前期许可费和根据硅片生产量支付的版税。这个也叫做知识产权提供商，简单解释就是负责设计提供但不生产实物。

下面展示一幅图，其中由介绍ARM内核的相关信息：

右侧蓝色所表示的是经典的ARM处理器。

由图可知，内核有三个系列：A、R、M，正如ARM公司的组成字母。

R、M系列用于嵌入式领域，A系列适用于高端应用型领域如手机领域(苹果、高通、联发科)。

R系列实时性(硬盘处理器)，M系列(单片机STM32领域),A系列(性能最高、发展最快的系列)。

ARM公司的内核非常多，远不止图上所示。想要更多了解可以另查资料，这里我就不多讲了。

下面展示一款主流系列的芯片：

RAM：运行内存，实际的存储介质是SRAM。

ROM：程序存储器，实际的存储介质是Flash闪存。

如图供电电压为2.0~3.3V，因此，如果供电电压为5V时，需要加一个稳压芯片，把电压讲到3.3V，再给STM32单片机供电。51单片机的供电电压是5V。可不要弄混了。

封装如图，有48个引脚。

这款芯片的片上资源下图展示：

片商资源又叫外设(Peripheral)。

主要学习内容。通过程序配置外设，来实现我们想要的功能。

表中，前两个深颜色的，是位于Cortes-M3内核里面的外设，剩下的都是内核外的外设。

下面介绍这些外设相关的作用：

NVIC：内核里面用于管理中断的设备，如配置中断优先级这些东西。

SysTick：内核里的一个定时器，用来给实际操作系统提供定时服务的。

STM32单片机可以加入操作系统：FreeRTOS,UCOS等。

如果用这些操作系统，就需要SysTick提供定时器来进行任务切换的功能。

RCC：可对系统的时钟进行配置，还有就是使能各模块的时钟。在STM32单片机中，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，外设也不会工作，这样的目的是降低功耗。所以操作外设之前，必须要先使能它的时钟，这就需要我们用RCC来完成时钟的使能。

GPIO：通用的IO口，我们可以用GPIO来点灯，读取按键等。这也是一个单片机最基本的功能。

AFIO：复用IO口，可以完成服用功能端口的重要定义，还有中断端口的配置。

EXIT：外部中断，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。

TIM：整个STM32单片机最常用，功能最多的外设，分为高级、通用、基本定时器三种模型。

其中高级定时器最复杂，通用定时器最常用。

它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。PWM波形就是我们电机驱动、舵机驱动最基本的要求了。

ADC：这个STM32单片机内置了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。

DMA：这个可以帮助CPU完成搬运大量数据这样繁杂的任务。

USART：我们平常用的UART是异步串口的意思，这里的USART两个都支持。分为异步、同步，实际用异步多。

I2C、SPI：非常常用的两种通信协议。STM32单片机也内置了它们的控制器，可以用硬件来输出时序波形，使用起来更高效，当然用通用IO口来模拟时序波形也是没有问题的。

CAN、USB：也是通信协议，CAN运用于汽车领域，利用这个STM32USB的外设，可以做一个模拟鼠标，模拟U盘等设备。

RTC：在STM32单片机内部完成年月日，时分秒的计时功能。而且可以接外部备用电池，基石掉电也能正常运行。

CRC：一种数据的校验方式，用于判断数据的正确性。有这个外设的支持，进行CRC校验就会更加方便一些。

PWR：可以让芯片进入睡眠模式等状态，来达到省电的目的。

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。

IWDG、WWDG：是独立看门狗和窗口看门狗。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，看门狗可及时复位芯片，保证系统的稳定。

DAC：它可以在IO口直接输出模拟电压，是ADC模数转换的逆过程。

SDIO：可以用来读取SD卡。

FSMC：可以用于扩展内存，或者配置成其他总线协议，用于某些硬件的操作。

USB OTG：用OTG功能，可以让STM32单片机作为USB主机读取其他USB设备。

那以上就是STM32F1系列所有外设的大致介绍了。

这是STM32F1系列的所有外设，并不是所有型号都拥有全部外设，比如我们这款C8T6芯片就没有后面四个外设。

那具体有哪些外设？每个外设设有几个呢？

我们还要看一下对应的数据手册。

下面我放一张英文版的C8T6芯片的数据手册，看一下它的外设资源表：

看到这幅图的STM32F103Cx这一列，可以看到这个C8T6是64K闪存的，20K的SRAM，有3个通用定时器，1个高级定时器，没有基本定时器。2个SPI，2个I^2C，3个USART，1个USB，1个CAN总线，37个IO口，2个10通道的12位ADC。在这个表里没有出现的外设，你就要确认一下它是不是存在，要是操作了不存在的外设，那它是不会工作的。

3、芯片命名规则

看一下这个型号的每一位字母和数字代表的意义。

一般来说，引脚越多，外设越多。

4、系统结构

分为四部分，大致分布如图：

加载数据(常量、调试数据等)。

ICode指令总线，Dcode数据总线，System系统总线。前两个用来加载程序指令的主要用来连接Flash闪存。Flash闪存存储的就是我们编写的程序。

SRAM：用于存储程序运行的变量数据。

AHB、SPIO：用于挂载主要的外设，挂载的一般是最基本或性能比较高的外设(复位、时钟控制这些最基本的电路)。

5、引脚定义(重点)

这部分内容学习大概知道这个芯片是怎么使用的。

C8T6这个芯片的引脚序号和引脚名称的示意图：

左上角小黑点，代表它左边的引脚是1号引脚。逆时针依次排列，知道48号引脚。

下面给大家展示这款芯片相关的引脚有哪些：

红色代表电源相关，蓝色代表最小系统相关，绿色代表IO口功能口。

类型：

S：电源；I：输入；O：输出；IO：输入输出。

IO口电平代表IO口所能容忍的电压。有FT的，代表它能容忍5V的电压。没有FT的，容忍3.3V电压。

如果没有FT的需要接5V的电平，就需要加装电平转换电路了。

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。

默认复用功能就是IO口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：这个的作用是，如果有两个功能同时复用在了一个IO口上，而你却是需要用到这两个功能，那你可以把其中一个复用功能重映射到其他端口上。当然前提是，这个重定义功能的表里有对应的端口。

VBAT：备用电池供电的引脚。可接3V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口或者侵入检者或者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了。

侵入检测可以用来做安全保障的功能。(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，然后就会清理数据来保证安全。

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号引脚是IO口或者接32、786Hz的RTC晶振。

5、6号引脚接系统的主晶振，一般是8MHz。然后芯片内部有锁相环电路，可以对这个8MHz的频率进行信频。最终产生72MHz的频率。作为系统的主时钟，7号NRST是系统复位引脚，N代表它是低电平复位的。

8、9号引脚是内部模拟部分的电源，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PAO还兼具了WKUP的功能。这个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引脚是用来配置启动模式的，另外这个IO口引脚名称没加粗。这是表示我推荐使用这些加粗的IO口，没有加粗的IO口，可能需要进行配置，或者兼备其他功能，使用时需要留意一下。

21、22号也都是IO口。

23、24号的VSS_1(正极)和VDD_1(负极)是系统的主电源口。

另外，下面还有VSS_2、VDD_2、VSS_3、VDD_3。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号都是IO口。

34、27~40号。这些事IO口或者调试端口。

上面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。

这个STM32需要2根线，分别是SWDIO和SWCLK。JTAG需要5根，分别是JTMS、JTCK、JTDI、JTDO、NJTRST。

我上面所讲的都是使用STLINK来下载调试程序。STLINK用的是SWD的方式，所以只需要占用PAB和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，不配置的华默认是不会用做IO口的。

41~43、45~46都是IO口。

剩下的44号引脚跟刚才介绍的BOOT1一样，也是用来做启动配置的。

这个表在数据手册中也有，这些都是我在数据手册中提取出来的，在后面会给出地址，方便大家查看。STM32F103C8T6 数据表， PDF - 全部数据表https://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=STM32F103C8T6

6、启动配置

如图是我们刚才看到BOOT0和BOOT1两根引脚的功能。这个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。用以方式完成特殊的功能。

BOOT0 按0->接地 BOOT1 x 不论结什么，启动模式都是主闪存存储器的模式最常用

1 接1就是接到3.3V电源正的意思 0

这个不是很好理解，其实这个模式就是用来做串口下载的。系统存储器村的就是STM32中的一段BOOtLoader程序。

作用是接受串口的数据，然后刷新到主闪存中，这样就可以使用串口下载程序了。

一般我们需要串口下载程序的时候会配置到这个模式上。

那我们什么时候需要用到串口下载呢？可以看回到引脚定义表：

这5个是调试窗口，它们既可以用来下载程序，也可以作为普通IO口使用。

如果我们在程序中把这5个端口全部配置成了IO口，那就完了。因为这个芯片没有调试端口，也就下载不了程序了，所以在你配置这几个端口的时候要小心点，不要把它们全部都变成普通IO口了。

那如果全部变成IO口了，下载不进去程序了，这就需要用到串口的方式下载程序了。

如果想使用串口下载，就需要配置T1为0，T0为1.没有STLINK、JLIK，可以用串口下载，多一种方式。

这个模式主要用来进行程序调试的，现阶段用的比较少。

另外解释一下上面那幅图的最后一句话：BOOT引脚的值是在上电复位后的一瞬间有效的，之后就随便了。

想让STM32正常工作，那么首先就需要把电源部分和最小系统部分的电源连接好，也就是引脚定义表中标红蓝色的部分。

7、最小系统电路

STM32 最小系统电路主要由电源电路、时钟源电路、BOOT 启动电路、调试接口电路和复位电路这五部分组成，以下是各部分的详细介绍：
电源电路
作用：为 STM32 芯片提供稳定的电源，确保芯片能够正常工作。STM32 芯片通常需要 3.3V 的电源电压，电源电路负责将外部输入的电源转换为芯片所需的稳定电压，并进行滤波等处理，以减少电源噪声对芯片的影响。
设计要点：通常采用线性稳压器或开关稳压器来实现电源转换。如使用 AMS1117-3.3V 等线性稳压芯片，将输入的 5V 或其他电压转换为 3.3V。同时，需要在电源输入端和芯片电源引脚处连接多个滤波电容，如 10uF 的钽电容和 100nF 的陶瓷电容，以滤除不同频率的噪声信号，靠近芯片引脚放置电容，以提高滤波效果。
时钟源电路
作用：为 STM32 芯片提供时钟信号，时钟信号是芯片内部各个部件同步工作的基准，决定了芯片的运行速度和时序节奏。
设计要点：可以选择内部时钟源或外部时钟源。内部时钟源一般是 RC 振荡器，精度较低但成本低、功耗小；外部时钟源通常采用石英晶振，精度高、稳定性好。如常用的 8MHz 外部晶振，为系统提供稳定的时钟基准。在使用外部晶振时，需要在晶振两端连接两个起振电容，电容值一般在 10pF-40pF 之间，还可在晶振输入输出引脚之间加一个 1M 的电阻，产生负反馈，保证放大器工作在高增益的线性区，同时起到限流作用。
BOOT 启动电路
作用：用于选择 STM32 芯片的启动模式，不同的启动模式决定了芯片从何处读取启动代码和数据。
设计要点：STM32 芯片有三种启动模式，由 BOOT0 和 BOOT1 引脚在复位时的状态决定。一般情况下，如果使用 JTAG 或 SWD 调试下载程序，会将程序下载到闪存里，可直接将 BOOT0 引脚通过一个 10K 电阻下拉接地，BOOT1 引脚置为低电平或悬空。
调试接口电路
作用：用于将计算机中的程序代码下载到 STM32 芯片中，并对芯片进行调试和仿真，方便开发人员对程序进行调试和优化。
设计要点：常用的调试下载方式有 JTAG 和 SWD 两种。现在一般采用 SWD 调试接口，只需要将 SWCLK（时钟信号）、SWDIO（数据输入输出信号）、GND（接地）、3.3V（电源）引脚引出即可与调试器连接。不需要添加外部上拉或下拉电阻，因为 STM32 内部已经集成了相应的电阻。
复位电路
作用：将 STM32 芯片的内部电路恢复到初始状态，确保芯片在启动或出现异常时能够正常初始化和运行。
设计要点：STM32 有三种复位方式，分别是系统复位、电源复位和后备域复位。常用的是电源复位方式，通过一个按键和一个电容组成的电路来实现。当按下按键时，将芯片的 RST 引脚拉低，产生外部复位信号，使芯片进入复位状态；当按键松开后，电容充电，RST 引脚电位逐渐升高，复位结束，芯片开始正常运行。一般选择 100nF 的电容，以保证 RST 引脚低电平持续的时间满足芯片复位的最小脉宽要求。