STM32系列成員介紹

STM32是意法半導(dǎo)體 (STMicroelectronics) 公司推出的新一代基于Cortex-M內(nèi)核的32位微控制器系列。STM32以其 高性能、低功耗、一流的外設(shè) 、簡(jiǎn)單易用等特點(diǎn)在近幾年迅速發(fā)展，占領(lǐng)了很大市場(chǎng)，得到了很多開發(fā)者青睞。其應(yīng)用領(lǐng)域包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)和 應(yīng)用控制 ，PC游戲****外設(shè)和 GPS平臺(tái) ** ， 可編程控制器(PLC) 、 變頻器 、打印機(jī)和掃描儀**等。（除了STM32，意法半導(dǎo)體公司還推出了8位微處理器STM8系列，因其高性價(jià)比也有很多開發(fā)者在使用。這里暫不介紹STM8系列）

STM32系列成員眾多，按其性能可分為入門型（F0系列），基礎(chǔ)型（F1系列），增強(qiáng)型（F3系列），高性能型（F4，F(xiàn)7等）。按內(nèi)核的不同分為Cortex-M0（F0系列），Cortex-M3（F1、F3系列），Cortex-M4（F4系列）等。一般初學(xué)者選擇F103系列較多，既能滿足學(xué)習(xí)要求，又不至于太貴。

光憑一句“高性能”可能對(duì)其性能還是沒有什么概念。下面是一個(gè)常見單片機(jī)的性能分?jǐn)?shù)對(duì)照表，可供參考。

對(duì)照表最下面的AT89C52就是最典型的51單片機(jī)，可以看到其分?jǐn)?shù)只有2.36。而STM32F103的分?jǐn)?shù)達(dá)到了177，STM32F407更是達(dá)到了566。

近幾年，國(guó)產(chǎn)單片機(jī)也迅速崛起，在性能上已經(jīng)不輸國(guó)外。例如ESP8266、ESP32系列已經(jīng)獲得眾多單片機(jī)開發(fā)者的喜愛，不僅性能強(qiáng)大，而且自帶wifi模塊。又如對(duì)標(biāo)STM32的GD32系列，其性能也已經(jīng)不低于STM32，只是其學(xué)習(xí)資源不如STM32多。

很多人都是從51開始學(xué)習(xí)單片機(jī)，大學(xué)教材也大都以51單片機(jī)為例。STM32相比于51單片機(jī)，性能大幅提升，外設(shè)也更多，為了方便開發(fā)，ST官方專門發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫，只要調(diào)用外設(shè)庫里的函數(shù)就能輕松使用各種外設(shè)，而不需要對(duì)寄存器進(jìn)行直接操作。

由于STM32功能較強(qiáng)，內(nèi)部寄存器復(fù)雜且多，所以使用起來也相對(duì)較麻煩。比如要給某個(gè)IO口置高電平，51單片機(jī)只要 P0^0=1; 一行程序就能實(shí)現(xiàn)，但是STM32首先要調(diào)用GPIO的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫，然后進(jìn)行GPIO初始化并使能對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘，然后才能將GPIO置位（當(dāng)然也可以直接操作寄存器，不過STM32寄存器太多，使用更不方便）。所以很多51單片機(jī)學(xué)習(xí)者剛開始學(xué)習(xí)STM32會(huì)覺得無從下手，其實(shí)只要了解了STM32的庫函數(shù)，其開發(fā)就和51一樣簡(jiǎn)單，而且對(duì)于大型的項(xiàng)目開發(fā)其優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)出來了。學(xué)習(xí)STM32就是學(xué)習(xí)其庫函數(shù)，從官方的庫函數(shù)使用手冊(cè)入手，學(xué)習(xí)起來還是很簡(jiǎn)單的。

STM32型號(hào)很多，所以有著規(guī)范的命名規(guī)則，從其型號(hào)便可知道其部分參數(shù)，如產(chǎn)品類型，F(xiàn)lash容量，封裝。

文將以STM32F103C8T6這款單片機(jī)為例來介紹STM32。

從命名規(guī)則可以知道，STM32F103C8T6是STM32基礎(chǔ)型單片機(jī)，采用LQFP 48 封裝，帶有64KB的Flash（閃存程序存儲(chǔ)器）。其最高工作頻率72MHz，20KB的SRAM，2個(gè)12位ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器），7通道DMA控制器并支持定時(shí)器、ADC、SPI、IIC等，帶有7個(gè)定時(shí)器，多達(dá)9個(gè)通信接口（2個(gè)IIC、3個(gè)USART、2個(gè)SPI、CAN接口、USB2.0）。下圖是其引腳圖。

由于引腳有限，很多IO口都是功能復(fù)用，下圖是其IO功能復(fù)用情況。

接下來詳細(xì)介紹各個(gè)外設(shè)

1.GPIO

GPIO即通用輸入輸出口，也就是我們常說的IO口。這款單片機(jī)有PA（PA0-PA15）、PB（PB0-PB15）、PC 3組IO（PC13-PC15），類似于STC89C52的P0、P1、P2口，A與B組每組16個(gè)，但C組只有3個(gè)。GPIO的排列分布不像51單片機(jī)那么規(guī)則，其實(shí)是考慮到開發(fā)者需要擴(kuò)展IO時(shí)減少電路圖的更改。有些GPIO默認(rèn)是不做普通IO口的，例如PB4、PB3默認(rèn)是作為JTAG使用，PC14、PC15默認(rèn)作為RTC的晶振接口，如需作為普通IO口使用，則需要將對(duì)應(yīng)復(fù)用功能屏蔽。

2.ADC

這款單片機(jī)有兩個(gè)12位的ADC（PB0：ADC_IN8、PB1:ADC_IN9），用以將0-3.3V的電壓模擬量轉(zhuǎn)成數(shù)字量(0-2^12)。每個(gè)ADC共用多達(dá)16個(gè)外部通道， 可以實(shí)現(xiàn)單次或掃描轉(zhuǎn)換。在掃描模式下，自動(dòng)進(jìn)行在選定的一組模擬輸入上的轉(zhuǎn)換。需要注意的是，ADC的電源是獨(dú)立于供電電源的，其供電引腳為VSS-A與VDD-A，一般可以將這兩個(gè)引腳直接與3.3V電源相連。包括其他的幾組VDD和VSS，直接與3.3V電源連接即可（之所以分幾個(gè)電源，是為了提高供電穩(wěn)定性）

3.晶振

從上面的引腳圖可以看出，STM32可以外接兩個(gè)晶振。其中8M晶振就是單片機(jī)CPU運(yùn)行用的，雖然晶振頻率只有8M，但其內(nèi)部頻率最高可以達(dá)到72MHz，這得益于其內(nèi)部的分頻器，將8M震蕩頻率經(jīng)二分頻就得到了16M，經(jīng)過多次分頻就能得到更高的頻率。

下圖是其時(shí)鐘樹示意圖。

另外一個(gè)32.768kHz的低頻晶振是用于內(nèi)部 RTC時(shí)鐘 。STM32自帶RTC時(shí)鐘，類似于手機(jī)、電腦的系統(tǒng)時(shí)鐘。不知大家有沒有注意過，在我們的手機(jī)或者電腦沒有聯(lián)網(wǎng)的時(shí)候，重新開機(jī)后仍然可以顯示時(shí)間，其實(shí)這就是RTC時(shí)鐘。原理就是在手機(jī)或者電腦主電源斷電的情況下，自動(dòng)啟用后備電源（電腦的后備電源就是主板上的紐扣電池），維持RTC時(shí)鐘晶振工作，以實(shí)現(xiàn)主電源斷電下也能計(jì)時(shí)。之所以不采用8M高頻晶振作為RTC的振蕩源，是因?yàn)楦哳l晶振受溫度、制作工藝影響大而容易出現(xiàn)誤差(RTC的誤差就小得多了)。要想使用STM32的RTC，只需要給1號(hào)引腳Vbat接一個(gè)紐扣電池即可，在未接3.3V電源時(shí)，會(huì)自動(dòng)使用紐扣電池供電，接了3.3V電源又會(huì)自動(dòng)切換至3.3V電源供電。因?yàn)镽TC耗電極低，所以一顆紐扣電池也足夠使用很長(zhǎng)時(shí)間。但是在主電源斷電情況下，如果紐扣電池也沒電了，內(nèi)部的時(shí)鐘時(shí)間就會(huì)丟失，再次上電就恢復(fù)成了初始時(shí)間。

關(guān)于其具體用法，以后再做詳細(xì)介紹。

4.IIC、USART、SPI通信

STM32外設(shè)豐富，支持硬件級(jí)的IIC、USART、SP通信。相比于軟件實(shí)現(xiàn)的通信，硬件級(jí)的更快，更穩(wěn)定，更方便。

IIC一般用于單片機(jī)與傳感器、顯示屏、EEPROM等外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳輸。其IIC接口支持 7 位或 10 位尋址， 7 位從模式時(shí)支持雙從地址尋址。內(nèi)置了硬件 CRC發(fā)生器/ 校驗(yàn)器。

它們可以使用** DMA** 操作并支持 SMBus 總線 2.0 版 /PMBus 總線。

USART可用于單片機(jī)與電腦的的串口通信。USART1接口通信速率可達(dá)4.5Mbps，其他接口的通信速率可達(dá)2.25Mbps。USART接口具有硬 件的CTS和RTS信號(hào)管理、支持IrDA SIR ENDEC傳輸編解碼、兼容ISO7816的智能卡并提供LIN主/ 從功能。 所有USART接口都可以使用DMA操作。

SPI比前兩種通信擁有更快的通信速率，一般用于數(shù)據(jù)傳輸量大的場(chǎng)合，比如控制高分辨率或高刷新率的彩屏。SPI接口，在從或主模式下，全雙工和半雙工的通信速率可達(dá)18Mbps。3位的預(yù)分頻器可 產(chǎn)生8種主模式頻率，可配置成每幀8位或16位。硬件的CRC產(chǎn)生/校驗(yàn)支持基本的SD卡和MMC模式。 所有的SPI接口都可以使用DMA操作。

5.JTAG、SWD與仿真器

在STM32上有幾個(gè)接口稱為JTAG、SWD。JTAG接口(Joint Test Action Group，聯(lián)合測(cè)試工作組)，是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議（IEEE 1149.1兼容），主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試?，F(xiàn)在多數(shù)的高級(jí)器件都支持JTAG協(xié)議，如DSP、FPGA器件等。標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口是4線：TMS（PA13）、TCK（PA14）、TDI（PA15）、TDO（PB3），分別為模式選擇、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。有了JTAG，就可以對(duì)單片機(jī)程序進(jìn)行在線調(diào)試，包括 斷點(diǎn)調(diào)試 ，變量監(jiān) 控 ，對(duì)于程序查錯(cuò)是非常方便。

SWD接口即串行調(diào)試（SerialWireDebug），是一種和JTAG不同的調(diào)試模式，最直接的區(qū)別是調(diào)試接口上，SWD只需要4（或者5）個(gè)引腳：3.3V、GND、SWDIO（PA13）、SWCLK（PA14）。他的SWDIO、SWCLK與JTAG的TMS、TCK復(fù)用了。

要想實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試，還需要專門的仿真工具。常用的仿真器有J-Link、U-Link、ST-Link

J-Link其實(shí)就是一個(gè)USB轉(zhuǎn)JTAG的工具，可將電腦與JTAG端口相連。JLINK是一個(gè)通用的開發(fā)工具，可以用于KEIL、IAR、ADS 等平臺(tái)。速度，效率，功能都很好。

U-Link是ARM/KEIL公司推出的仿真器，不過現(xiàn)在能買到的都是其升級(jí)版本ULINK2和ULINK Pro仿真器。ULINK/ULINK2可以配合Keil軟件實(shí)現(xiàn)仿真功能，僅可以在Keil軟件上使用（不支持IAR、ADS等其他平臺(tái)）。

ST-Link是專門針對(duì)意法半導(dǎo)體STM8和STM32系列芯片的仿真器。ST-LINK /V2指定的SWIM標(biāo)準(zhǔn)接口和JTAG / SWD標(biāo)準(zhǔn)接口，通過ST-Link可直接將程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)（SWIM / JTAG / SWD）以及EEPROM燒寫，當(dāng)然也也支持在線仿真，相比另外兩種，更具優(yōu)勢(shì)。所以個(gè)人非常推薦該仿真器

![圖片](https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/Px0x0xOsMVYtRiaptO9smicSJgxvy60V2Q2VicfibuSRLhjKryozIzmphjzxenenKFgTa4p9o1j5sK05OwYaLibja5Q/640?wx_fmt=jpeg&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1)

6.程序開發(fā)平臺(tái)

STM32程序開發(fā)平臺(tái)主要有Keil、IAR、STM32CudeIDE等。Keil支持眾多單片機(jī)開發(fā)，版本如今已更新到Keil 5。IAR相比Keil，編譯的代碼更緊湊，實(shí)際使用與Keil差不多。STM32CudeIDE是STM專門為STM32開發(fā)的IDE，但是使用還是比不上前兩種平臺(tái)

7.其他

內(nèi)部溫度傳感器：STM內(nèi)部有一個(gè)溫度傳感器，并連接到PC13，可用于監(jiān)測(cè)芯片溫度。

控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN）：CAN 接口兼容規(guī)范 2.0A 和 2.0B( 主動(dòng) ) ，位速率高達(dá) 1Mbps 。它可以接收和發(fā)送 11 位標(biāo)識(shí)符的標(biāo)準(zhǔn)幀， 也可以接收和發(fā)送29 位標(biāo)識(shí)符的擴(kuò)展幀。具有 3 個(gè)發(fā)送郵箱和 2 個(gè)接收 FIFO ， 3 級(jí) 14 個(gè)可調(diào)節(jié)的濾波器。一般用與單片機(jī)與上位機(jī)的通信。

通用串行總線 (USB)：內(nèi)嵌一個(gè)兼容全速 USB 的設(shè)備控制器，遵循全速 USB 設(shè)備 (12Mbps

) 標(biāo)準(zhǔn)，端點(diǎn)可由軟件配置，具有待機(jī) / 喚醒功能。

定時(shí)器：中等容量的STM32F103xx增強(qiáng)型系列產(chǎn)品包含1個(gè)高級(jí)控制定時(shí)器、3個(gè)普通定時(shí)器，以及2個(gè)看門 狗定時(shí)器和1個(gè)系統(tǒng)嘀嗒定時(shí)器。

看門狗：用于防止程序跑偏。獨(dú)立的看門狗是基于一個(gè) 12 位的遞減計(jì)數(shù)器和一個(gè) 8 位的預(yù)分頻器，它由一個(gè)內(nèi)部獨(dú)立的 40kHz 的 RC 振蕩器提供時(shí)鐘；因?yàn)檫@個(gè)RC 振蕩器獨(dú)立于主時(shí)鐘，所以它可運(yùn)行于停機(jī)和待機(jī)模式。它可以被當(dāng) 成看門狗用于在發(fā)生問題時(shí)復(fù)位整個(gè)系統(tǒng)，或作為一個(gè)自由定時(shí)器為應(yīng)用程序提供超時(shí)管理。通過 選項(xiàng)字節(jié)可以配置成是軟件或硬件啟動(dòng)看門狗。

在調(diào)試模式下，計(jì)數(shù)器可以被凍結(jié)。窗口看門狗內(nèi)有一個(gè)7 位的遞減計(jì)數(shù)器，并可以設(shè)置成自由運(yùn)行。它可以被當(dāng)成看門狗用于在發(fā)生問 題時(shí)復(fù)位整個(gè)系統(tǒng)。它由主時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，具有早期預(yù)警中斷功能；在調(diào)試模式下，計(jì)數(shù)器可以被凍結(jié)。