對STM32基本知識的詳細剖析

STM32是一種功能比較強大的32位單片機，廣泛應用于各種嵌入式設備中，由于它的普及性及豐富的資源，受到廣大嵌入式開發(fā)者的喜歡，但要想學好用好STM32也并非易事，畢竟，相比8位、16位產品，STM32要復雜得多。

STM32的時鐘

眾所周知STM32有5個時鐘源HSI、HSE、LSI、LSE、PLL，其實它只有四個，因為從下圖中可以看到PLL都是由HSI或HSE提供的。

其中，高速時鐘(HSE和HSI)提供給芯片主體的主時鐘.低速時鐘(LSE和LSI)只是提供給芯片中的RTC(實時時鐘)及獨立看門狗使用，圖中可以看出高速時鐘也可以提供給RTC。內部時鐘是在芯片內部RC振蕩器產生的，起振較快，所以時鐘在芯片剛上電的時候，默認使用內部高速時鐘。而外部時鐘信號是由外部的晶振輸入的，在精度和穩(wěn)定性上都有很大優(yōu)勢，所以上電之后我們再通過軟件配置，轉而采用外部時鐘信號.

高速外部時鐘(HSE)：以外部晶振作時鐘源，晶振頻率可取范圍為4~16MHz，我們一般采用8MHz的晶振。

高速內部時鐘(HSI)： 由內部RC振蕩器產生，頻率為8MHz，但不穩(wěn)定。

低速外部時鐘(LSE)：以外部晶振作時鐘源，主要提供給實時時鐘模塊，所以一般采用32.768KHz。

低速內部時鐘(LSI)：由內部RC振蕩器產生，也主要提供給實時時鐘模塊，頻率大約為40KHz。

OSC_OUT和OSC_IN開始，這兩個引腳分別接到外部晶振8MHz,第一個分頻器PLLXTPRE，遇到開關PLLSRC(PLL entry clock source)，我們可以選擇其輸出，輸出為外部高速時鐘(HSE)或是內部高速時鐘(HSI)。這里選擇輸出為HSE，接著遇到鎖相環(huán)PLL，具有倍頻作用，在這里我們可以輸入倍頻因子PLLMUL，要是想超頻，就得在這個寄存器上做手腳啦。經過PLL的時鐘稱為PLLCLK。倍頻因子我們設定為9倍頻，也就是說，經過PLL之后，我們的時鐘從原來8MHz的 HSE變?yōu)?2MHz的PLLCLK。緊接著又遇到了一個開關SW，經過這個開關之后就是STM32的系統(tǒng)時鐘(SYSCLK)了。通過這個開關，可以切換SYSCLK的時鐘源，可以選擇為HSI、PLLCLK、HSE。我們選擇為PLLCLK時鐘，所以SYSCLK就為72MHz了。PLLCLK在輸入到SW前，還流向了USB預分頻器，這個分頻器輸出為USB外設的時鐘(USBCLK)?；氐絊YSCLK，SYSCLK經過AHB預分頻器，分頻后再輸入到其它外設。如輸出到稱為HCLK、FCLK的時鐘，還直接輸出到SDIO外設的SDIOCLK時鐘、存儲器控制器FSMC的FSMCCLK時鐘，和作為APB1、APB2的預分頻器的輸入端。GPIO外設是掛載在APB2總線上的， APB2的時鐘是APB2預分頻器的輸出，而APB2預分頻器的時鐘來源是AHB預分頻器。因此，把APB2預分頻器設置為不分頻，那么我們就可以得到GPIO外設的時鐘也等于HCLK，為72MHz了。

SYSCLK：系統(tǒng)時鐘，STM32大部分器件的時鐘來源。主要由AHB預分頻器分配到各個部件。

HCLK:由AHB預分頻器直接輸出得到，它是高速總線AHB的時鐘信號，提供給存儲器，DMA及cortex內核，是cortex內核運行的時鐘，cpu主頻就是這個信號，它的大小與STM32運算速度，數據存取速度密切相關。

FCLK：同樣由AHB預分頻器輸出得到，是內核的“自由運行時鐘”?！白杂伞北憩F在它不來自時鐘 HCLK，因此在HCLK時鐘停止時 FCLK 也繼續(xù)運行。它的存在，可以保證在處理器休眠時，也能夠采樣和到中斷和跟蹤休眠事件 ，它與HCLK互相同步。

PCLK1：外設時鐘，由APB1預分頻器輸出得到，最大頻率為36MHz，提供給掛載在APB1總線上的外設，APB1總線上的外設如下：

RCC_APB1Periph_TIM2 TIM2時鐘

RCC_APB1Periph_TIM3 TIM3時鐘

RCC_APB1Periph_TIM4 TIM4時鐘

RCC_APB1Periph_WWDG WWDG時鐘

RCC_APB1Periph_SPI2 SPI2時鐘

RCC_APB1Periph_USART2 USART2時鐘

RCC_APB1Periph_USART3 USART3時鐘

RCC_APB1Periph_I2C1 I2C1時鐘

RCC_APB1Periph_I2C2 I2C2時鐘

RCC_APB1Periph_USB USB時鐘

RCC_APB1Periph_CAN CAN時鐘

RCC_APB1Periph_BKP BKP時鐘

RCC_APB1Periph_PWR PWR時鐘

RCC_APB1Periph_ALL 全部APB1外設時鐘

PCLK2：外設時鐘，由APB2預分頻器輸出得到，最大頻率可為72MHz，提供給掛載在APB2總線上的外設，APB2總線上的外設如下：

RCC_APB2Periph_AFIO 功能復用IO時鐘

RCC_APB2Periph_GPIOA GPIOA時鐘

RCC_APB2Periph_GPIOB GPIOB時鐘

RCC_APB2Periph_GPIOC GPIOC時鐘

RCC_APB2Periph_GPIOD GPIOD時鐘

RCC_APB2Periph_GPIOE GPIOE時鐘

RCC_APB2Periph_ADC1 ADC1時鐘

RCC_APB2Periph_ADC2 ADC2時鐘

RCC_APB2Periph_TIM1 TIM1時鐘

RCC_APB2Periph_SPI1 SPI1時鐘

RCC_APB2Periph_USART1 USART1時鐘

RCC_APB2Periph_ALL 全部APB2外設時鐘

STM32的幾種輸入模式

STM32有4種輸入模式：

1）模擬輸入 GPIO_AIN：用于AD轉換

2）浮空輸入 GPIO_IN_FLOATING：引腳處于浮空模式，電平狀態(tài)是不確定的。外部信號輸入什么，IO口就是什么狀態(tài)。

3）上拉輸入 GPIO_IPU：防止IO口出現不確定的狀態(tài)，比如，當IO口懸空時，就會通過內部的上拉電阻將該點鉗位在高電平。

4）下拉輸入 GPIO_IPD：功能與上拉電阻類似，防止IO口出現不確定的狀態(tài)，比如，當IO口懸空時，就會通過內部的下拉電阻將該點鉗位在低電平。

STM32中空的I/O管腳是高電平還是低電平取決于具體情況。

1、IO端口復位后處于浮空狀態(tài)，也就是其電平狀態(tài)由外圍電路決定。

2、STM32上電復位瞬間I/O口的電平狀態(tài)默認是浮空輸入，因此是高阻。做到低功耗。

3、STM32的IO管腳配置口默認為浮空輸入，把選擇權留給用戶，這是一個很大的優(yōu)勢：一方面浮空輸入確保不會出現用戶不希望的默認電平(此時電平取決于用戶的外圍電路);另一方面降低了功耗，因為不管是上拉還是下拉都會有電流消耗。從另一個角度來看，不管I/O管腳的默認配置如何，還是需要在輸出的管腳外加上拉或下拉，這是為了保證芯片上電期間和復位時輸出的管腳始終處于已知的電平。

4、在沒有任何操作的情況下，STM32通用推挽輸出模式的引腳默認低電平，也就是有電的狀態(tài)。所以在配置的時候通常會先把引腳的電平設置拉高，讓電路不產生電流。有電到沒電這一過程也就是引腳電平從低到高的過程。

5、STM32的I/O管腳有兩種：TTL和CMOS，所有管腳都兼容TTL和CMOS電平。也就是說從輸入識別電壓上看，所有管腳不管是TTL管腳還是CMOS管腳都可以識別TTL或CMOS電平。

STM32的中斷系統(tǒng)

在STM32中，中斷數量大大增加，而且中斷的設置也更加復雜。

1基本概念

ARM Coetex-M3內核共支持256個中斷，其中16個內部中斷，240個外部中斷和可編程的256級中斷優(yōu)先級的設置。STM32目前支持的中斷共84個（16個內部+68個外部），還有16級可編程的中斷優(yōu)先級的設置，僅使用中斷優(yōu)先級設置8bit中的高4位。

STM32可支持68個中斷通道，已經固定分配給相應的外部設備，每個中斷通道都具備自己的中斷優(yōu)先級控制字節(jié)PRI_n(8位，但是STM32中只使用4位，高4位有效)，每4個通道的8位中斷優(yōu)先級控制字構成一個32位的優(yōu)先級寄存器。68個通道的優(yōu)先級控制字至少構成17個32位的優(yōu)先級寄存器。

4bit的中斷優(yōu)先級可以分成2組，從高位看，前面定義的是搶占式優(yōu)先級，后面是響應優(yōu)先級。按照這種分組，4bit一共可以分成5組

第0組：所有4bit用于指定響應優(yōu)先級；

第1組：最高1位用于指定搶占式優(yōu)先級，后面3位用于指定響應優(yōu)先級；

第2組：最高2位用于指定搶占式優(yōu)先級，后面2位用于指定響應優(yōu)先級；

第3組：最高3位用于指定搶占式優(yōu)先級，后面1位用于指定響應優(yōu)先級；

第4組：所有4位用于指定搶占式優(yōu)先級。

所謂搶占式優(yōu)先級和響應優(yōu)先級，他們之間的關系是：具有高搶占式優(yōu)先級的中斷可以在具有低搶占式優(yōu)先級的中斷處理過程中被響應，即中斷嵌套。

當兩個中斷源的搶占式優(yōu)先級相同時，這兩個中斷將沒有嵌套關系，當一個中斷到來后，如果正在處理另一個中斷，這個后到來的中斷就要等到前一個中斷處理完之后才能被處理。如果這兩個中斷同時到達，則中斷控制器根據他們的響應優(yōu)先級高低來決定先處理哪一個；如果他們的搶占式優(yōu)先級和響應優(yōu)先級都相等，則根據他們在中斷表中的排位順序決定先處理哪一個。每一個中斷源都必須定義2個優(yōu)先級。

有幾點需要注意的是：

1）如果指定的搶占式優(yōu)先級別或響應優(yōu)先級別超出了選定的優(yōu)先級分組所限定的范圍，將可能得到意想不到的結果；

2）搶占式優(yōu)先級別相同的中斷源之間沒有嵌套關系；

3）如果某個中斷源被指定為某個搶占式優(yōu)先級別，又沒有其它中斷源處于同一個搶占式優(yōu)先級別，則可以為這個中斷源指定任意有效的響應優(yōu)先級別。

2 GPIO外部中斷

STM32中，每一個GPIO都可以觸發(fā)一個外部中斷，但是，GPIO的中斷是以組位一個單位的，同組間的外部中斷同一時間只能使用一個。比如說，PA0，PB0，PC0，PD0，PE0，PF0，PG0這些為1組，如果我們使用PA0作為外部中斷源，那么別的就不能夠再使用了，在此情況下，我們只能使用類似于PB1，PC2這種末端序號不同的外部中斷源。每一組使用一個中斷標志EXTIx。EXTI0 – EXTI4這5個外部中斷有著自己的單獨的中斷響應函數，EXTI5-9共用一個中斷響應函數，EXTI10-15共用一個中斷響應函數。

對于中斷的控制，STM32有一個專用的管理機構：NVIC。對于NVIC的詳細解釋，可以參考《ARM Cortex-M3權威指南》，Joseph Yiu著，宋巖譯，北京航空航天大學出版社出版，第8章NVIC與中斷控制。中斷的使能，掛起，優(yōu)先級，活動等等部都是NVIC在管理的。因為我學習STM32重點在于如何開發(fā)程序，所以內部的一些東西，在此我就不詳細說明了，有感興趣的可以參看上面提到的那本數。

STM32外部中斷使用實例

其實上面那些基本概念和知識只是對STM32的中斷系統(tǒng)有一個大概的認識，用程序說話將會更能夠加深如何使用中斷。使用外部中斷的基本步驟如下：

1.設置好相應的時鐘；

2.設置相應的中斷；

3.IO口初始化；

4.把相應的IO口設置為中斷線路（要在設置外部中斷之前）并初始化；

5.在選擇的中斷通道的響應函數中中斷函數。

由于我用的奮斗開發(fā)板沒有引出相應的芯片引腳，所以只能用按鍵來觸發(fā)相應的中斷。根據原理圖，K1/K2/K3連接的是PC5/PC2/PC3，因此我將用EXTI5/EXTI2/EXTI3三個外部中斷。PB5/PD6/PD3分別連接了三個LED燈。中斷的效果是按下按鍵，相應的LED燈將會被點亮。

1.設置相應的時鐘

首先需要打開GPIOB、GPIOC和GPIOE（因為按鍵另外一端連接的是PE口）。然后由于是要用于觸發(fā)中斷，所以還需要打開GPIO復用的時鐘。相應的函數在GPIO的學習筆記中有了詳細了解釋。詳細代碼如下：

void RCC_cfg()

{

//打開PE PD PC PB端口時鐘，并且打開復用時鐘

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE| RCC_APB2Periph_GPIOC | RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_GPIOB |RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

}

設置相應的時鐘所需要的RCC函數在stm32f10x_rcc.c中，所以要在工程中添加此文件。

2.設置好相應的中斷

設置相應的中斷實際上就是設置NVIC，在STM32的固件庫中有一個結構體NVIC_InitTypeDef，里面有相應的標志位設置，然后再用NVIC_Init()函數進行初始化。詳細代碼如下：

void NVIC_cfg()

{

NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure;

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//選擇中斷分組2

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel= EXTI2_IRQChannel;//選擇中斷通道2

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority= 0; //搶占式中斷優(yōu)先級設置為0

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority= 0;//響應式中斷優(yōu)先級設置為0

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;//使能中斷

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI3_IRQChannel;//選擇中斷通道3

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority= 1; //搶占式中斷優(yōu)先級設置為1

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority= 1;//響應式中斷優(yōu)先級設置為1

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;//使能中斷

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel= EXTI9_5_IRQChannel;//選擇中斷通道5

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority= 2; //搶占式中斷優(yōu)先級設置為2

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority= 2;//響應式中斷優(yōu)先級設置為2

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;//使能中斷

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}

由于有3個中斷，因此根據前文所述，需要有3個bit來指定搶占優(yōu)先級，所以選擇第2組。又由于EXTI5-9共用一個中斷響應函數，所以EXTI5選擇的中斷通道是EXTI9_5_IRQChannel，詳細信息可以在頭文件中查詢得到。用到的NVIC相關的庫函數在stm32f10x_nivc.c中，需要將此文件復制并添加到工程中。具體位置可以查看關于GPIO的筆記。這段代碼編譯起來沒有任何問題，但是在鏈接的時候就會報錯，需要把STM32F10xR.LIB加入工程中，具體位置在…\Keil\ARM\RV31\LIB\ST\STM32F10xR.LIB。

3. IO口初始化

void IO_cfg()

{

GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2;//選擇引腳2

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//輸出頻率最大50MHz

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//帶上拉電阻輸出

GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitStructure);

GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_2);//將PE.2引腳設置為低電平輸出

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin= GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_5; //選擇引腳2 3 5

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_IN_FLOATING; //選擇輸入模式為浮空輸入

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//輸出頻率最大50MHz

GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);//設置PC.2/PC.3/PC.5

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin= GPIO_Pin_3 |GPIO_Pin_6;//選擇引腳3 6

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//輸出頻率最大50MHz

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//帶上拉電阻輸出

GPIO_Init(GPIOD,&GPIO_InitStructure);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5;//選擇引腳5

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//輸出頻率最大50MHz

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//帶上拉電阻輸出

GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

}

其中連接外部中斷的引腳需要設置為輸入狀態(tài)，而連接LED的引腳需要設置為輸出狀態(tài)，初始化PE.2是為了使得按鍵的另外一端輸出低電平。GPIO中的函數在stm32f10x_gpio.c中。

4.把相應的IO口設置為中斷線路

由于GPIO并不是專用的中斷引腳，因此在用GPIO來觸發(fā)外部中斷的時候需要設置將GPIO相應的引腳和中斷線連接起來，具體代碼如下：

void EXTI_cfg()

{

EXTI_InitTypeDefEXTI_InitStructure;

//清空中斷標志

EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line2);

EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line3);

EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line5);

//選擇中斷管腳PC.2 PC.3 PC.5

GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOC,GPIO_PinSource2);

GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOC,GPIO_PinSource3);

GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOC,GPIO_PinSource5);

EXTI_InitStructure.EXTI_Line= EXTI_Line2 | EXTI_Line3 | EXTI_Line5; //選擇中斷線路2 3 5

EXTI_InitStructure.EXTI_Mode= EXTI_Mode_Interrupt; //設置為中斷請求，非事件請求

EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger= EXTI_Trigger_Rising_Falling; //設置中斷觸發(fā)方式為上下降沿觸發(fā)

EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd=ENABLE;//外部中斷使能

EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);

}

EXTI_cfg中需要調用到的函數都在stm32f10x_exti.c。

5.寫中斷響應函數

STM32不像C51單片機那樣，可以用過interrupt關鍵字來定義中斷響應函數，STM32的中斷響應函數接口存在中斷向量表中，是由啟動代碼給出的。默認的中斷響應函數在stm32f10x_it.c中。因此我們需要把這個文件加入到工程中來。

在這個文件中，我們發(fā)現，很多函數都是只有一個函數名，并沒有函數體。我們找到EXTI2_IRQHandler()這個函數，這就是EXTI2中斷響應的函數。我的目標是將LED燈點亮，所以函數體其實很簡單：

voidEXTI2_IRQHandler(void)

{

//點亮LED燈

GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_6);

//清空中斷標志位，防止持續(xù)進入中斷

EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line2);

}

voidEXTI3_IRQHandler(void)

{

GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_3);

EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line3);

}

voidEXTI9_5_IRQHandler(void)

{

GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);

EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line5);

}

由于EXTI5-9是共用一個中斷響應函數，因此所有的EXTI5 – EXTI9的響應函數都寫在這個里面。

6.寫主函數

#include"stm32f10x_lib.h"

void RCC_cfg();

void IO_cfg();

void EXTI_cfg();

void NVIC_cfg();

int main()

{

RCC_cfg();

IO_cfg();

NVIC_cfg();

EXTI_cfg();

while(1);

}

main函數前是函數聲明，main函數函數體中都是調用初始化配置函數，然后進入死循環(huán)，等待中斷響應。