基于STM的嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)第一章演示文稿

基于STM的嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)第一章演示文稿當(dāng)前第1頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)基于STM的嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)第一章當(dāng)前第2頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)要點(diǎn)STM32性能和結(jié)構(gòu)CortexM3處理器輸入輸出端口GPIO引腳、電源和時(shí)鐘樹(shù)模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換中斷定時(shí)器DMA靈活的FSMC同步和異步串行接口當(dāng)前第3頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)第一章STM32基本原理學(xué)習(xí)STM32需要從原理入手，為硬件、軟件、操作系統(tǒng)、工程實(shí)踐學(xué)習(xí)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。本章的第一部分是STM32的性能和結(jié)構(gòu)，然后是對(duì)CortexM3處理器的分析，之后是地址映射、引腳功能描述、電源連接、復(fù)位和時(shí)鐘控制RCC、輸入輸出端口GPIO、ADC和DAC、中斷、DMA、定時(shí)器、同步串行通信SPI和I2C、同步異步串行通信USART，最后是靈活的存儲(chǔ)器控制FSMC。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，既可以掌握STM32的全貌，也可以學(xué)習(xí)到重要的關(guān)于CortexM3處理器內(nèi)核和STM32器件的細(xì)節(jié)信息當(dāng)前第4頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.1STM32性能和結(jié)構(gòu)

總體性能以高密度的STM32F103VET6為例，能適合一般項(xiàng)目的需要，價(jià)格在30元以下，避免由于FLASH和RAM太小造成的瓶頸。VET6的含義為：V的含義為100pins,即100個(gè)管腳。E表示512KB的FLASH。T表示LQFP封裝。6表示-40到85度的溫度范圍。當(dāng)前第5頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.1STM32性能和結(jié)構(gòu)

1.1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

當(dāng)前第6頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.1STM32性能和結(jié)構(gòu)

1.1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

(1)Cortex-M3CPU所在之處，是司令部是大腦。(2)總線矩陣

(3)FLASH通過(guò)FLASH接口連接CPU。

(4)靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAM通過(guò)總線矩陣連接CPU。

(5)復(fù)位和時(shí)鐘控制RCC。

(6)低速APB1外設(shè)。(7)低速APB2外設(shè)。(8)可變靜態(tài)存儲(chǔ)控制器FSMC。

(9)DMA通道。

當(dāng)前第7頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.1STM32性能和結(jié)構(gòu)

1.1.3芯片封裝和管腳概述

當(dāng)前第8頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.2CortexM3處理器

1.2.1Cortex-M3的定位和應(yīng)用

從圖可見(jiàn)，嵌入式處理器核CortexM3，容量(Capability)和執(zhí)行功能(PerformanceFunctionality)都居中，但其性價(jià)比是當(dāng)今最好的品種之一，也是現(xiàn)在最流行的品種之一。

當(dāng)前第9頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.2CortexM3處理器

1.2.2Cortex-M3處理器結(jié)構(gòu)

當(dāng)前第10頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.2CortexM3處理器

1.2.2Cortex-M3處理器結(jié)構(gòu)

當(dāng)前第11頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.2CortexM3處理器

1.2.3Cortex-M3寄存器

當(dāng)前第12頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.2CortexM3處理器

1.2.3Cortex-M3寄存器

當(dāng)前第13頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.2CortexM3處理器

1.2.3Cortex-M3寄存器

特殊功能寄存器當(dāng)前第14頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.2CortexM3處理器

1.2.3Cortex-M3寄存器

當(dāng)前第15頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.2CortexM3處理器

1.2.4堆棧

當(dāng)前第16頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.2CortexM3處理器

1.2.4堆棧

當(dāng)前第17頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.3STM32存儲(chǔ)地址映射存儲(chǔ)地址映射P12圖1-7當(dāng)前第18頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.3STM32存儲(chǔ)地址映射

當(dāng)前第19頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.3STM32存儲(chǔ)地址映射代碼分析，P13代碼1-2到1-6說(shuō)明如何訪問(wèn)串口寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)到串口當(dāng)前第20頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.4引腳功能描述引腳功能來(lái)源于數(shù)據(jù)手冊(cè)，注意復(fù)用功能當(dāng)前第21頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.6復(fù)位和時(shí)鐘控制RCC

復(fù)位分三種形式，電源復(fù)位、系統(tǒng)復(fù)位和備份區(qū)域復(fù)位。1.6.1復(fù)位當(dāng)前第22頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.6復(fù)位和時(shí)鐘控制RCC

通常，STM32主頻在72M,而外時(shí)鐘選擇8M，因此必須通過(guò)倍頻獲得。時(shí)鐘源當(dāng)前第23頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.6復(fù)位和時(shí)鐘控制RCC

時(shí)鐘樹(shù)圖解了各個(gè)設(shè)備時(shí)鐘的來(lái)源。參考P19頁(yè)圖1-11STM32時(shí)鐘樹(shù)。問(wèn)題：STM32定時(shí)器1是APB2外設(shè)，請(qǐng)從晶振開(kāi)始，分析器定時(shí)器1時(shí)鐘的來(lái)源。那么定時(shí)器2呢？當(dāng)前第24頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.7輸入輸出端口GPIO

常規(guī)輸入輸出GPIO

GPIO是可編程輸入/輸出端口當(dāng)前第25頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.7輸入輸出端口常規(guī)輸入輸出GPIO

GPIO端口的模式模式是輸入浮空，為什么這樣設(shè)計(jì)？當(dāng)前第26頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.7輸入輸出端口GPIO

1.7.2GPIO復(fù)用可以將具有復(fù)用功能的引腳的功能進(jìn)行重新配置，例如配置一些管腳為ADC的管腳，這些管腳就不能再作為GPIO使用。這個(gè)過(guò)程叫做復(fù)用重映射。

8個(gè)ADC通過(guò)的選擇過(guò)程P21-22。

問(wèn)題：根據(jù)P21表1-7，如果需要選擇一個(gè)引腳做ADC輸入引腳，可以選擇哪個(gè)引腳呢？為什么？當(dāng)前第27頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.8模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器

模-數(shù)轉(zhuǎn)換器1.模數(shù)轉(zhuǎn)換器框圖分析P23圖1-13。2.常規(guī)通道和注入通道。3.參考源。當(dāng)前第28頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.8模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器

數(shù)-模轉(zhuǎn)換器1.數(shù)模轉(zhuǎn)換器框圖分析P24圖1-15。2.參考源。3.信號(hào)發(fā)生器功能。當(dāng)前第29頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.9中斷中斷處理的優(yōu)越性現(xiàn)實(shí)生活中的中斷的例子中斷嵌套，現(xiàn)實(shí)生活中的中斷嵌套STM32的先占優(yōu)先級(jí)和從優(yōu)先級(jí)嵌入式操作系統(tǒng)與中斷的關(guān)系當(dāng)前第30頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.9中斷

1.9.1STM32的中斷通道和中斷向量處理1.STM32中斷通道。表1-8中的中斷通道分析2.啟動(dòng)代碼設(shè)置中斷向量表代碼1-7分析3.復(fù)位中斷的處理代碼1-8分析當(dāng)前第31頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.9中斷

1.9.2STM32外部中斷STM32外部中斷的來(lái)源。分析P29圖1-16,說(shuō)明全部中斷輸入線的來(lái)源。是否可以用PA0和PB0同時(shí)作為外部中斷？是否可以用PA0和PB1同時(shí)作為外部中斷？為什么？當(dāng)前第32頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.9中斷

1.9.3STM32中斷優(yōu)先級(jí)分組優(yōu)先級(jí)越高，數(shù)值越低！搶占優(yōu)先級(jí)相同的任務(wù)，響應(yīng)優(yōu)先級(jí)高的先響應(yīng)，但不能互相搶占；搶占優(yōu)先級(jí)不同的，可以搶占低優(yōu)先級(jí)的CPU。分析P30串口串口和按鍵中斷的例子，假設(shè)將優(yōu)先級(jí)互換會(huì)產(chǎn)生什么樣的結(jié)果呢？當(dāng)前第33頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.10直接存儲(chǔ)器存取DMA直接存儲(chǔ)器存取(DMA)用來(lái)提供在外設(shè)和存儲(chǔ)器之間或者存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器之間的高速的無(wú)需CPU干預(yù)的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)前第34頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.10DMA

1.10.1DMA解析1.圖1-17DMA框圖解析2.從內(nèi)存到外設(shè)或從外設(shè)到內(nèi)存的DMA傳輸。3.傳輸申請(qǐng)和仲裁。當(dāng)前第35頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.10DMA

1.10.2DMA通道和請(qǐng)求1.DMA通道分配 P32表1-10和表1-112.仲裁機(jī)制的作用和功能。3.通道號(hào)和優(yōu)先級(jí)。

P33圖1-18.當(dāng)前第36頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.11定時(shí)器

1.11.1系統(tǒng)滴答定時(shí)器SysTick1.SysTic定時(shí)器的位置和功能2.SysTic定時(shí)器的4個(gè)寄存器表1-12表1-153.SysTic定時(shí)器編程（寄存器級(jí)別）。

P36代碼1-10.4.SysTic定時(shí)器編程（庫(kù)函數(shù)級(jí)別）。

P36代碼1-11.

庫(kù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)原理P36代碼1-12

當(dāng)前第37頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.11定時(shí)器

1.11.2STM32常規(guī)定時(shí)器STM32的常規(guī)定時(shí)器分為三類(lèi)，包括1.高級(jí)控制定時(shí)器TIM1和TIM82.通用定時(shí)器TIM2、TIM3、TIM4、TIM53.基本定時(shí)器TIM6、TIM7三種定時(shí)器功能P39表1-16

當(dāng)前第38頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.12同步串行口SPI和I2C

1.12.1SPI串行外設(shè)接口SPI(SerialPeripheralInterface)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信、交換信息。

常SPI通過(guò)4個(gè)引腳與外部器件相連：當(dāng)前第39頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.12同步串行口SPI和I2C

1.12.1SPISPI時(shí)鐘周期在一個(gè)SPI時(shí)鐘周期內(nèi)，會(huì)完成如下操作：1)主機(jī)通過(guò)MOSI線發(fā)送1位數(shù)據(jù)，從機(jī)通過(guò)該線讀取這1位數(shù)據(jù)；2)從機(jī)通過(guò)MISO線發(fā)送1位數(shù)據(jù)，主機(jī)通過(guò)該線讀取這1位數(shù)據(jù)。這個(gè)SPI時(shí)鐘周期，就是SCK信號(hào)的時(shí)鐘周期。因此，該時(shí)鐘的頻率決定了SPI的傳輸速率。SPI主從模式SPI接口支持多從機(jī)模式，如圖1-19.當(dāng)前第40頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.12同步串行口SPI和I2C

1.12.1SPISPI框圖分析當(dāng)前第41頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.12同步串行口SPI和I2C

1.12.1SPISPI波形圖當(dāng)前第42頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.12同步串行口SPI和I2C

1.12.2I2C

1.I2C總線是一個(gè)多主機(jī)的總線。這就是說(shuō)可以連接多于一個(gè)能控制總線的器件到總線。主機(jī)通常是微控制器，例如STM32。考慮數(shù)據(jù)在兩個(gè)連接到I2C總線的微控制器及三個(gè)I2C外設(shè)之間傳輸?shù)那闆r如圖P43頁(yè)1-22：當(dāng)前第43頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.12同步串行口SPI和I2C

1.12.2I2C當(dāng)前第44頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.12同步串行口SPI和I2C

1.12.2I2C當(dāng)前第45頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.12同步串行口SPI和I2C

1.12.2I2C當(dāng)前第46頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.12同步串行口SPI和I2C

1.12.2I2C當(dāng)前第47頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.13同步異步收發(fā)器USART當(dāng)前第48頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.13同步異步收發(fā)器USART

當(dāng)前第49頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.13同步異步收發(fā)器USART

當(dāng)前第50頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.14靈活的FSMC

1.14.1FSMC概述當(dāng)前第51頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.14靈活的FSMC

1.14.1FSMC概述當(dāng)前第52頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.14靈活的FSMC

1.14.1FSMC概述當(dāng)前第53頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.14靈活的FSMC

1.14.1FSMC概述當(dāng)擴(kuò)展存儲(chǔ)器的時(shí)候，F(xiàn)SMC可以將外部存儲(chǔ)器劃分為256MB的連續(xù)的4個(gè)存儲(chǔ)塊，如1.28所示。當(dāng)前第54頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期二\20點(diǎn)1.14靈活的F