《stm自學(xué)筆記》課件

STM自學(xué)筆記本筆記旨在幫助初學(xué)者學(xué)習(xí)STM32微控制器，深入理解其工作原理、編程技巧、實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目等。STM是什么？1微控制器STM32系列是意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）推出的32位ARMCortex-M內(nèi)核微控制器。2功能強(qiáng)大STM32微控制器擁有豐富的片上外設(shè)，例如GPIO、ADC、DAC、定時(shí)器、串行通信接口等。3應(yīng)用廣泛STM32微控制器在各種領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，包括工業(yè)自動(dòng)化、消費(fèi)電子、醫(yī)療設(shè)備等。4易于使用STM32微控制器擁有強(qiáng)大的開發(fā)工具和豐富的資源，開發(fā)者可以輕松上手。STM的基本原理微控制器內(nèi)核STM32微控制器使用ARMCortex-M內(nèi)核，提供強(qiáng)大的處理能力和低功耗性能。存儲(chǔ)器系統(tǒng)STM32擁有多種類型的存儲(chǔ)器，包括閃存、SRAM和外設(shè)存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)程序、數(shù)據(jù)和配置信息。豐富的外設(shè)STM32集成了各種外設(shè)，例如GPIO、定時(shí)器、ADC、DAC、USART、SPI和I2C，滿足各種應(yīng)用場(chǎng)景的需求。中斷機(jī)制STM32支持多種中斷源，允許快速響應(yīng)外部事件，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和效率。STM的硬件組成微控制器核心STM32微控制器包含一個(gè)ARM內(nèi)核，負(fù)責(zé)執(zhí)行指令和控制系統(tǒng)。存儲(chǔ)器包括閃存、SRAM和EEPROM，用于存儲(chǔ)程序、數(shù)據(jù)和配置信息。時(shí)鐘系統(tǒng)提供內(nèi)部和外部時(shí)鐘源，用于控制微控制器的運(yùn)行速度和時(shí)間。外設(shè)包括GPIO、ADC、DAC、定時(shí)器、串行接口等，用于與外部世界交互。STM的寄存器結(jié)構(gòu)STM32微控制器包含各種寄存器，用于配置和控制其內(nèi)部外設(shè)以及管理系統(tǒng)操作。每個(gè)寄存器都分配了一個(gè)唯一的地址，通過(guò)寫入或讀取這些地址，可以訪問(wèn)和修改寄存器的值。寄存器結(jié)構(gòu)是STM32編程的基礎(chǔ)，了解各個(gè)寄存器的功能和用途是進(jìn)行開發(fā)的關(guān)鍵。160寄存器STM32微控制器擁有超過(guò)160個(gè)寄存器，每個(gè)寄存器控制一個(gè)特定的功能。32位數(shù)據(jù)位大多數(shù)寄存器都是32位寬，可以存儲(chǔ)一個(gè)32位的整數(shù)值。地址內(nèi)存地址每個(gè)寄存器都分配了一個(gè)唯一的內(nèi)存地址，方便程序訪問(wèn)和修改。結(jié)構(gòu)化結(jié)構(gòu)化STM32寄存器以結(jié)構(gòu)化方式組織，方便程序員理解和操作。STM的中斷機(jī)制1中斷請(qǐng)求當(dāng)外部事件發(fā)生，比如按鍵按下或數(shù)據(jù)接收完成時(shí)，會(huì)向STM32產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求。2中斷處理STM32檢測(cè)到中斷請(qǐng)求后，會(huì)將當(dāng)前正在執(zhí)行的程序暫停，并跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)中斷服務(wù)程序（ISR）執(zhí)行。3中斷返回中斷服務(wù)程序執(zhí)行完后，會(huì)返回到之前暫停的程序繼續(xù)執(zhí)行，確保程序的正常運(yùn)行。程序流程控制1跳轉(zhuǎn)指令改變程序執(zhí)行流程，例如：跳轉(zhuǎn)到指定地址，執(zhí)行子程序等。2循環(huán)指令重復(fù)執(zhí)行一段程序，例如：while循環(huán)，for循環(huán)等。3條件分支指令根據(jù)條件判斷選擇不同的執(zhí)行路徑，例如：if語(yǔ)句，switch語(yǔ)句等。STM32微控制器提供豐富的程序流程控制指令，包括跳轉(zhuǎn)指令、循環(huán)指令和條件分支指令，可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的程序邏輯。掌握這些指令的使用方法，可以編寫出高效簡(jiǎn)潔的代碼，實(shí)現(xiàn)各種功能。程序入口和退出程序入口STM32程序通常從一個(gè)名為“main”的函數(shù)開始執(zhí)行。主函數(shù)作為程序的起點(diǎn)，負(fù)責(zé)初始化系統(tǒng)，并調(diào)用其他函數(shù)來(lái)完成具體任務(wù)。程序退出STM32程序通常不會(huì)主動(dòng)退出，而是會(huì)一直運(yùn)行，直到遇到異常情況或外部中斷導(dǎo)致程序停止。在一些特殊情況下，程序可以調(diào)用函數(shù)退出循環(huán)，例如在程序調(diào)試階段。程序循環(huán)STM32程序通常在一個(gè)無(wú)限循環(huán)中運(yùn)行，不斷地檢測(cè)外部事件，執(zhí)行相應(yīng)的操作，并控制外設(shè)。數(shù)據(jù)類型和運(yùn)算基本數(shù)據(jù)類型STM32支持多種基本數(shù)據(jù)類型，包括字符型、整型、浮點(diǎn)型等。這些數(shù)據(jù)類型用于存儲(chǔ)和處理各種數(shù)據(jù)，例如傳感器數(shù)據(jù)、控制指令等。運(yùn)算符STM32提供豐富的運(yùn)算符，包括算術(shù)運(yùn)算符、邏輯運(yùn)算符、位運(yùn)算符等。利用這些運(yùn)算符，可以進(jìn)行各種數(shù)學(xué)計(jì)算、邏輯判斷和位操作。運(yùn)算優(yōu)先級(jí)運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)決定了表達(dá)式中運(yùn)算的順序。了解運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)有助于正確理解和編寫程序。數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換在程序中，有時(shí)需要將一種數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換為另一種數(shù)據(jù)類型。例如，將整型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)，或者將字符型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為整型數(shù)據(jù)。STM的GPIO管腳GPIO(GeneralPurposeInput/Output)是STM32微控制器中常用的外設(shè)之一。GPIO管腳可以配置成輸入、輸出、復(fù)用等多種模式，用于控制外設(shè)、讀取外部信號(hào)等。STM32微控制器通常包含多個(gè)GPIO端口，每個(gè)端口都有多個(gè)管腳。每個(gè)管腳都有自己的編號(hào)，可以根據(jù)需要進(jìn)行配置和使用。GPIO初始化和控制1配置GPIO模式GPIO管腳可以配置為輸入、輸出或其他模式2設(shè)置GPIO方向設(shè)置為輸入或輸出3配置GPIO速率設(shè)定GPIO的響應(yīng)速度4配置GPIO上拉/下拉電阻防止GPIO懸空GPIO初始化是STM32程序開發(fā)的第一步，需要對(duì)每個(gè)用到的GPIO管腳進(jìn)行配置，包括模式、方向、速度和上拉/下拉電阻等。通過(guò)初始化，可以將GPIO管腳設(shè)定為輸入、輸出或其他功能，并根據(jù)需要設(shè)置其他參數(shù)。ADC模塊的使用ADC模塊概述STM32的ADC模塊用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，廣泛應(yīng)用于溫度、光照強(qiáng)度、電壓等參數(shù)的測(cè)量。ADC轉(zhuǎn)換步驟配置ADC模塊參數(shù)啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果用戶可以通過(guò)配置采樣率、分辨率、轉(zhuǎn)換模式等參數(shù)來(lái)滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)景。DAC模塊的使用數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換DAC模塊將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電壓輸出，用于控制模擬電路或生成音頻信號(hào)。配置和控制通過(guò)配置DAC的寄存器，可以設(shè)置輸出電壓的范圍、分辨率和工作模式。輸出信號(hào)DAC模塊可以產(chǎn)生三角波、正弦波等多種波形，并通過(guò)相應(yīng)的硬件接口輸出。定時(shí)器模塊概述STM32微控制器內(nèi)置多個(gè)定時(shí)器模塊，可用于精確計(jì)時(shí)、產(chǎn)生脈沖信號(hào)、控制外部設(shè)備等。定時(shí)器模塊通過(guò)計(jì)數(shù)器和比較器實(shí)現(xiàn)，支持多種工作模式，包括基本定時(shí)器、PWM定時(shí)器、捕獲/比較定時(shí)器等。定時(shí)器模塊可獨(dú)立工作，也可與其他模塊協(xié)同工作，例如與DMA模塊配合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，與GPIO模塊配合實(shí)現(xiàn)外部設(shè)備控制。定時(shí)器的計(jì)時(shí)功能定時(shí)器配置首先需要配置定時(shí)器，包括選擇時(shí)鐘源、分頻系數(shù)、預(yù)分頻系數(shù)等，確定定時(shí)器的計(jì)數(shù)頻率。計(jì)數(shù)過(guò)程定時(shí)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)定時(shí)器中斷，通知程序進(jìn)行相應(yīng)的操作。中斷處理程序收到中斷信號(hào)后，會(huì)跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序，執(zhí)行與定時(shí)器相關(guān)的任務(wù)，例如計(jì)數(shù)器清零或更新等。定時(shí)器的PWM輸出1PWM簡(jiǎn)介脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種通過(guò)改變占空比來(lái)控制電壓輸出的一種技術(shù)。STM32的定時(shí)器可以用來(lái)生成PWM信號(hào)。2PWM設(shè)置設(shè)置定時(shí)器的預(yù)分頻器、重載值和比較值，可以控制PWM信號(hào)的頻率、占空比和極性。3PWM應(yīng)用PWM信號(hào)廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制、LED調(diào)光、音頻信號(hào)生成等領(lǐng)域。串行通信概述串行通信串行通信是一種數(shù)據(jù)傳輸方式，數(shù)據(jù)以一位一位的方式發(fā)送。在微控制器中，UART（通用異步收發(fā)器）是實(shí)現(xiàn)串行通信的常用模塊。串行通信接口串行通信通常使用專用接口，如RS-232或RS-485，用于連接不同的設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸格式串行數(shù)據(jù)傳輸包含起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位。這些位用于同步數(shù)據(jù)傳輸和確保數(shù)據(jù)完整性。USART的收發(fā)功能1初始化配置波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位等。2發(fā)送數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖區(qū)。3接收數(shù)據(jù)從接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。4中斷處理接收或發(fā)送完成時(shí)觸發(fā)中斷。USART模塊可實(shí)現(xiàn)串行通信，常用作與PC或其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。通過(guò)配置USART模塊，可以實(shí)現(xiàn)不同通信參數(shù)的靈活設(shè)置，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需要。SPI總線通信概述SPI是一種同步串行通信協(xié)議，主要用于微控制器和其他外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸。工作原理它使用四根信號(hào)線：SCK(時(shí)鐘)，MOSI(主設(shè)備輸出，從設(shè)備輸入)，MISO(主設(shè)備輸入，從設(shè)備輸出)，SS(片選)。通信過(guò)程主設(shè)備通過(guò)SCK信號(hào)線控制數(shù)據(jù)傳輸，MOSI傳輸數(shù)據(jù)給從設(shè)備，MISO傳輸數(shù)據(jù)給主設(shè)備，SS用于選擇特定從設(shè)備。應(yīng)用場(chǎng)景SPI常用于外設(shè)通信，例如傳感器、存儲(chǔ)器、顯示屏等。I2C總線通信1I2C協(xié)議雙線串行通信協(xié)議2SDA和SCL數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線3主控器發(fā)起通信請(qǐng)求4從器響應(yīng)主控器I2C是雙線串行通信協(xié)議，使用SDA和SCL數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線。主控器發(fā)起通信請(qǐng)求，從器響應(yīng)主控器。DMA的基本使用11.簡(jiǎn)介DMA（直接內(nèi)存訪問(wèn)）允許外設(shè)直接訪問(wèn)系統(tǒng)內(nèi)存，無(wú)需CPU中介。22.優(yōu)點(diǎn)DMA提高數(shù)據(jù)傳輸效率，減輕CPU工作負(fù)擔(dān)。33.步驟配置DMA控制器，設(shè)置源地址、目標(biāo)地址、傳輸大小等參數(shù)。44.應(yīng)用DMA常用于外設(shè)數(shù)據(jù)傳輸，如ADC、SPI、I2C等。外設(shè)電源管理電源管理概述電源管理是STM32微控制器的重要功能，它可以有效地降低功耗，延長(zhǎng)電池壽命。電源模式STM32支持多種電源模式，例如運(yùn)行模式、睡眠模式、待機(jī)模式、停機(jī)模式等，可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的模式。電源控制通過(guò)配置電源控制寄存器，可以控制不同外設(shè)的電源供電，例如GPIO、ADC、USART等。低功耗技巧使用低功耗模式、關(guān)閉不必要的模塊、優(yōu)化代碼邏輯等方法可以有效降低功耗。系統(tǒng)時(shí)鐘管理時(shí)鐘源選擇STM32支持多種時(shí)鐘源，例如內(nèi)部高速RC振蕩器、外部晶體振蕩器、外部時(shí)鐘源等。時(shí)鐘頻率配置可以根據(jù)應(yīng)用程序需求設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，以優(yōu)化系統(tǒng)性能和功耗。時(shí)鐘分頻器通過(guò)分頻器可以將高速時(shí)鐘源轉(zhuǎn)換為不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)不同的外設(shè)模塊。時(shí)鐘樹STM32的時(shí)鐘樹是一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，用于分配不同外設(shè)模塊所需的時(shí)鐘信號(hào)。低功耗模式介紹休眠模式(SleepMode)STM32芯片進(jìn)入休眠模式，消耗更低功率，僅保留必要功能。停止模式(StopMode)STM32芯片停止模式，幾乎所有外設(shè)都被關(guān)閉，只保留RTC。待機(jī)模式(StandbyMode)STM32芯片待機(jī)模式，所有外設(shè)都關(guān)閉，僅保留備份域，功耗最低。編程方法和技巧11.理解STM32架構(gòu)深入理解STM32芯片的架構(gòu)、外設(shè)和寄存器。22.使用Keil開發(fā)環(huán)境熟練使用Keil軟件進(jìn)行STM32程序編寫、編譯和調(diào)試。33.掌握匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)了解匯編語(yǔ)言的基本語(yǔ)法和指令，在需要時(shí)可以進(jìn)行底層優(yōu)化。44.理解中斷機(jī)制充分利用中斷機(jī)制來(lái)提高程序效率，處理實(shí)時(shí)事件。調(diào)試工具和技巧開發(fā)環(huán)境使用STM32CubeIDE等集成開發(fā)環(huán)境，提供代碼編輯、編譯、調(diào)試等功能。調(diào)試器使用ST-LINK等調(diào)試器，連接目標(biāo)板，進(jìn)行在線調(diào)試。邏輯分析儀用于分析信號(hào)波形，幫助理解程序執(zhí)行流程。示波器用于觀察信號(hào)的幅值、頻率和波形，幫助定位問(wèn)題。項(xiàng)目實(shí)例演示通過(guò)實(shí)際案例演示STM32的應(yīng)用，例如基于STM32開發(fā)的智能家居控制系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備、醫(yī)療儀器等等。項(xiàng)目實(shí)例可以幫助學(xué)習(xí)者更好地理解STM32的應(yīng)用場(chǎng)景和開發(fā)流程，并提高動(dòng)手實(shí)踐能力。常見(jiàn)問(wèn)題解答常見(jiàn)問(wèn)題解答主要圍繞STM32微控制器的應(yīng)用、開發(fā)、調(diào)試等方面展開，涵蓋了初學(xué)者到有一定經(jīng)驗(yàn)的用戶可能會(huì)遇到的困惑。例如：如何選擇合適的STM32系列芯片？如何進(jìn)行GPIO管腳的配置？如何利用定時(shí)器模塊實(shí)現(xiàn)PWM輸出？如何解決程序調(diào)試中的常見(jiàn)錯(cuò)誤？在問(wèn)答過(guò)程中，我們將結(jié)合實(shí)際案例和代碼示例，幫助用戶更深入地理解STM32的應(yīng)用原理和開發(fā)流程。同時(shí)，我們也會(huì)提供一些常用的學(xué)習(xí)資源和開發(fā)工具，方便用戶快速上手STM32的學(xué)習(xí)和開發(fā)。學(xué)習(xí)資源推薦官方網(wǎng)站STMicroelectronics官網(wǎng)提供豐富的STM32資源，包括產(chǎn)品文檔、開發(fā)工具、應(yīng)用筆記等。用戶可以在官網(wǎng)上找到各種STM32芯片的詳細(xì)資料，以及相關(guān)的開發(fā)工具和軟件。社區(qū)論壇在STM32社區(qū)論壇上，用戶可以與其他開發(fā)者交流經(jīng)驗(yàn)，解決問(wèn)題，獲得幫助。論壇上有很多技術(shù)文章、代碼示例和項(xiàng)目案例，