湖南大學 嵌入式開發(fā)與應用（張自紅）教案

課程教案1

周次：第一周教學班級：3*|教學地點：***時間：***年**月**日

課時安排：4學時教學課型：型論課E實驗課口習題課口實踐?？谄渌?/p>

題目（教學章、節(jié)或主題）

第1章STM32簡介

1.1意法半導體概述

1.2STM發(fā)展歷程

1.2.1超低功耗ARMCortex?-M3微控制器

1.2.2超低功耗ARMCortcx?-MO微控制器

1.3MCU主要發(fā)展方向

1.4STM32生態(tài)系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)

1.5如何學習STM32

1.6程序下載器

教學重點：

1、M3微控制器、M0微控制器的性能與區(qū)別

2、ARM發(fā)展方向

3、STM32生態(tài)系統(tǒng)

4、STM32學習方法

教學難點：

1、STM32生態(tài)系統(tǒng)

2、STM32學習方法

教學方式、手段、媒介：

教學方式：講授

手段、媒介：多媒體、板書、現(xiàn)場開發(fā)板演示

教學內(nèi)容：

1、STM發(fā)展歷程

2007-2018,量產(chǎn)11個系列

首個低功耗苜個高性能人款超低功超低力杼皿=：i

Cortex-MM4/168MHz起體切就M4方向

首個首個高性能入門繳0首個9tex-H7核心+L4核

Cortex-M120MHz/90nmM0內(nèi)核M7核心心

200720092010201120122013201420152016-20172018

STM發(fā)展歷程

蕃?Cortex-A15

SCortex-A9

?Cortex-A8..>高悻能實

?ARMU?Cortex-R4F

?Cortex_R4

?ARM9ESCortex-M4應用

■■..■

SCortex_M3

?ARM7TDMI?Cortex-Mi?Cortex-N0

200320052009未來

2、超低功耗ARMCortex?-M3、MO微控制器

3、如何學習STM32

初學入門，最好選用庫開發(fā)，庫里面有大量的示例代碼。STM32現(xiàn)在學習資料很多，

教程也很多。選用一家的代碼作為參考即可。先運行程序看效果，然后根據(jù)教程理解代碼

的實現(xiàn)原理。

庫開發(fā)還是寄存器開發(fā)？這是初學者學習STM32最常遇到的問題，之前在學習51等

單片機的時候基本上用的寄存器開發(fā)，由于STM32過于龐大，最好采用庫開發(fā)。把這個內(nèi)

容學完后，可以用寄存器驗證一下即可，沒必要花大量的時間。如果有時間，建議把時間

花在嵌入式系統(tǒng)學習上，比如ucos、freeOS等。

4、程序下載器

J-Link.U-Link.ST-Link、JTAG、SWD都是下載器用到的術語。首先這幾個可以分為

兩類，JTAG、SWD是兩種仿真模式，而j-Link、U-Link、ST-Link都是仿真器件，一般的

這幾個仿真器件后面都有JTAG接口。

JTAG：（JointTestActionGroup聯(lián)合測試行動小組）是一種國際標準測試協(xié)議

（IEEE1149.1兼容），主要用于芯片內(nèi)部測試。現(xiàn)在多數(shù)的高級新品，例如DSP,FPGA都

支持。

SWD；跟JTAG一樣，是一種仿真模式，只不過對比JTAG他有以下的特點。

板書或PPT設計:

1.2sixKJKMV

1.4snwr6叁株

6en^i?RK內(nèi)心了

—tHfttmXMbna?9?KAKrt^CTSM

?u?iai??K^TWRttrm?AMM.a5Mii2Mr豪玲

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AZtXM>JCO.Irt*-39P***■?BBW*SWf?

KHt^c^itxMiiwa',上eitMMxsa.

2020

lHanks

第1?STM32A介關

討論、思考題、作業(yè)：

簡述J-Link、U-Link.ST-Link.JTAG、SWD功能及其作用。

參考書目：

1、《STM32庫開發(fā)實戰(zhàn)指南》劉火良，機械工業(yè)出版社。2014g4月

2、正點原子論壇：www.openedv.com

3、野火論壇：www.firebbs.com

課程教案2

周次：第二周教學班級：***|教學地點：***時間：***年**月**日

課時安排：4學時教學課型：理論課E實驗課口習題課口實踐課口其它口

題目（教學章、節(jié)目在題）

第2章STM32系統(tǒng)￡吉構

2.1STM32命名規(guī)則及選型

2.2Cortex概述

2.2.1ARM處理器架構發(fā)展

2.2.2Cortex-M3結構

2.2.3STM32F1高中低密度結構

2.2.4STM32F1工作模式

2.2.5CM3存儲器映射及位帶技術

2.3Cortex微控制器軟件接口標準

2.4Cortex微控制器最小系統(tǒng)

2.4.1封13類型和PCB封裝

2.4.2電費

2.4.3復位電路

2.4.4STM32外部內(nèi)部強蕩器

2.4.5啟勾b引腳和在線編程

2.5實驗板原型

教學重點：

1、STM32命名規(guī)則及選型

2、Cortex-M3結構

3、STM32F1工作模式

4、CM3存儲器映射及位帶技術

5、微控制器最小系統(tǒng)設計方法

6、啟動引腳和在線編程

教學難點：

1、CM3存儲器映射及位帶技術

教學方式、手段、媒介：

教學方式：講授

手段、媒介：多媒體、板書、現(xiàn)場開發(fā)板演示

教學內(nèi)容：

1、STM32命名規(guī)則及選型

STM32F103xx是一個完整的系列，其成員之間是完全地腳對腳兼容，軟件和功能上也

兼容。STM32F103xC.STM32F103xD和STM32F103xE增強型系列使用高性能的ARM*Cortex

?-M32位的RISC內(nèi)核，工作頻率為72MHz,內(nèi)置高速存儲器（高達512K字節(jié)的閃存和64K

字節(jié)的SRAM）,豐富的增強I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設。所有型號的器件都包

含12位的ADC、通用16位定時器和PWM定時器，還包含標準和先進的通信接口：I2C接

口、SPI接口、12s接口、SDI0接口、USART接口、USB接口和CAN接口，它們根據(jù)分裝

的不同，該部分通信接口數(shù)量有所不同。

CBT6

ST鼻牌32位MCU包裝方式：

產(chǎn)品類型：TR:^6）XXX:盤裝

L:低電壓（165-36V）j內(nèi)部代碼：

F：類型中FOxx和F1xx系歹忱2g3.6V.A：48/32M封裝,Blank：2820腳時裝

FZofOF4xx系列為1S3.6V,溫度苑例：

君支系統(tǒng)芯片開發(fā)版

W:6:-40-85X;（工颯.7：-40-105V（工業(yè)級）

產(chǎn)鼻子系列________________________________

封裝：

050:ARMCOflexM）內(nèi)核j051:ARMCortex-MO內(nèi)核j

T:LQFPjH：BGA>U:VFQFPNjY:WLCSP/WLCSP64j

100:ARMC0flex-M3FW,超fflSb

101;ARMC0rtex-M3f*rtg,基本31；Figh存存容量：

102:ARMC0flex-M3fW,USBg本型；4：16KBflash（d'Bl）:6：32KBflash（小容量）;8：64K0nasn（中容量》

103:ARMC0flex-M3F*rtg,鶴型；B:128KBflash（中容*）：C:256KBflash（大容,）；D:384KBflash（大百,）

105：ARMCortex-M3f*rtg,US8互收租；E:512KBflash（大容量）；F：768KBflash（大奪量）:G：iMKBnasn（大容量）

107：ARMCortex*l3內(nèi)核，USS互聯(lián)巡、以太兩酎ffwa：

108：ARMCortex~3雌，EEE8O21540）F：20PIN；G:2SP?0K:32PINjT:36P?0H；40PIN>C:48P1N,U:63ANj

151:ARMCortex-M3FW>襁LCDjR;64P1N）Os90P1N,Vs100PINQ:132PIN,Z:144PIN;I:176P1N,

152/162:ARMC0rtex-M3F*}U,帶LCDj

205/207:ARMCOftex-M30H5,不加密模塊

215/217：ARMC0rtex-M3^,加密模塊

405/407;ARMCOflex-M4FM5,不加軍稅塊

基本功能STH32FIO7

最高512K字節(jié)Flash

2-5XUSART

STH32FI05

1-3XSPI

省略

1-2XHC

2-4X16位定時器

主振蕩小

RC振蕩器32kHz+8MHz

2X后門狗

RST復位/電壓檢洪

7-12通道DMASTM32FI01

（36M1IZA（16K字節(jié)、（1個12位、

80%通用10ICPU八SRXM人ADCJ

sYumioinoy?

Si

LQKH>4（：0X1O）LQf-T100（14XH）BGAlOOdOX10）L0TH4（2OX20）BGA144（1OX10）

2、Cortex-M3結構

指

取

中

令

寄存器組跟

指

斷

蹤

譯

蹤

NX跟

單

外部中V控

系

I碼

元算術邏輯單元

號

L信

C制

信號統(tǒng)

器

器ALU

存

訪器接口

指令總線存儲熱保護單元MPU

數(shù)據(jù)總線

總線互聯(lián)網(wǎng)絡調(diào)試接口調(diào)試

J：―T--信號

指令存儲器”簪統(tǒng)私有外設

3、STM32F1高中低密度結構

增

強

型

4、CM3存儲器映射及位帶技術

CM3有明確的內(nèi)存分配，雖然芯片內(nèi)部有多個內(nèi)部總線,但內(nèi)存映射的地址空間為線

性4G字節(jié)。如圖2.7所示

OiFFFFFFFF

OaiOIOOOOO

OKEDOFFFFF

01￡0040000

OiEOOSHFF

0i6)000000

OiDFFFFFFF

OMAOOOOOOO

0?60000000

OiSFFFFFFF

UX4UUUWUU

OaBFHFFFF

0i20000000

OKWHFFFF

OMOOOOOOOO

計算別名地址的公式如下：

位帶別名區(qū)的地址二位帶別名區(qū)的基地址+位帶字偏移

位帶字偏移二位帶基地址偏移*32+位號*4

這比一開始看起來要容易得多。對于一個實際的例子，GPIO輸出數(shù)據(jù)寄存器被設計

為可以設置和清除單個10線。端口B輸出寄存器的物理地址是0x4C010C0C。在這個例子

中，我們可以使用上面的公式來設置和清除這個字的第8位。

字地址=0x40010C0C

外設位帶基地址=0x40000000

外設位帶別名基地址=0x42000000

位帶基地址偏移=0x40010C0C-0x40000000=10C0C

位帶字偏移=(0xl0C0C*32)十(8*4)=0x2181A0

位別名地址;0x42000000+0x2181A0=0x422181A0

現(xiàn)在，我們可以用下面的C代碼來創(chuàng)建一個指針指向這個地址：

^definePortBbit8(*((volatileunsignedlong*)0x422181A0))

然后，可以使用這個指針來設置和清除10端口位：

PortBbit8=1；//ledon

5、Cortex微控制器最小系統(tǒng)

VOC3

￡然

PAIM

PA2-

PA3割M>然

P\4*PA3PIM

30M黑

PA732PD?

HSOz晨PD8

Ma黑

PA9?

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圖2.16STM32最小系統(tǒng)

6、啟動引腳和在線編程

1、啟動引腳

系統(tǒng)有三種啟動方式：用戶閃存，系統(tǒng)存儲器/ISP和SRAM,如表2.4所示。正常啟

動時候，B00T0必須按地。如果采用串口進行程序代碼下載，B00T0需要連接VDD,串口

默認是UASART1,系統(tǒng)內(nèi)部存儲了引導程序代碼，如圖2.10所示，在SystemMemory區(qū)

(0xlFFFF000-0xlFFFF7FF)內(nèi)置ISP在線引導程序。串口下載穩(wěn)定快速，在不需要調(diào)試

的情況下，建議使用。原理圖如圖2.16所示。

表2.4三種啟動模式

BOOTOEOOT1啟動方式

0X用戶閃存

10系統(tǒng)存儲器/ISP

11內(nèi)嵌SRAM

2、在線編程

STM32調(diào)試器支持兩種連接標準：五針JTAG端口和2針Cortex串行端口。這兩種配

置中都需要犧牲GPIO引腳被調(diào)試器使用。復位后，CortexCPU將默認打開這些引腳的復

用功能，以便于調(diào)試。如果需要當作10接口使用，必須對復用功能寄存器進行設置，將

它們轉換回GPI0引腳。五針JTAG接口采用一個20針I(yè)DC連接器，支持所有標準的JTAG

工具。串行線接口采用PA13作為串行時鐘和PA14端口作為串行數(shù)據(jù)，如圖2.18所示。

圖2.18JTAG調(diào)試接口

SWD調(diào)試接口如圖2.16所示。具有下載方便、?價格便宜，攜帶也方便。

板書或PPT設計:

討論、思考題、作業(yè)：

說出STM32時鐘源有哪些。

參考書目：

1、《STM32庫開發(fā)實戰(zhàn)指南》劉火良，機械工業(yè)出版社。2014生4月

2、正點原子論壇：www.openedv.com

3、野火論壇：www.firebbs.com

課程教案3

周次：第三周|教學班級：***|教學地點：***時間：***年**月**日

課時安排：4學時|教學課型：理論課E實驗課口習題課口實踐課口其它口

題目及教學章、節(jié)或主題5―

第3章STM32系統(tǒng)的GPIO原理與結構

3.1GPIO接口原理概述

3.2GPIO的基本結構

3.2.1四種輸入模式

3.2.2四種輸出模式

3.2.3GPIO內(nèi)部結構原理

3.3GPIO地址映射

3.4STM32庫函數(shù)對GPIO寄存器封裝

3.4.1端口配置寄存器CRL和CRH

3.4.2端口輸入數(shù)據(jù)寄存器

3.4.3端口輸出數(shù)據(jù)寄存器

3.4.4GPIO寄存器結構封裝

3.4.5GPIO庫函數(shù)

3.5STM32時鐘樹系統(tǒng)

3.6STM32時鐘樹啟動函數(shù)

3.7流水燈開發(fā)實例

3.7.1流水燈的硬件原理圖

3.7.2軟件設計

3.8按鍵開發(fā)實例

3.8.1軟件設計

3.8.2關鍵函數(shù)代碼

3.8.3程序流程

3.8.4程序實驗效果

3.9STM32開發(fā)一般步驟總結

3.10寄存器組起始地址

教學重點；

1、掌握GPIO接口原理

2、掌握GPIO地址映射

3、掌握STM32庫函數(shù)對GPIO寄存器封裝

4、掌握STM32時鐘樹系統(tǒng)

5、掌握流水燈開發(fā)實例

教學難點：

STM32時鐘樹系統(tǒng)工作原理

教學方式、手段、媒介：

教學方式：講授

手段、媒介：多媒體、板書、現(xiàn)場開發(fā)板演示

教學內(nèi)容:

1、GPIO接口原理概述

通用10接口(GeneralPurposeInputs/OutputsInterface,GPIO)是STM32微處

理器非常重要的一種接口，它們具有使用靈活、可配置、多功能等優(yōu)點，它是CPU對外進

行信息接收與發(fā)送的端u,對它的學習與使用，直接關系到整個程序的結果。

STM32的10相比C51單片機而言要復雜的多，所以使用起來困難的多。STM32系列

微處理器最多可以達到7組GPID端口，每組端口有16個10接口。人意個GPIO端口包

括2個32位配置寄存器(GPIOx_CRH和GPIOx_CRL),2個32位數(shù)據(jù)寄存器(輸入數(shù)據(jù)寄

存器GPIOx」DR和輸出數(shù)據(jù)寄存器GPIOx_ODR),l個32位置位/復位寄存器(GPIOx_BSRR),

1個復位寄存器(GPIOx_BRR)以及一個32位鎖定寄存器(GPIOx_LCKR)。

2、GPIO的基本結構

Vdd

模擬信號輸入

開/關CPIO_DeInit

復用功能輸入GPIOJnit

GPIOStructlnit

輸入數(shù)據(jù)寄存5s

GP10_PinRemapConfig

IDRGPIO.EXTILineConfig

GPIO_ReadInp<jtDala

：開/關

GPIO.SetBitsVdd

GPIO_RcsctBitsGPtOx.LCKRGPIO_Pinlx)ckConfig

LCKRI15-0]

GPIO_WriteBitCNFy1.0IMODE1.0CNFy1.0|MODE1.0I/O

CPIO_Writ?

GPI0_EventOutputConfigGPK>x_CRH8,15GPIOxCRL0.7：

GPIO.Even(OutputCad

美

寫入位設置/清除A保護二極管

寄奇器BSRR*a

景a

5。

讀/寫位清除三

舞1推挽/開漏

寄存器BRR

GPIO.ReadOutputOataBit復用功能輸出

GPlO.ReadOutputData

EVCR[MAPR|EXCTR

GPIO.AFIOOelnit

3、GPIO地址映射

FlashttH接口

Cortex-M3

l&

l&

l0g

APB2PERIPHBASE

-0x40010000

/

ADC30X40013C00

8R3A2USAR0X40013800

SPI242T10X40013400

IWDGTIM80X40013000

WWDGSPI10X40012C00

RTCTIM10X40012800

TIM7AOC20X40012400

TIM6AOC10X40012000

TIM5

GPIOG0X40011C000X40010818GPK)A_LCKR

TIM4GPIOF0X400118000X40010814GPfOA_BRR

TIM3

GPlOe0X400114000X40010810GPIOA_BSRR

TIM2GPIOO0X40011000/0X4001080CGPIOA_OOR