stm32-course-old/book/02：STM32的硬件电路/01.md

> [!CAUTION]
>
> 我们用的开发板和书上的不一样，另外开发环境不太一样，因此这一章内容我们主要介绍开发板和开发环境。

# 1. STM32微处理器概述

## 1.1. Cortex-M 家族

![image-20240831110223219](./img/image-20240831110223219.png)

使用ARM Cortex-M 内核，由意法半导体生产的STM32F1系列。STM32被广泛应用于各种消费电子产品、工业控制、汽车领域，有完善的产品线和开发工具。 

## 1.2. STM32F103C8T6

- Arm® 32-bit Cortex ®-M3 CPU core
- Memories
  - 64 or 128 Kbytes of Flash memory 
  - 20 Kbytes of SRAM
- 2x 12-bit, 1 μs A/D converters (up to 16 channels)
- DMA
  - 7-channel DMA controller
  - Peripherals supported: timers, ADC, SPIs,
  - I2Cs and USARTs
- Up to 80 fast I/O ports
- Debug mode – Serial wire debug (SWD) and JTAG
- Seven timers
  - Three 16-bit timers, each with up to 4 IC/OC/PWM or pulse counter and quadrature (incremental) encoder input
  - 16-bit, motor control PWM timer with dead-time generation and emergency stop
  - Two watchdog timers (independent and window)
  - SysTick timer 24-bit downcounter
- Up to nine communication interfaces
  - Up to two I2C interfaces (SMBus/PMBus®)
  - Up to three USARTs (ISO 7816 interface,
  - LIN, IrDA capability, modem control)
  - Up to two SPIs (18 Mbit/s)
  - CAN interface (2.0B Active)
  - USB 2.0 full-speed interface

### 1.2.1. 封装

![image-20240831135822412](./img/image-20240831135822412.png)

### 1.2.2. 芯片引脚（p17）

![image-20240831135846786](./img/image-20240831135846786.png)

- 电源：VDD、VSS；VDDA、VSSA
- 复位：NRST
- 时钟：OSC，高速和低速，高速8M；低速32.768K，主要用于时钟
- 调试：JATG（下面分析开发板时会标出）
- 通用：GPIO



参考资料：

- [如何在STM32中获得最佳ADC精度](<../../STM32官方手册/AN2834 - 如何在STM32中获得最佳ADC精度.pdf>)
- [STM32中文参考手册](../../STM32%E5%AE%98%E6%96%B9%E6%89%8B%E5%86%8C/STM32%E4%B8%AD%E6%96%87%E5%8F%82%E8%80%83%E6%89%8B%E5%86%8C.pdf)
- [STM32CubeIDE入门指南](../../STM32%E5%AE%98%E6%96%B9%E6%89%8B%E5%86%8C/STM32CubeIDE%E5%85%A5%E9%97%A8%E6%8C%87%E5%8D%97.pdf)
- [STM32CubeMX用户手册](../../STM32%E5%AE%98%E6%96%B9%E6%89%8B%E5%86%8C/STM32CubeMX%E7%94%A8%E6%88%B7%E6%89%8B%E5%86%8C.pdf)
- [STM32F1xxHAL库与LL库手册(英文)](../../STM32%E5%AE%98%E6%96%B9%E6%89%8B%E5%86%8C/STM32F1xxHAL%E5%BA%93%E4%B8%8ELL%E5%BA%93%E6%89%8B%E5%86%8C(%E8%8B%B1%E6%96%87).pdf)
- [STM32F10xx硬件开发应用笔记](../../STM32%E5%AE%98%E6%96%B9%E6%89%8B%E5%86%8C/STM32F10xx%E7%A1%AC%E4%BB%B6%E5%BC%80%E5%8F%91%E5%BA%94%E7%94%A8%E7%AC%94%E8%AE%B0.pdf)
- [STM32F103中文参考手册](../../STM32%E5%AE%98%E6%96%B9%E6%89%8B%E5%86%8C/STM32F103%E4%B8%AD%E6%96%87%E5%8F%82%E8%80%83%E6%89%8B%E5%86%8C.pdf)
- [STM32F103C8规格书](../../STM32%E5%AE%98%E6%96%B9%E6%89%8B%E5%86%8C/STM32F103C8%E8%A7%84%E6%A0%BC%E4%B9%A6.pdf)
- [STM32国产替代者](https://www.eeworld.com.cn/mcu/eic676433.html)



# 2. KeysKing开发板

两个刚毕业的大学生做的项目，非常适合教学使用，有丰富的扩展。[有视频教材](https://www.bilibili.com/video/BV12v4y1y7uV/?spm_id_from=333.999.0.0&vd_source=3c8e333d6657680a469ddf0238f01d6a)。

![Alt text](../../%E5%BC%80%E5%8F%91%E6%9D%BF%E8%B5%84%E6%96%99/%E6%8A%98%E9%A1%B5%E5%B0%81%E9%9D%A2%E5%B0%81%E5%BA%95.png)

- 自己负责自己的硬件，损坏需要赔偿
- 每个盒子中有一张表格，请核对表格仔细检查附件
- 领用与归还都需要在表格签字
- 大多情况下不需要使用附件，如果要使用附件，请确保电源不要接错烧板子
- B站有视频，有兴趣的朋友可以看视频做更多的实验

![Alt text](../../%E5%BC%80%E5%8F%91%E6%9D%BF%E8%B5%84%E6%96%99/%E6%8A%98%E9%A1%B5%E5%86%85%E9%9D%A2.png)

## 2.1. 开发板硬件简单解析

[学习板原理图](../../%E5%BC%80%E5%8F%91%E6%9D%BF%E8%B5%84%E6%96%99/%E5%AD%A6%E4%B9%A0%E6%9D%BF%E5%8E%9F%E7%90%86%E5%9B%BE.pdf)

如何看懂电路图？简单，标号一样的就是一样的，或者是相连接的。

### 2.1.1. 供电

![image-20240831141714077](./img/image-20240831141714077.png)

AP2112是一个线性稳压器件，把5V降压成3.3V为MCU供电。因此开发板有两套电压，5V和3.3V，请注意区分。5V电压哪里来？

通过TYPE-C接口，接计算机的USB接口，其中的VBUS就是5V；

![image-20240831142937858](./img/image-20240831142937858.png)

TYPE-C连接到 CH343P （USB转串口），为计算机提供了一个串口，该串口与MCU的PA2、PA3连接，为计算机和开发板的串口建立了通信。

![image-20240831142857969](./img/image-20240831142857969.png)

另外，调试接口的SWD中的VSWD也是计算机USB的5V。

![image-20240831143434835](./img/image-20240831143434835.png)

最后看一下电流防倒灌电路：

![image-20240831143539169](./img/image-20240831143539169.png)

VBUS是TYPE-C的5V，VSWD是调试接口SWD的5V，通过防倒灌电路使得这两路电源都进入AP2112线性稳压的5V端口，为开发板提供3.3V电压。防倒灌电路等效为一个二极管，使得两个5V电源可以不干扰（同时供电）。

### 2.1.2. 时钟和复位

![image-20240831143931440](./img/image-20240831143931440.png)

1的位置是两个时钟，低速（32.768k）和高速(8M)。其中32.768k 是为计时提供精确的脉冲；8M高速通过MCU内部倍频后，可以为MCU内部提供高达72M的核心时钟。

> 为什么需要32.768k的时钟？

2位置是复位电路（低有效），很简单，该端口有个电容，为MCU上电的瞬间提供一个低电位，使得MCU复位；如果按下按钮，该端口被拉低，MCU强制复位。

> 复位电容的工作原理是什么？
>
> 为什么复位会用低电位，而不用高电位复位？



上述是开发板的主要核心电路分析，后面的课程当中对用到的电路进行分析。要学会看电路的原理图。

# 3. 开发环境

[视频:安装stm32CubeIDE](https://www.bilibili.com/video/BV1HM411b78E/?spm_id_from=333.788&vd_source=3c8e333d6657680a469ddf0238f01d6a)

书上介绍的开发环境是Keil开发环境，这个在51中也使用过，但是该软件是属于商业软件，需要购买。因此我们使用意法半导体提供的免费开发环境stm32cubeide，其开发过程与书上讲的几乎完全一致，且集成度更好，更便于使用。

下载 [stm32cubeide](https://www.st.com.cn/zh/development-tools/stm32cubeide.html) 。

另外，后续的开发中会使用到串口，推荐开源的 xtools

下载 [xtools](https://gitee.com/x-tools-author/x-tools) 。

> 注意，虽然下载不需要用户，但是使用需要登录！否则无法下载相应的芯片资源，无法进行编译！在下图中 MyST 菜单中登录后才能进行相应的开发。



STM32CubeIDE集成了：STM32CubeMX：芯片选型、配置、代码生产等，生成的框架可以供多种IDE使用基于Eclipse的集成开发环境。安装完成后，界面如下：

![image-20240831152413351](./img/image-20240831152413351.png)

一般的开发流程如下：

1. 目标选择
2. 引脚分配
3. 外设配置
4. 时钟配置
5. 工程配置
6. 程序编写

## 3.1. 示例：LED闪烁

### 3.1.1. 新建项目

File->New->STM32 Project 出现以下界面：

![image-20240831155148005](./img/image-20240831155148005.png)

在1位置输入 103C8T6 后，会在2位置出现芯片选择，选择第一个就好，然后点击3位置的Next。

![image-20240831155320004](./img/image-20240831155320004.png)

在1位置输入项目名称，然后在2位置点击 Next。

![image-20240831155431546](./img/image-20240831155431546.png)

选择开发固件（其实就是函数编程的接口版本，类似C开发中使用的三方库），一般不用更改，直接点击2位置的Finish完成。如果遇到下图对话框，选择Yes。

### 3.1.2. 硬件配置

![image-20240831155740992](./img/image-20240831155740992.png)

上图是说IDE试图打开设备配置的配置方案，询问你是否需要打开。然后下面的界面对芯片进行配置。

![image-20240831160349011](./img/image-20240831160349011.png)

查看RGB硬件的端口，暂时使用PA6作为需要闪烁的LED。鼠标点击PA6 选择“GPIO_Output”，让PA6作为输出端口；接下来，鼠标右键点击PA6，选择Enter User Label。注意，User Label 是给端口起一个更清晰的别名，这个别名在编程的时候被当成是常量，因此，名字需要符合C语言常量的规则。



![image-20240831160214958](./img/image-20240831160214958.png)

好了，目前我们的芯片看起来是这样：

![image-20240831163313326](./img/image-20240831163313326.png)

PA6变绿，并且有个图钉，表示这个端口已经被配置和占用。使用ctl+s 保存更改，IDE会询问是否生成代码框架，当然选择Yes。

### 3.1.3. 加入代码

打开 main.c 大约在101 行左右，输入以下代码。注意，注释代码是IDE自动生成的，不要删除！

```c
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */


    /* USER CODE BEGIN 3 */
	  HAL_Delay(1000);
	  HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);
  }
  /* USER CODE END 3 */
}
```

代码一定需要在 /* USER CODE BEGIN 3 */ 和 /* USER CODE END 3 */ 之间，因为IDE自动维护代码，否则下一次你重新配置硬件后重新生成代码，你自己的代码有可能丢失，因此请仔细阅读注释文件。

接下来点击运行按钮：

![image-20240831192436902](./img/image-20240831192436902.png)

可能会出现运行配置的界面：

![image-20240831164008506](./img/image-20240831164008506.png)

注意接口应该是SWD，一般不用修改，直接OK后观察开发板的效果。

### 3.1.4. 调试