STM32:从入门到精通!

ittbank 2021-05-12 17:55

为了学习单片机而去学习单片机的思路是不对的

你问:如何系统地入门学习stm32?

本身就是一个错误的问题
假如你会使用8051
会写C语言
那么STM32本身并不需要刻意的学习。

你要考虑的是
我可以用STM32实现什么?

为什么使用STM32而不是8051?是因为51的频率太低,无法满足计算需求?是51的管脚太少,无法满足众多外设的IO?是51的功耗太大,电池挺不住?是51的功能太弱,而你要使用SPI、I2C、ADC、DMA?是51的内存太小而你要存储的东西太多?


当你需要使用STM32某些功能,而51实现不了的时候, 那STM32自然不需要学习,你会直接去寻找STM32某方面的使用方法。比如要用spi协议的网卡、要使用串口通信、要使用rtos等等……

01

从菜鸟到牛人的学习步骤



我们假定大家已经对STM32的书籍或者文档有一定的理解。如不理解,请立即阅读STM32的文档,以获取最基本的知识点。

英文好的同学,请不要以为你很牛,可以只看英文文档。毕竟你是中国人,你最熟悉的,理解最好的还是中文。看英文的速度还是比看中文慢一些,我们要的是最短的时间,而不是追求短时间内记住所有细节。当然,如果是一篇论文,建议看英文原版还是有好处的。

STM32处理器进入国内市场时候,ST官方(或者第三方)的推广工作做的非常好。翻译了大量的英文文档,迎合了国内的很多工程师的思维。

学习的时候,关注两个比较重要的文档:《STM32F103xxx参考手册》,《STM32固件库使用手册》。这是针对有充足的时间、精力的同学,建议去下载需要查阅的文档,以获取更多信息。

阅读《STM32F103xxx参考手册》,一定要注意,不需要全部阅读——没有时间的。建议选读,但是前几章必读。存储器和总线架构、电源控制、备份寄存器、复位和时钟控制,通用和复用功能I/O,中断和时间等等前几章一定要花时间阅读。

后面章节,讲述的是具体的功能模块设计。如果我们用到哪个模块,就可以去阅读哪个模块。比如在使用AD的时候,就需要去阅读第10章ADC。其他不举例。相信每个初学者都有自己的研究方向和判断。

阅读《STM32固件库使用手册》,主要是为了简化编程。STM32给我们提供了一个非常好的固件函数库,我们只要去调用即可。当然,我们也可以不去碰这些固件库——传说使用它会使得代码效率变低,是有道理的。网络上也出现了很多网友自己写的代码,没有使用带固件库函数。如何取舍,在于您的选择。

这里我主要强调的是,阅读《STM32固件库使用手册》的时候,前面几章也是必须阅读的。比如第一章文档和库规范中的命名规则,编码规则,这些都是需要注意的。第二章是最关键的,希望大家熟读。第二章描述了固件库的架构,我们如何去使用固件库的步骤等。有了第二章的基础,我们就可以借助固件库写出自己的代码了。第四章开始之后,就可以根据大家的需要来阅读。实际上,后续的章节,都是描述某个模块有什么什么函数,每个函数如何使用等。

关于后面的章节,建议对GPIO库函数、中断部分库函数、复位和时钟设置的库函数要比较熟悉,因为平时经常会用到。

以上提到的这两个文档,已经足够您看的了,呵呵。希望您能从中获取大量的STM32基础知识。



02

设定一个不错的两周入门计划


(1)这里所谓的“入门”,指的是能理解并掌握一些常用的STM32外设,真正想掌握一款处理器,两周根本说明不了什么问题。只能说,你已经有所了解了。但是,这对我们初学者来说已经足够了。

(2)这里所谓的“两周”,根据每个人的时间安排不同而不同。

如果您每天有充足的时间学习,那么可以规定自己尽快地能独立地进行简单的STM32开发。

如果您每天只有业余时间来学习STM32,建议根据您的具体情况安排时间。毕竟计划时间如果安排太紧,反而收不到良好的效果,只能进入恶性循环,这是我们要避免的。

但是建议,不管您有无充足的时间,都必须给自己做一个计划!!

这里列出一个思路,仅供参考。

步骤一,安装完STM32学习的软件,比如J-Link、Keil for ARM(MDK)、ISP(如果需要从串口下载的话)。这些软件安装的详细步骤,可以参考我们推出的相应教程进行。

步骤二,挑选部分例程的HEX,比如LED灯的例程HEX文件,下载到芯达STM32开发板中,观察两个LED灯的闪烁情况。这部分的操作,可以参考我们推出的相应的教程进行。

实际上,以上两个步骤,是为了熟悉要使用的工具软件而已。属于找感觉的阶段。其实我们还没开始STM32的学习呢!

步骤三,准备几个常用的文档,比如《STM32的用户手册》,《STM32固件库使用手册》等文档。用于平时查阅。这些文档,在光盘中的芯片手册目录中均可找到。

步骤四,开始查看例程的编写,看看例程是如何写的,自己可否修改下例程,达到自己想要的效果呢?

步骤五,Ucos-II的移植,是否需要试一下?

恭喜你,至此,你已经可以自如进行独立的开发了。最后一步,给自己一个目标(项目),把它实现出来!

再次强调,以上只是一个学习STM32的思路,供大家参考。下面列出了前面关键的步骤,希望大家能尽快入门。

第1步:熟悉调试软件

对初学者来说,我们至少需要安装两个软件:J-Link驱动软件、MDK(就是原来的Keil)软件。

这两个软件在安装软件的过程可以查看神舟开发板用户手册,这里不再重复,大家可以参考我们推出的教程《如何安装J-Link驱动软件》以及《如何安装MDK(Keil)软件》。如何验证自己已经熟悉调试软件的操作了呢?很简单,神舟STM32开发板光盘里附带了很多HEX格式的文件,可以选择一些HEX文件,来观察运行结果。

该步骤要达到的目标:熟悉调试软件,如烧写HEX出现问题,可简单判别问题所在,并独立解决。

第2步:GPIO编程

这是第一次接触固件库的编程,一定要硬着头皮去了解固件库。建议大家尽量去用固件库。而不是避开固件库自己写代码——这样只能在学习中才会发生。实际的项目中,代码成百上千个,如何一个一个自己写?调用固件库中的函数来完成,才是王者之道。


GPIO本身的编程实际上很简单


1、设置GPIO口的引脚为输入或者输出模式。我们在进行点灯代码的时候,一般设置为推挽输出模式。

2、操作寄存器,往寄存器里置1或者清零操作——这个步骤,固件库已经提供了专门的GPIO_SetBits函数和GPIO_ResetBits函数,我们只要去调用即可实现对IO口的置1和清零。

3、实现多种花样的LED闪动,使得自己熟悉GPIO的编程过程。

该步骤要达到的目标:熟悉调试软件,如烧写HEX出现问题,可简单判别问题所在,并独立解决。

第3步:开始全新的STM32深入研究

经过以上调试软件的熟悉和GPIO口的编程调试后,相信您已经对STM32有一定的了解。

至少知道如何利用STM32的固件库去写一个代码。在这个阶段,将要接触到串口编程、TFT液晶屏驱动编程、定时器编程、串行外设接口SPI编程、存储器编程、SD卡与文件系统移植、USB读写、UCOS移植等,有精力还可以研究其他外设。

02

GPIO的8种工作模式详解


推挽输出

可以输出高、低电平,连接数字器件;推挽结构一般是指两个三极管分别受两个互补信号的控制,总是在一个三极管导通的时候另一个截止。高低电平由IC的电源决定。
        
推挽电路是两个参数相同的三极管或MOSFET,以推挽方式存在于电路中,各负责正负半周的波形放大任务,电路工作时,两只对称的功率开关管每次只有一个导通,所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流,也可以从负载抽取电流。推拉式输出级既提高电路的负载能力,又提高开关速度。

开漏输出


输出端相当于三极管的集电极,要得到高电平状态需要上拉电阻才行。适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20mA以内)。开漏形式的电路有以下几个特点:

       
1、利用外部电路的驱动能力,减少IC内部的驱动。当IC内部MOSFET导通时,驱动电流是从外部的VCC流经上拉电阻、MOSFET到GND。IC内部仅需很小的栅极驱动电流。
        
2、一般来说,开漏是用来连接不同电平的器件,匹配电平用的,因为开漏引脚不连接外部的上拉电阻时,只能输出低电平,如果需要同时具备输出高电平的功能,则需要接上拉电阻,很好的一个优点是通过改变上拉电源的电压,便可以改变传输电平。比如加上上拉电阻就可以提供TTL/CMOS电平输出等。(上拉电阻的阻值决定了逻辑电平转换的速度。阻值越大,速度越低功耗越小,所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度。
       
3、开漏输出提供了灵活的输出方式,但是也有其弱点,就是带来上升沿的延时。因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电,所以当电阻选择小时延时就小,但功耗大;反之延时大功耗小。所以如果对延时有要求,则建议用下降沿输出。
       
4、可以将多个开漏输出连接到一条线上。通过一只上拉电阻,在不增加任何器件的情况下,形成“与逻辑”关系,即“线与”。可以简单的理解为:在所有引脚连在一起时,外接一上拉电阻,如果有一个引脚输出为逻辑0,相当于接地,与之并联的回路“相当于被一根导线短路”,所以外电路逻辑电平便为0,只有都为高电平时,与的结果才为逻辑1。
       
关于推挽输出和开漏输出,最后用一幅最简单的图形来概括:该图中左边的便是推挽输出模式,其中比较器输出高电平时下面的PNP三极管截止,而上面NPN三极管导通,输出电平VS+;当比较器输出低电平时则恰恰相反,PNP三极管导通,输出和地相连,为低电平。右边的则可以理解为开漏输出形式,需要接上拉。


浮空输入


对于浮空输入,一直没找到很权威的解释,只好从以下图中去理解了

      
由于浮空输入一般多用于外部按键输入,结合图上的输入部分电路,我理解为浮空输入状态下,IO的电平状态是不确定的,完全由外部输入决定,如果在该引脚悬空的情况下,读取该端口的电平是不确定的。


上拉输入/下拉输入/模拟输入


这几个概念很好理解,从字面便能轻易读懂。


复用开漏输出、复用推挽输出


可以理解为GPIO口被用作第二功能时的配置情况(即并非作为通用IO口使用)


总结在STM32中选用IO模式


1、浮空输入GPIO_IN_FLOATING ——浮空输入,可以做KEY识别,RX1;

2、带上拉输入GPIO_IPU——IO内部上拉电阻输入;

3、带下拉输入GPIO_IPD—— IO内部下拉电阻输入;

4、模拟输入GPIO_AIN ——应用ADC模拟输入,或者低功耗下省电;

5、开漏输出GPIO_OUT_OD ——IO输出0接GND,IO输出1,悬空,需要外接上拉电阻,才能实现输出高电平。当输出为1时,IO口的状态由上拉电阻拉高电平,但由于是开漏输出模式,这样IO口也就可以由外部电路改变为低电平或不变。可以读IO输入电平变化,实现C51的IO双向功能;

6、推挽输出GPIO_OUT_PP ——IO输出0-接GND, IO输出1 -接VCC,读输入值是未知的;

7、复用功能的推挽输出GPIO_AF_PP ——片内外设功能(I2C的SCL,SDA);

8、复用功能的开漏输出GPIO_AF_OD——片内外设功能(TX1,MOSI,MISO.SCK.SS);


02

STM32设置实例


1、模拟I2C使用开漏输出_OUT_OD,接上拉电阻,能够正确输出0和1;读值时先GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);拉高,然后可以读IO的值;使用GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_0);

2、如果是无上拉电阻,IO默认是高电平;需要读取IO的值,可以使用带上拉输入_IPU和浮空输入_IN_FLOATING和开漏输出_OUT_OD;


通常有5种方式使用某个引脚功能


它们的配置方式如下:


1、作为普通GPIO输入:根据需要配置该引脚为浮空输入、带弱上拉输入或带弱下拉输入,同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。

2、作为普通GPIO输出:根据需要配置该引脚为推挽输出或开漏输出,同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。

3、作为普通模拟输入:配置该引脚为模拟输入模式,同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。

4、作为内置外设的输入:根据需要配置该引脚为浮空输入、带弱上拉输入或带弱下拉输入,同时使能该引脚对应的某个复用功能模块。

5、作为内置外设的输出:根据需要配置该引脚为复用推挽输出或复用开漏输出,同时使能该引脚对应的所有复用功能模块。

注意如果有多个复用功能模块对应同一个引脚,只能使能其中之一,其它模块保持非使能状态。比如要使用STM32F103VBT6的47、48脚的USART3功能,则需要配置47脚为复用推挽输出或复用开漏输出,配置48脚为某种输入模式,同时使能USART3并保持I2C2的非使能状态。如果要使用STM32F103VBT6的47脚作为TIM2_CH3,则需要对TIM2进行重映射,然后再按复用功能的方式配置对应引脚。

———— / END / ————


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