stm原理及其应用

1、LOGO,LOGO,基于,STM32,的嵌入式,系统原理与设计,STM32,基本原理,要点,STM32,性能和结构,CortexM3,处理器,输入输出端口,GPIO,引脚、电源和时钟树,模数和数模转换,中断,定时器,DMA,灵活的,FSMC,同步和异步串行接口,第一章,STM32,基本原理,学习,STM32,需要从原理入手，为硬件、软件、操作系统,工程实践学习打下一个良好的基础,本章的第一部分是,STM32,的性能和结构，然后是对,Cortex M3,处理器的分析，之后是地址映射、引脚功能,描述、电源连接、复位和时钟控制,RCC,输入输出端口,GPIO,ADC,和,DAC,中断,DMA,定时器

2、、同步串行通信,SPI,和,I2C,同步异步串行通信,USART,最后是灵活的存,储器控制,FSMC,通过本章的学习，既可以掌握,STM32,的全貌，也可以学,习到重要的关于,Cortex M3,处理器内核和,STM32,器件的,细节信息,1.1 STM32,性能和结构,1.1.1,总体性能,以高密度的,STM32F103VET6,为例，能适合一般项目的,需要，价格在,30,元以下，避免由于,FLASH,和,RAM,太小,造成的瓶颈,VET6,的含义为,V,的含义为,100pins,即,100,个管脚,E,表示,512KB,的,FLASH,T,表示,LQFP,封装,6,表示,40,到,85,度

3、的温度范围,1.1 STM32,性能和结构,1.1.2,系统结构分析,1.1 STM32,性能和结构,1.1.2,系统结构分析,1)Cortex-M3 CPU,所在之处，是司令部是大脑,2,总线矩阵,3)FLASH,通过,FLASH,接口连接,CPU,4,静态存储器,SRAM,通过总线矩阵连接,CPU,5,复位和时钟控制,RCC,6,低速,APB1,外设,7,低速,APB2,外设,8,可变静态存储控制器,FSMC,9)DMA,通道,1.1 STM32,性能和结构,1.1.3,芯片封装和管脚概述,1.2 Cortex M3,处理器,1.2.1 Cortex-M3,的定位和应用,从图,1.2.1,

4、可见，嵌入式处理器核,CortexM3,容,量,Capability,和执行功能,Performance,Functionality,都居中，但其性价比是当今最好的,品种之一，也是现在最流行的品种之一,1.2 Cortex M3,处理器,1.2.2 Cortex-M3,处理器结构,1.2 Cortex M3,处理器,1.2.2 Cortex-M3,处理器结构,1.2 Cortex M3,处理器,1.2.3 Cortex-M3,寄存器,1.2 Cortex M3,处理器,1.2.3 Cortex-M3,寄存器,1.2 Cortex M3,处理器,1.2.3 Cortex-M3,寄存器,特殊功能寄

5、存器,1.2 Cortex M3,处理器,1.2.3 Cortex-M3,寄存器,1.2 Cortex M3,处理器,1.2.3 Cortex-M3,寄存器,1.2 Cortex M3,处理器,1.2.4,堆栈,1.2 Cortex M3,处理器,1.2.4,堆栈,1.3 STM32,存储地址映射,存储地址映射,P12,图,1-7,1.3 STM32,存储地址映射,1.3 STM32,存储地址映射,1.3 STM32,存储地址映射,代码分析,P13,代码,1-2,到,1-6,说明如何访问串口寄存器来实现发送数据到串口,1.3 STM32,存储地址映射,USART_SendData(USART1

6、,0Xa2,define USART1 (USART_TypeDef *) USART1_BASE,define USART1_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0 x3800,define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0 x10000,define PERIPH_BASE (uint32_t)0 x40000000,0 x40013800,1.4,引脚功能描述,引脚功能来源于数据手册，注意复用功能,1.5,电源连接,1.6,复位和时钟控制,RCC,复位分三种形式，电源复位、系统复位和备份区域复位,1.6.1,复位,1.6,复位和时钟控制,RCC

7、,通常,STM32,主频在,72M,而外时钟选择,8M,因此必须通过倍频获得,1.6.2,时钟源,1.6,复位和时钟控制,RCC,时钟树图解了各个设备时钟的来源,参考,P19,页图,1-11 STM32,时钟树,问题,STM32,定时器,1,是,APB2,外设，请,从晶振开始，分析器定时器,1,时钟的来源,那么定时器,2,呢,1.6,复位和时钟控制,RCC,1.7,输入输出端口,GPIO,1.7.1,常规输入输出,GPIO,GPIO,是可编程输入,输出端口,1.7,输入输出端口,GPIO,1.7.1,常规输入输出,GPIO,GPIO,端口的模式模式是输入浮空，为什,么这样设计,1.7,输入输出

8、端口,GPIO,1.7.1,常规输入输出,GPIO,1.7,输入输出端口,GPIO,1.7.1,常规输入输出,GPIO,1.7,输入输出端口,GPIO,1.7.2 GPIO,复用,可以将具有复用功能的引脚的功能进,行重新配置，例如配置一些管脚为,ADC,的管,脚，这些管脚就不能再作为,GPIO,使用。这,个过程叫做复用重映射,8,个,ADC,通过的选择过程,P21-22,问题：根据,P21,表,1-7,如果需要选择一,个引脚做,ADC,输入引脚，可以选择哪个引脚,呢？为什么,1.8,模数转换器和数模转换器,1.8.1,模,数转换器,1,模数转换器框图分析,P23,图,1-13,2,常规通道和注

9、入通道,3,参考源,1.8,模数转换器和数模转换器,1.8.2,数,模转换器,1,数模转换器框图分析,P24,图,1-15,2,参考源,3,信号发生器功能,1.9,中断,中断处理的优越性,现实生活中的中断的例子,中断嵌套，现实生活中的中断嵌套,STM32,的先占优先级和从优先级,嵌入式操作系统与中断的关系,1.9,中断,1.9.1 STM32,的中断通道和中断向量处理,1.STM32,中断通道,表,1-8,中的中断通道分析,2,启动代码设置中断向量表,代码,1-7,分析,3,复位中断的处理,代码,1-8,分析,1.9,中断,1.9,中断,1.9.2 STM32,外部中断,STM32,外部中断的

10、来源,分析,P29,图,1-16,说明全部中断输入线的来源,是否可以用,PA0,和,PB0,同时作为外部中断,是否可以用,PA0,和,PB1,同时作为外部中断,为什么,1.9,中断,1.9.3 STM32,中断优先级分组,优先级越高，数值越低,抢占优先级相同的任务，响应优先级高的先响应，但不能互相抢占；抢,占优先级不同的，可以抢占低优先级的,CPU,分析,P30,串口串口和按键中断的例子，假设将优先级互换会产生什么样的,结果呢,1.10,直接存储器存取,DMA,直接存储器存取,DMA,用来提供在外设和存,储器之间或者存储器和存储器之间的高速,的无需,CPU,干预的数据传输,1.9,中断,1.9

11、,中断,1.10 DMA,1.10.1 DMA,解析,1,图,1-17DMA,框图解析,2,从内存到外设或从外设到内存的,DMA,传输,3,传输申请和仲裁,1.9 DMA,1.9,中断,1.10 DMA,1.10.2 DMA,通道和请求,1.DMA,通道分配,P32,表,1-10,和表,1-11,2,仲裁机制的作用和功能,3,通道号和优先级,P33,图,1-18,1.11,定时器,STM32,中一共有,11,个定时器，其中,2,个高,级控制定时器,4,个普通定时器和,2,个基本定,时器，以及,2,个看门狗定时器和,1,个系统嘀嗒,定时器,1.11,定时器,1.11.1,系统滴答定时器,SysT

12、ick,1.SysTick,定时器的位置和功能,SysTick,是一个,24,位数据宽度的倒计数定,时器，其计数范围只能到,1677215,224,当计数到,0,时会从,RELOAD,寄存器,中自动重,装定时初值。只要不把,SysTick,的控制及状态,寄存器中的使能位清除，计数器就不会停,1.11,定时器,1.11.1,系统滴答定时器,SysTick,2. SysTic,定时器的寄存器,1.11,定时器,1.11.1,系统滴答定时器,SysTick,1.11,定时器,1.11.1,系统滴答定时器,SysTick,3. SysTic,定时器编程（寄存器级别,使用,72M,作为系统时钟，那么每次

13、计数,器减,1,所用的时间是,1/72M,计数器的初值,如果是,72000,那么每次计数器减到,0,时,间经过,1/72M)*72000= 0.001,即,1ms,简单理解：用,72M,的时钟频率，即,1s,计,数,72M=72000000,次，那,1ms,计数,72000,次,所以计数值为,72000,1.11,定时器,1.11.1,系统滴答定时器,SysTick,3. SysTic,定时器编程（寄存器级别,define FCLK 72000000,时钟频率,72M,define OSFREQ 1000,中断频率,1MS,频率,1000Hz,int main(void,SysTick_Con

14、fig(FCLK / OSFREQ,while(1,1.11,定时器,1.11.1,系统滴答定时器,SysTick,3. SysTic,定时器编程（寄存器级别,void SysTick_Handler(void),系统,1s,中断一次,if(time_counter!=0,time_counter-,extern uint32 time_counter,void delajy(uint32 time,time_counter=time,while(time_counter!=0,1.11,定时器,1.11.2 STM32,常规定时器,STM32,的常规定时器分为三类，包括,1,高级控制定时器,

15、TIM1,和,TIM8,2,通用定时器,TIM2,TIM3,TIM4,TIM5,3,基本定时器,TIM6,TIM7,三种定时器功能,P39,表,1-16,1.11,定时器,1.11.2 STM32,常规定时器,其中,TIM1,和,TIM8,是能够产生,3,对,PWM,互补输出的高级登时其，常用于三相电机的驱动，时钟由,APB2,的,输出产生,TIM2-TIM5,是普通定时器,TIM6,和,TIM7,是基本定时器，其时钟由,APB1,输出产生。由于,STM32,的,TIMER,功能太复杂了，所以只能一点一点的学习,1.11,定时器,1.11.2 STM32,常规定时器,普通定时器,TIM2-TI

16、M5,时钟来源,计数器时钟可以由下列时钟源提供,内部时钟,CK_INT,外部时钟模式,1,外部输入脚,TIx,外部时钟模式,2,外部触发输入,ETR,内部触发输入,ITRx,使用一个定时器作为另一个定时器的预分频器,如可以配置一个定时器,Timer1,而作为另一个定时器,Timer2,的预分频器,1.11,定时器,1.11.2 STM32,常规定时器,计数器模式,TIM2-TIM5,可以由向上计数、向下计数、向上向下双向计数,向上计数模式中，计数器从,0,计数到自动加载值,TIMx_ARR,计数器内容,然后重新从,0,开始计数并且产生一个计数器溢出事件,在向下模式中，计数器从自动装入的值,TI

17、Mx_ARR,开始向下计数到,0,然后从自动装入的值重新开始，并产生一个计数器向下溢出事件,而中央对齐模式（向上,向下计数）是计数器从,0,开始计数到自动装,入的值,1,产生一个计数器溢出事件，然后向下计数到,1,并且产生一个,计数器溢出事件；然后再从,0,开始重新计数,1.12,同步串行口,SPI,和,I2C,1.12.1 SPI,串行外设接口,SPI(Serial Peripheral Interface,是一种同,步串行外设接口，它可以使,MCU,与各种外围设备,以串行方式进行通信、交换信息,常,SPI,通过,4,个引脚与外部器件相连,1.12,同步串行口,SPI,和,I2C,1.12.

18、1 SPI,SPI,时钟周期,在一个,SPI,时钟周期内，会完成如下操作,1,主机通过,MOSI,线发送,1,位数据，从机通过该线读,取这,1,位数据,2,从机通过,MISO,线发送,1,位数据，主机通过该线读,取这,1,位数据,这个,SPI,时钟周期，就是,SCK,信号的时钟周期。因此,该时钟的频率决定了,SPI,的传输速率,SPI,主从模式,SPI,接口支持多从机模式，如图,1-19,1.12,同步串行口,SPI,和,I2C,1.12.1 SPI,1.12,同步串行口,SPI,和,I2C,1.12.1 SPI,1.12,同步串行口,SPI,和,I2C,1.12.1 SPI,SPI,框图分析

19、,1.12,同步串行口,SPI,和,I2C,1.12.1 SPI,SPI,控制寄存器,1(SPI_CR1,15,位,BIDIMODE,双向数据模式使能,定义,0,双线双向模式,1,单线双向模式,14,位,BIDIOE,双向模式下的输出使能，和,BIDIMODE,位一起决定,在“单线双向”模式下数据的输出方向。定义,0,输出禁止,只收模式,1,输出使能,只发模式,这个“单线”数据线在主设备端为,MOSI,引脚，在从设备端为,MISO,引脚,13,位,CRCEN,硬件,CRC,校验使能，定义,0,禁止,CRC,计算,1,启动,CRC,计算,12,位,CRCNEXT,下一个发送,CRC,定义,0,下

20、一个发送的值来自发送缓冲区,1,下一个发送的值来自发送,CRC,寄存器,11,位,DFF,数据帧格式，定义,0,使用,8,位数据帧格式进行发送,接收,1,使用,16,位数据帧,10,位,RXONLY,只接收，该位和,BIDIMODE,位一起决定在“双线双向”模式下的传输方向,1.12,同步串行口,SPI,和,I2C,1.12.1 SPI,9,位,SSM,软件从设备管理，当,SSM,被置位时,NSS,引脚上的电平由,SSI,位的值决定。定义,0,禁止软,件从设备管理,1,启用软件从设备管理,8,位,SSI,内部从设备选择，该位只在,SSM,位为1时有意义。它决定了,NSS,上的电平，在,NSS,

21、引脚上,的,I/O,操作无效,7,位,LSBFIRST,帧格式，定义,0,先发送,MSB,1,先发送,LSB,，注：当通信在进行时不能改变该,位的值,6,位,SPE-SPI,使能，定义,0,禁止,SPI,设备,1,开启,SPI,设备,5-3,位,BR2:0,波特率控制，定义,000,fPCLK/2,001,fPCLK/4,010,fPCLK/8,011,fPCLK/16,100,32,101,64,110,128,111,256,注：通信时不能改,2,位,MSTR,主设备选择，定义,0,配置为从设备,1,配置为主设备），注：当通信正在进行的时,候，不能修改该位,1,位,CPOL,时钟极性，定义

22、,0,空闲状态时,SCK,保持低电平,1,空闲状态时,SCK,保持高电平,注：当通信正在进行的时候，不能修改该位,0,位,CPHA,时钟相位，定义,0,数据采样从第一个时钟边沿开始,1,数据采样从第二个时钟边沿,开始）注：当通信正在进行的时候，不能修改该位,1.12,同步串行口,SPI,和,I2C,1.12.1 SPI,SPI_CR2(SPI,控制寄存器,2,7,位,TXEIE,发送缓冲区空中断使能，定义,0,禁止,TXE,中断,1,允许,TXE,中断，当,TXE,标志置位,为1时产生中断请求,6,位,RXNEIE,接收缓冲区非空中断使能，定义,0,禁止,RXNE,中断,1,允许,RXNE,中

23、断，当,RXNE,标志,置位时产生中断请求,5,位,ERRIR,错误中断使能，当错误,CRCERR,OVR,MODF,产生时，该位控制是否产生中断，定义,0,禁止错误中断,1,允许错误中断,2,位,SSOE-SS,输出使能,定义,0,禁止在主模式下,SS,输出，该设备可以工作在多主设备模式,1,设,备开启时，开启主模式下,SS,输出，该设备不能工作在多主设备模式,1,位,TXDMAEN,发送缓冲区,DMA,使能，当该位被设置时,TXE,标志一旦被置位就发出,DMA,请求，定义,0,禁止发送缓冲区,DMA,1,启动发送缓冲区,DMA,0,位,RXDMAEN,接收缓冲区,DMA,使能，当该位被设置

24、时,RXNE,标志一旦被置位就发出,DMA,请求，定义,0,禁止接收缓冲区,DMA,1,启动接收缓冲区,DMA,1.12,同步串行口,SPI,和,I2C,1.12.1 SPI,SPI,状态寄存器,SPI_SR,7,位,BSY,忙标志，定义,0,SPI,不忙,1,SPI,正忙于通信，或者发送缓冲非空）该位由硬件置位,或者复位,6,位,OVR,溢出标志，定义,0,没有出现溢出错误,1,出现溢出错误,5,位,MODF,模式错误，定义,0,没有出现模式错误,1,出现模式错误,4,位,CRCERR-CRC,错误标志,3,位：标志位，定义,0,未发生下溢,1,发生下溢,2,位,CHSIDE,声道，定义,0,需要传输或者接收左声道,1,需要传输或者接收右声道,1,位,TXE,发送缓冲为空，定义,0,发送缓冲非空,1,发送缓冲为空,0,位,RXNE,接收缓冲非空，定义,0,接收缓冲为空,1,接收缓冲非空,1.12,同步串行口,SPI,和,I2C,1.12.2 I,2,C,1. I,2,