《stm自学笔记》课件

STM自学笔记本笔记旨在帮助初学者学习STM32微控制器，深入理解其工作原理、编程技巧、实战项目等。STM是什么？1微控制器STM32系列是意法半导体（STMicroelectronics）推出的32位ARMCortex-M内核微控制器。2功能强大STM32微控制器拥有丰富的片上外设，例如GPIO、ADC、DAC、定时器、串行通信接口等。3应用广泛STM32微控制器在各种领域中得到广泛应用，包括工业自动化、消费电子、医疗设备等。4易于使用STM32微控制器拥有强大的开发工具和丰富的资源，开发者可以轻松上手。STM的基本原理微控制器内核STM32微控制器使用ARMCortex-M内核，提供强大的处理能力和低功耗性能。存储器系统STM32拥有多种类型的存储器，包括闪存、SRAM和外设存储器，用于存储程序、数据和配置信息。丰富的外设STM32集成了各种外设，例如GPIO、定时器、ADC、DAC、USART、SPI和I2C，满足各种应用场景的需求。中断机制STM32支持多种中断源，允许快速响应外部事件，提高系统的实时性和效率。STM的硬件组成微控制器核心STM32微控制器包含一个ARM内核，负责执行指令和控制系统。存储器包括闪存、SRAM和EEPROM，用于存储程序、数据和配置信息。时钟系统提供内部和外部时钟源，用于控制微控制器的运行速度和时间。外设包括GPIO、ADC、DAC、定时器、串行接口等，用于与外部世界交互。STM的寄存器结构STM32微控制器包含各种寄存器，用于配置和控制其内部外设以及管理系统操作。每个寄存器都分配了一个唯一的地址，通过写入或读取这些地址，可以访问和修改寄存器的值。寄存器结构是STM32编程的基础，了解各个寄存器的功能和用途是进行开发的关键。160寄存器STM32微控制器拥有超过160个寄存器，每个寄存器控制一个特定的功能。32位数据位大多数寄存器都是32位宽，可以存储一个32位的整数值。地址内存地址每个寄存器都分配了一个唯一的内存地址，方便程序访问和修改。结构化结构化STM32寄存器以结构化方式组织，方便程序员理解和操作。STM的中断机制1中断请求当外部事件发生，比如按键按下或数据接收完成时，会向STM32产生一个中断请求。2中断处理STM32检测到中断请求后，会将当前正在执行的程序暂停，并跳转到对应中断服务程序（ISR）执行。3中断返回中断服务程序执行完后，会返回到之前暂停的程序继续执行，确保程序的正常运行。程序流程控制1跳转指令改变程序执行流程，例如：跳转到指定地址，执行子程序等。2循环指令重复执行一段程序，例如：while循环，for循环等。3条件分支指令根据条件判断选择不同的执行路径，例如：if语句，switch语句等。STM32微控制器提供丰富的程序流程控制指令，包括跳转指令、循环指令和条件分支指令，可以实现各种复杂的程序逻辑。掌握这些指令的使用方法，可以编写出高效简洁的代码，实现各种功能。程序入口和退出程序入口STM32程序通常从一个名为“main”的函数开始执行。主函数作为程序的起点，负责初始化系统，并调用其他函数来完成具体任务。程序退出STM32程序通常不会主动退出，而是会一直运行，直到遇到异常情况或外部中断导致程序停止。在一些特殊情况下，程序可以调用函数退出循环，例如在程序调试阶段。程序循环STM32程序通常在一个无限循环中运行，不断地检测外部事件，执行相应的操作，并控制外设。数据类型和运算基本数据类型STM32支持多种基本数据类型，包括字符型、整型、浮点型等。这些数据类型用于存储和处理各种数据，例如传感器数据、控制指令等。运算符STM32提供丰富的运算符，包括算术运算符、逻辑运算符、位运算符等。利用这些运算符，可以进行各种数学计算、逻辑判断和位操作。运算优先级运算符的优先级决定了表达式中运算的顺序。了解运算符的优先级有助于正确理解和编写程序。数据类型转换在程序中，有时需要将一种数据类型转换为另一种数据类型。例如，将整型数据转换为浮点型数据，或者将字符型数据转换为整型数据。STM的GPIO管脚GPIO(GeneralPurposeInput/Output)是STM32微控制器中常用的外设之一。GPIO管脚可以配置成输入、输出、复用等多种模式，用于控制外设、读取外部信号等。STM32微控制器通常包含多个GPIO端口，每个端口都有多个管脚。每个管脚都有自己的编号，可以根据需要进行配置和使用。GPIO初始化和控制1配置GPIO模式GPIO管脚可以配置为输入、输出或其他模式2设置GPIO方向设置为输入或输出3配置GPIO速率设定GPIO的响应速度4配置GPIO上拉/下拉电阻防止GPIO悬空GPIO初始化是STM32程序开发的第一步，需要对每个用到的GPIO管脚进行配置，包括模式、方向、速度和上拉/下拉电阻等。通过初始化，可以将GPIO管脚设定为输入、输出或其他功能，并根据需要设置其他参数。ADC模块的使用ADC模块概述STM32的ADC模块用于将模拟信号转换为数字信号，广泛应用于温度、光照强度、电压等参数的测量。ADC转换步骤配置ADC模块参数启动ADC转换读取转换结果用户可以通过配置采样率、分辨率、转换模式等参数来满足不同的应用场景。DAC模块的使用数字模拟转换DAC模块将数字信号转换为模拟电压输出，用于控制模拟电路或生成音频信号。配置和控制通过配置DAC的寄存器，可以设置输出电压的范围、分辨率和工作模式。输出信号DAC模块可以产生三角波、正弦波等多种波形，并通过相应的硬件接口输出。定时器模块概述STM32微控制器内置多个定时器模块，可用于精确计时、产生脉冲信号、控制外部设备等。定时器模块通过计数器和比较器实现，支持多种工作模式，包括基本定时器、PWM定时器、捕获/比较定时器等。定时器模块可独立工作，也可与其他模块协同工作，例如与DMA模块配合实现数据传输，与GPIO模块配合实现外部设备控制。定时器的计时功能定时器配置首先需要配置定时器，包括选择时钟源、分频系数、预分频系数等，确定定时器的计数频率。计数过程定时器开始计数，当计数器计数值达到预设值时，会产生一个定时器中断，通知程序进行相应的操作。中断处理程序收到中断信号后，会跳转到中断服务程序，执行与定时器相关的任务，例如计数器清零或更新等。定时器的PWM输出1PWM简介脉冲宽度调制（PWM）是一种通过改变占空比来控制电压输出的一种技术。STM32的定时器可以用来生成PWM信号。2PWM设置设置定时器的预分频器、重载值和比较值，可以控制PWM信号的频率、占空比和极性。3PWM应用PWM信号广泛应用于电机控制、LED调光、音频信号生成等领域。串行通信概述串行通信串行通信是一种数据传输方式，数据以一位一位的方式发送。在微控制器中，UART（通用异步收发器）是实现串行通信的常用模块。串行通信接口串行通信通常使用专用接口，如RS-232或RS-485，用于连接不同的设备。数据传输格式串行数据传输包含起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。这些位用于同步数据传输和确保数据完整性。USART的收发功能1初始化配置波特率、数据位、校验位等。2发送数据将数据写入发送缓冲区。3接收数据从接收缓冲区读取数据。4中断处理接收或发送完成时触发中断。USART模块可实现串行通信，常用作与PC或其他设备进行数据交换。通过配置USART模块，可以实现不同通信参数的灵活设置，满足不同应用场景的需要。SPI总线通信概述SPI是一种同步串行通信协议，主要用于微控制器和其他外设之间的数据传输。工作原理它使用四根信号线：SCK(时钟)，MOSI(主设备输出，从设备输入)，MISO(主设备输入，从设备输出)，SS(片选)。通信过程主设备通过SCK信号线控制数据传输，MOSI传输数据给从设备，MISO传输数据给主设备，SS用于选择特定从设备。应用场景SPI常用于外设通信，例如传感器、存储器、显示屏等。I2C总线通信1I2C协议双线串行通信协议2SDA和SCL数据线和时钟线3主控器发起通信请求4从器响应主控器I2C是双线串行通信协议，使用SDA和SCL数据线和时钟线。主控器发起通信请求，从器响应主控器。DMA的基本使用11.简介DMA（直接内存访问）允许外设直接访问系统内存，无需CPU中介。22.优点DMA提高数据传输效率，减轻CPU工作负担。33.步骤配置DMA控制器，设置源地址、目标地址、传输大小等参数。44.应用DMA常用于外设数据传输，如ADC、SPI、I2C等。外设电源管理电源管理概述电源管理是STM32微控制器的重要功能，它可以有效地降低功耗，延长电池寿命。电源模式STM32支持多种电源模式，例如运行模式、睡眠模式、待机模式、停机模式等，可以根据应用场景选择合适的模式。电源控制通过配置电源控制寄存器，可以控制不同外设的电源供电，例如GPIO、ADC、USART等。低功耗技巧使用低功耗模式、关闭不必要的模块、优化代码逻辑等方法可以有效降低功耗。系统时钟管理时钟源选择STM32支持多种时钟源，例如内部高速RC振荡器、外部晶体振荡器、外部时钟源等。时钟频率配置可以根据应用程序需求设置系统时钟频率，以优化系统性能和功耗。时钟分频器通过分频器可以将高速时钟源转换为不同频率的时钟信号，用于驱动不同的外设模块。时钟树STM32的时钟树是一个复杂的结构，用于分配不同外设模块所需的时钟信号。低功耗模式介绍休眠模式(SleepMode)STM32芯片进入休眠模式，消耗更低功率，仅保留必要功能。停止模式(StopMode)STM32芯片停止模式，几乎所有外设都被关闭，只保留RTC。待机模式(StandbyMode)STM32芯片待机模式，所有外设都关闭，仅保留备份域，功耗最低。编程方法和技巧11.理解STM32架构深入理解STM32芯片的架构、外设和寄存器。22.使用Keil开发环境熟练使用Keil软件进行STM32程序编写、编译和调试。33.掌握汇编语言基础了解汇编语言的基本语法和指令，在需要时可以进行底层优化。44.理解中断机制充分利用中断机制来提高程序效率，处理实时事件。调试工具和技巧开发环境使用STM32CubeIDE等集成开发环境，提供代码编辑、编译、调试等功能。调试器使用ST-LINK等调试器，连接目标板，进行在线调试。逻辑分析仪用于分析信号波形，帮助理解程序执行流程。示波器用于观察信号的幅值、频率和波形，帮助定位问题。项目实例演示通过实际案例演示STM32的应用，例如基于STM32开发的智能家居控制系统、工业自动化设备、医疗仪器等等。项目实例可以帮助学习者更好地理解STM32的应用场景和开发流程，并提高动手实践能力。常见问题解答常见问题解答主要围绕STM32微控制器的应用、开发、调试等方面展开，涵盖了初学者到有一定经验的用户可能会遇到的困惑。例如：如何选择合适的STM32系列芯片？如何进行GPIO管脚的配置？如何利用定时器模块实现PWM输出？如何解决程序调试中的常见错误？在问答过程中，我们将结合实际案例和代码示例，帮助用户更深入地理解STM32的应用原理和开发流程。同时，我们也会提供一些常用的学习资源和开发工具，方便用户快速上手STM32的学习和开发。学习资源推荐官方网站STMicroelectronics官网提供丰富的STM32资源，包括产品文档、开发工具、应用笔记等。用户可以在官网上找到各种STM32芯片的详细资料，以及相关的开发工具和软件。社区论坛在STM32社区论坛上，用户可以与其他开发者交流经验，解决问题，获得帮助。论坛上有很多技术文章、代码示例和项目案例，