STM32研究生教案.docx
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STM32研究生教案
STM32初级学习
第一章初识Cortex-M32
1.1ARMCortex-M3处理器初探2
1.2从Cortex-M3处理器内核到基于Cortex-M3的MCU3
第二章开发环境MDK、J-link的搭建及系统调试7
2.1JLINK驱动安装7
2.2MDK环境搭建7
2.3MDK破解11
第三章如何新建工程13
第四章工程编译及仿真、程序的下载18
4.1工程编译19
4.2仿真环境的搭建20
4.3JLINK下载23
第五章了解stm32库文件26
第六章简单例程分析28
6.1流水灯介绍28
6.1.1STM32的地址映射32
6.1.2STM32库对寄存器的封装37
6.1.3STM32的时钟系统（程序的心脏，每个例程公共的模块）39
6.1.4流水灯例程44
6.1.5仿真结果分析48
6.1.6程序下载到开发板后的结果显示48
6.2系统滴答定时器SysTick48
6.2.1实例分析51
6.2.2仿真结果分析：
55
6.2.3程序下载55
6.3EXTI外部中断55
6.3.1NVIC结构体成员58
6.3.2抢占优先级和响应优先级58
6.3.3NVIC的优先级组59
6.3.4EXTI外部中断60
6.3.5例程程序61
6.4串口部分62
6.4.1波特率控制63
6.4.2收发控制64
6.4.3数据存储转移部分64
6.4.4实例解析65
6.5ADC（DMA模式）65
6.5.1ADC简介65
6.5.2STM32的ADC主要技术指标66
6.5.3ADC工作过程分析67
6.5.4ADC采集例程分析68
第一章初识Cortex-M3
1.1ARMCortex-M3处理器初探
ARMCortex-M3处理器，作为Cortex系列的处女作，为了让32位处理器入主作庄单片机市场，轰轰烈烈地诞生了！
由于采用了最新的设计技术，它的门数更低，性能却更强。
许多曾经只能求助于高级32位处理器或DSP的软件设计，都能在CM3上跑得很快很欢。
嵌入式处理器市场正在32位化，相信用不了多久，CM3就一定会在这美丽新世界中脱颖而出。
下面我们共同来了解一下CM3的优势：
•性能强大。
在相同的主频下能做处理更多的任务，全力支持劲爆的程序设计。
•功耗低。
延长了电池的寿命——这简直就是便携式设备的命门（如无线网络应用）。
•实时性好。
采用了前卫甚至革命性的设计理念，使它能极速地响应中断，而且响应中断所需的周期数是确定的。
•代码密度得到很大改善。
一方面在大型应用程序优势，另一方面为低成本设计而省吃俭用。
•使用更方便。
现在从8位/16位处理器转到32位处理器之风刮得越来越猛，更简单的编程模型和更透彻的调试系统，为与时俱进的人们大大减负。
•低成本的整体解决方案。
让32位系统比和8位/16位的还便宜，低端的Cortex-M3单片机甚至还卖不到1美元。
•遍地开花的优秀开发工具。
免费的，便宜的，全能的开发环境。
值得一提的是，CM3并不是第一个被拿去做万金油型处理器的内核。
那廉颇虽老却依然骁勇的ARM7/ARM9处理器，在通用嵌入式处理器市场中德高望重，至今拥有无数铁杆粉丝。
半导体业界的群英们，像NXP（philips）、TI、Atmel、OKI、ST等，都以ARM为内核，做出了各自身怀绝技的32位MCU。
ARM7作为最受欢迎的32位嵌入式处理器，被载入了亮煌煌的几页史册——每年超过10亿片出货量，为各行各业的嵌入式设备中都找得到它们的身影。
1.2从Cortex-M3处理器内核到基于Cortex-M3的MCU
Cortex-M3处理器内核是单片机的中央处理单元（CPU）。
完整的基于CM3的MCU还需要很多其它组件。
在芯片制造商得到CM3处理器内核的使用授权后，它们就可以把CM3内核用在自己的硅片设计中，添加存储器，外设，I/O以及其它功能块。
Cortex-M3是一款低功耗处理器，具有门数目少，中断延迟短，调试成本低的特点，是为要求有快速中断响应能力的深度嵌入式应用而设计的。
该处理器采用ARMv7-M架构。
Cortex-M3处理器整合了以下组件：
Cortex-M3的一个简化视图
●处理器内核。
这款门数目少，中断延迟短的处理器具备以下特性：
—ARMv7-M：
Thumb-2ISA子集，包含所有基本的16位和32位Thumb-2指令，用于多媒体，SIMD，E（DSP）和ARM系统访问的模块除外。
—只有分组的SP
—硬件除法指令，SDIV和UDIV（Thumb-2指令）
—处理模式（handlermode）和线程模式（threadmode）
—Thumb状态和调试状态
—可中断-可继续（interruptible-continued）的LDM/STM，PUSH/POP，实现低中
断延迟。
—自动保存和恢复处理器状态，可以实现低延迟地进入和退出中断服务程序（ISR）。
—支持ARMv6架构BE8/LE
—ARMv6非对齐访问
●嵌套向量中断控制器（NVIC）。
它与处理器内核紧密结合实现低延迟中断处理，并具有以下特性：
—外部中断可配置为1～240个
—优先级位可配置为3～8位
—中断优先级可动态地重新配置
—优先级分组。
分为占先中断等级和非占先中断等级
—支持末尾连锁（tail-chaining）和迟来（latearrival）中断。
这样，在两个中断之间没有多余的状态保存和状态恢复指令的情况下，使能背对背中断（back-to-backinterrupt）处理。
—处理器状态在进入中断时自动保存，中断退出时自动恢复，不需要多余的指令。
●存储器保护单元（MPU）。
MPU功能可选，用于对存储器进行保护，它具有以下特
性：
—8个存储器区
—子区禁止功能（SRD），实现对存储器区的有效使用。
—可使能背景区，执行默认的存储器映射属性。
●总线接口
—AHBLiteICode、DCode和系统总线接口
—APB专用外设总线（PPB）接口
—Bitband支持，bit-band的原子写和读访问。
—存储器访问对齐
—写缓冲区，用于缓冲写数据。
●低成本调试解决方案，具有以下特性：
—当内核正在运行、被中止、或处于复位状态时，能对系统中包括Cortex-M3寄
存器组在内的所有存储器和寄存器进行调试访问。
—串行线（SW-DP）或JTAG（JTAG-DP）调试访问，或两种都包括。
—Flash修补和断点单元（FPB），实现断点和代码修补。
—数据观察点和触发单元（DWT），实现观察点，触发资源和系统分析（system
profiling）
—仪表跟踪宏单元（ITM），支持对printf类型的调试。
—跟踪端口的接口单元（TPIU），用来连接跟踪端口分析仪。
—可选的嵌入式跟踪宏单元（ETM），实现指令跟踪。
第二章开发环境MDK、J-link的搭建及系统调试
2.1JLINK驱动安装
在用JLINK下载和调试程序之前，我们需要线在电脑上安装JLINK驱动，如果电脑上已经安装JLINK驱动，则可跳过这一步。
在野火M3光盘目录下：
3-安装软件\1-JLINKV8驱动点击Setup_JLinkARM_V428c.exe，完成JLINK驱动的安装。
安装过程非常简单，这里将跳过。
在安装完成后，我们将JLINK插接到电脑的USB口，即可在我的电脑\管理\设备管理器\通用串行总线控制器中看到一个J-Linkdriver。
要注意的是在安装完JLINK驱动后，一定要将JLINK插接到电脑的USB口，否则在电脑的设备管理器中是查看不到J-Linkdriver的。
当你把JLINK拔出电脑的USB口时候，J-Linkdriver就会消失。
2.2MDK环境搭建
在我们学习编写代码之前需要先要把MDK这个软件安装好，野火用的版本是V4.14，在安装完成之后可以在工具栏help->aboutuVision选项卡中查看到版本信息。
MDK是一个集代码编辑，编译，链接和下载于一体的集成开发环境（KDE）。
MDK这个名字我们可能不熟悉，但说到KEIL，学过51的朋友就再熟悉不过了。
后来KEIL被ARM公司收购之后就改名为MDK了，所以学过51的朋友是很快就可以熟悉这个开发环境的。
在MDK安装目录下：
3-安装软件\2-MDK找到MDK414.exe，点击MDK414.exe，在弹出MDK安装界面后，按照如下步骤操作即可。
●点击Next.
●把对勾上，点击Next。
●点击Next，默认安装在C:
\keil目录下。
（选择你想要安装的路径）
●在用户名中填入名字（可随便写，可空格），在邮件地址那里填入邮件地址（可随便写，可空格），点击Next。
●正在安装，请耐心等待。
●点击Finish，安装完成。
●此时就可在桌面看到MDK的快捷图标，如下所示：
2.3MDK破解
安装完MDK开发环境后，在下载程序的时候会有40K的代码限制，我们需要破解软件即可完成大程序代码的编译，在软件安装目录下：
找到KEIL_Lic.exe,点击KEIL_Lic.exe,如下图所示
在弹出的界面中的CID选项框中填入MDK的CID（MDK的CID在MDK开发环境中的菜单栏File\LicenseManagemant中获取到如下面两幅图所示），在Target下拉框中选择ARM，然后点击Generate按钮，复制产生的CIDCode，然后回到MDK开发环境中的菜单栏File\LicenseManagemant中，把刚刚在注册机复制到的CIDCode粘贴到NewLicenseIDCode（LIC）:
框中，然后点击AddLIC，，点击close,大功告成:
）。
第三章如何新建工程
●开始新建工程
点击桌面UVision4图标，启动软件。
如果是第一次使用的话会打开一个自带的工程文件，我们可以通过工具栏Project->CloseProject选项把它关掉。
在工具栏Project->NewμVisionProject…新建我们的工程文件，我们将新建的工程文件保存在桌面的STM32-Study\Project文件夹下,文件名可以任意取（按自己意愿选择），点击保存。
●接下来的窗口是让我们选择公司跟芯片的型号，我们用的芯片是ST公司的STM32F103ZET6，有64KSRAM,512KFlash，属于高集成度的芯片。
按如下选择即可。
●接下来的窗口问我们是否需要拷贝STM32的启动代码到工程文件中，这份启动代码在M3系列中都是适用的，一般情况下我们都点击否，我们这里用的是ST的库，库文件里面也自带了这一份启动代码，所以为了保持库的完整性，我们就不需要开发环境为我们自带的启动代码了，稍后我们自己手动添加，这里我们点击否。
●此时我们的工程新建成功，如下图所示。
但我们的工程中还没有任何文件，接下来我们需要在我们的工程中添加所需文件
●在STM32Study文件夹下，我们新建User文件夹，用来存放用户自己创建的文件，然后系统库文件夹，和启动文件复制到STM32Study下，以及STM32F10xR.LIB（以上这些文件在系统库中查找），添加成功后如下图所示。
在Target1上右键选中ManageComponents…选项，新建四个组，分别命名为lib、user、start，从名字上字面上start文件夹下存放启动文件，user文件夹下存放用户创建文件，lib存放系统库文件。
●接下来我们往我们这些新建的组中添加文件，双击哪个组就可以往哪个组里面添加文件。
我们在start里面添加STM32F10x.s启动文件，在user组里面添加main.c和stm32f10x_it.c这两个文件，在lib组里面添加STM32F10xR.LIB。
注意，这些组里面添加的都是汇编文件跟C文件，头文件是不需要添加的。
最终效果如下图：
到这里工程的创建就完成了，接下来就是对工程的编译和仿真，来验证工程创建的是否正确，以及程序是否是我们想要看到的效果。
第四章工程编译及仿真、程序的下载
在MDK界面中，我们可以看到左边的工具栏中有三个按钮，现在我们从左往右来介绍下这三个按钮的功能。
●第一个按钮：
Translate就是编译当下修改过的文件，检查下有没有语法错误，并不会去链接库文件，也不会生成可执行文件。
●第二个按钮：
Build就是编译当下修改过的文件，它包含了语法检查，链接动态库文件，生成可执行文件。
●第三个按钮：
Rebuild重新编译整个工程，跟Build这个按钮实现的功能是一样的，但有所不同的是它编译的是整个工程的所有文件，耗时较大。
因此：
当我们编辑好我们的程序之后，只需要用第二个Build按钮就可以，即方便又省时。
第一个跟第三个按钮用的比较少。
4.1工程编译
点击Build按钮，MDK开始编译我们创建的工程，编译通过后会出现编译通过，如果出现0个错误，0个警告，说明编译程序编写没有语法上的错误，但程序是否正确，需要进一步验证。
（如下图所示界面编译通过）
从上面界面中我们可以看到，Code编译生成的代码大小，RO是程序中的指令和常量，RW是程序中的已初始化变量，ZI是程序中的未初始化的变量。
4.2仿真环境的搭建
●点击Debug,选择使用仿真器。
●接下来进行仿真验证，点击Start/StopDebugSession按钮进入仿真环境
●仿真界面如下图所示
●我们可以过观测外围设备观测器来观测程序的运行情况，也可以通过窗口分析窗口来观测程序的运行状态。
下面我们还是以GPIO通用外部IO口程序来进行仿真验证程序的运行状态，下面的章节会对GPIO的例程做更详细的介绍。
Ø首先通过外设观测器来观测，如下图所示：
Ø我们来观测GPIOA口的状态，进入A口的外围观测界面。
Ø按下F5键，或者点击工具栏中Run按钮,程序开始运行，可以看到IO口引脚的变化情况。
Ø另外，我们可以通过窗口观测器来观测程序的运行情况。
点击窗口观测器按钮进入观测器，然后点击Setup添加观测的IO口（例如观测GPIOA口的6、7、8、9，输入PORTA.6、PORTA.7、PORTA.8、PORTA.9），输入完成后点击运行Run，可以看到波形图变化情况，如下所示。
Ø波形变化情况
4.3JLINK下载
●插上DC-5V电源给开发板供电，再插上JLINK。
Ø点击TargetOptions…->Debug进行设置，按如下所示进行设置。
Ø点击TargetOptions…->Utilities进行设置,设置内容如下图所示
●点击MDK工具栏中的Load按钮就可将编译好的程序下载到开发板中。
●下载成功之后，程序就会自动运行。
如果发现程序没有运行，则可按下开发板中的复位按键。
●这里要注意的是：
程序在烧写到开发板后是否自动运行，是可以在MDK开发环境：
TargetOptions…->Debug->Setting->FalashDownLoad中设置的；按下面设置好后，程序下载完成后可自动运行，不需要手动复位。
第五章了解stm32库文件
library2008文件夹下有inc（include的缩写）跟src（source的简写）这两个文件夹以及库里带的一个启动文件文件夹，最新的库官方网站上有的更详细，大家可以去官网上下载，这里以library2008进行介绍。
src里面是每个设备外设的驱动程序，这些外设是芯片制造商在Cortex-M3核外加进去的。
进入librarie2008目录如下图所示：
Ø在src和inc文件夹里的就是ST公司针对每个STM32外设而编写的库函数文件，每个外设对应一个.c和.h后缀的文件。
我们把这类外设文件统称为：
stm32f10x_ppp.c或stm32f10x_ppp.h文件，PPP表示外设名称。
Ø如针对模数转换（ADC）外设，在src文件夹下有一个stm32f10x_adc.c源文件，在inc文件夹下有一个stm32f10x_adc.h头文件，若我们开发的工程中用到了STM32内部的ADC，则至少要把这两个文件包含到工程里。
第六章简单例程分析
6.1流水灯介绍
想要控制LED灯，当然是通过控制STM32芯片的I/O引脚电平的高低来实现。
在STM32芯片上，I/O引脚可以被软件设置成各种不同的功能，如输入或输出，所以被称为GPIO（General-purposeI/O）。
而GPIO引脚又被分为GPIOA、GPIOB„„GPIOG不同的组，每组端口分为0~15，共16个不同的引脚，对于不同型号的芯片，端口的组和引脚的数量不同，具体请参考相应芯片型号的datasheet。
于是，控制LED的步骤有：
1.GPIO端口引脚多-->就要选定需要控制的特定引脚
2.GPIO功能如此丰富-->配置需要的特定功能
3.控制LED的亮和灭-->设置GPIO输出电压的高低
要控制GPIO端口，就要涉及到控制相关的寄存器。
这时我们就要查一查与GPIO相关的寄存器了，可以通过《STM32参考手册》（最新版本）来查阅寄存器的定义方式。
以上的7个寄存器，相应的功能在参考手册上有详细的说明。
可以分为以下4类，其功能简要概括如下：
1.配置寄存器：
选定GPIO的特定功能，最基本的如：
选择作为输入还是输出端口。
2.数据寄存器：
保存了GPIO的输入电平或将要输出的电平。
3.位控制寄存器：
设置某引脚的数据为1或0，控制输出的电平。
4.锁定寄存器：
设置某锁定引脚后，就不能修改其配置。
注：
要想知道其功能严谨、详细的描述，请读者养成习惯在正式使用时，要以官方的datasheet为准，在这里只是简单地概括其功能进行说明。
关于寄存器名称上标号x的意义，如：
GPIOx_CRL、GPIOx_CRH，这个x的取值可以为图中括号内的值（A„„E），表示这些寄存器也跟GPIO一样，也是分组的。
也就是说，对于端口GPIOA和GPIOB，它们都有互不相干的一组寄存器，如控制GPIOA的寄存器名为GPIOA_CRL、GPIOA_CRH等，而控制GPIOB的则是不同的、被命名为GPIOB_CRL、GPIOB_CRH等寄存器。
从这个图我们可以知道STM32的功能，实际上也是通过配置寄存器来实现的。
配置寄存器的具体参数，需要参考《STM32参考手册》的寄存器说明。
见下图。
如图，对于GPIO端口，每个端口有16个引脚，每个引脚的模式由寄存器的4个位控制，每四位又分为两位控制引脚配置（CNFy[1:
0]），两位控制引脚的模式及最高速度（MODEy[1:
0]），其中y表示第y个引脚。
这个图是GPIOx_CRH寄存器的说明，配置GPIO引脚模式的一共有两个寄存器，CRH是高寄存器，用来配置高8位引脚：
pin8~pin15。
还有一个称为CRL寄存器，如果我们要配置pin0~pin7引脚，则要在寄存器CRL中进行配置。
举例说明对CRH的寄存器的配置：
当给GPIOx_CRH寄存器的第28至29位设置为参数“11”，并在第30至31位设置为参数“00”，则把x端口第15个引脚的模式配置成了“输出的最大速度为50MHz的通用推挽输出模式、”，其它引脚可通过其GPIOx_CRH或GPIOx_CRL的其它寄存器位来配置。
至于x端口的x是指端口GPIOA还是GPIOB还要具体到不同的寄存器基址，这将在后面分析。
接下来分析要控制引脚电平高低，需要对寄存器进行什么具体的操作。
由寄存器说明图可知，一个引脚y的输出数据由GPIOx_BSRR寄存器位的2个位来控制分别为BRy（BitResety）和BSy（BitSety），BRy位用于写1清零，使引脚输出低电平，BSy位用来写1置1，使引脚输出高电平。
而对这两个位进行写零都是无效的。
（还可以通过设置寄存器ODR来控制引脚的输出。
）
例如：
对x端口的寄存器GPIOx_BSRR的第0位（BS0）进行写1，则x端口的第0引脚被设置为1，输出高电平，若要令第0引脚再输出低电平，则需要向GPIOx_BSRR的第16位（BR0）写1。
6.1.1STM32的地址映射
温故而知新——stm32f10x_map.h文件
首先请大家回顾一下在51单片机上点亮LED是怎样实现的。
这太简单了，几行代码就搞定。
以上代码就可以点亮P0端口与LED阴极相连的LED灯了，当然，这里省略了启动代码。
为什么这个P0=0;句子就能控制P0端口为低电平,关键之处在于这个代码所包含的头文件。
在这个文件下有以下的定义：
这些定义被称为地址映射。
所谓地址映射，就是将芯片上的存储器甚至I/O等资源与地址建立一一对应的关系。
如果某地址对应着某寄存器，我们就可以运用c语言的指针来寻址并修改这个地址上的内容，从而实现修改该寄存器的内容。
正是因为头文件中有了对于各种寄存器和I/O端口的地址映射，我们才可以在51单片机程序中方便地使用P0=0xFF;TMOD=0xFF等赋值句子对寄存器进行配置，从而控制单片机。
Cortex-M3的地址映射也是类似的。
Cortex-M3有32根地址线，所以它的寻址空间大小为2^32bit=4GB。
ARM公司设计时，预先把这4GB的寻址空间大致地分配好了。
它把地址从0x40000000至0x5FFFFFFF（512MB）的地址分配给片上外设。
通过把片上外设的寄存器映射到这个地址区，就可以简单地以访问内存的方式，访问这些外设的寄存器，从而控制外设的工作。
结果，片上外设可以使用C语言来操作。
M3存储器映射见下图。
stm32f10x.h这个文件中重要的内容就是把STM32的所有寄存器进行地址映射。
如同51单片机的头文件一样，stm32f10x.h像一个大表格，我们在使用的时候就是通过宏定义进行类似查表的操作，大家想像一下没有这个文件的话，我们要怎样访问STM32的寄存器？
有什么缺点？
不进行这些宏定义的缺点有：
1、地址容易写错
2、我们需要查大量的手册来确定哪个地址对应哪个寄存器
3、看起来还不好看，且容易造成编程的错误，效率低，影响开发进度。
当然，这些工作都是由ST的固件工程师来完成的，只有设计M3的人才是最了解M3的，才能写出完美的库。
在这里我们以外接了LED灯的外设GPIOC为例，在这个文件中有这样的一系列宏定义：
这几个宏定义是从文件中的几个部分抽离出来的，具体的读者可参考stm32f10x_map.h源码。
●外设基地址
首先看到PERIPH_BASE这个宏，宏展开为0x40000000,并把它强制转换为uint32_t的32位类型数据，这是因为地STM32的地址是32位的，是不是觉得0x40000000这个地址很熟？
是的，这个是Cortex-M3核分配给片上外设的从0x40000000至0x5FFFFFFF的512MB寻址空间中的第
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