从零开始的 STM32

2023-03-15 | 阅读：次

前言

由于手边缺少传感器，电阻，LED 等配件，导致 Pi Pico 的学习进度中断。因此直接开始尝试重新拾起 STM32。

本次使用的是 STM32 最小系统板，芯片型号为 STM32F103C8Tb 991KA 93 MYS 801。

软件准备

参考参考文章进行一个 Keil 的安装和配置，在做下面一系列步骤遇到问题时可以看看那几篇：

进入官网下载 Keil
然后在网上冲浪找到能用的注册机
进入 keil 中，点击 “pack installer” 组件安装 STM32F10 包。注意右下角有个进度条，点击 install 后要等它变成 “Up to data” 才表示安装成功
新建工程，选择对应的芯片，教程中选的是 STM32F103RC 我选的是 STM32F103C8
之后勾选需要的库，按照下图所示勾选，后面也可以继续添加，这里给一个参考连接
打开 Target 1 右键 Source Group 1 添加新文件 Add New Item 选择第一项 C File 命名为 .c 文件即可，如 main.c
- 如果编辑器中无法显示中文，Edit->Configuration->Editor->Encoding: UTF-8

经典点灯

首先熟悉一下如何往 STM32 中烧录程序：

往工程中加入 or 新建一个 main.c 文件并写入下面的代码，这个代码是调用了最小系统板上的板载 LED 来进行引脚 PC13 的 IO 测试
点击魔法棒->Output->勾选 Creat HEX File，想看操作截图可以到这里看
依次点击编译按钮，查看代码是否有问题，只要没有 Error 就没关系，点击中间的构建（Build）按钮（或 F7）就会在工程文件同目录的 Objects 生成一个与工程同名的 .hex 文件
将 STM32 通过 TTL 转 USB 连接到电脑上，工具和接线的图示看这里
打开 mcuisp 下载程序，按照这里操作，可能会遇到的问题这里也有
最后你可以尝试修改代码，如闪烁中的演示长度，并再次编译（F7）之后下载到 STM32 上
1. 这时如果 mcuisp 一直等待连接，你需要按一下板子上的 RESET 按钮重新上电
2. 也可以拔掉 USB 转 TTL 再插上电脑，然后再次点击 “开始编程” 按钮
如果你想让下载好的程序保持运行，拔掉之后，把跳线帽还原，再用任意方式上电即可

#include "stm32f10x.h"

void delay(uint32_t n) {
	uint32_t t;
	SysTick->CTRL = 0x00;
	SysTick->LOAD = n*(uint16_t)(SystemCoreClock/8000000)*1000;
	SysTick->VAL = 0x00;
	SysTick->CTRL |= 0x01;
	do {t = SysTick->CTRL;} while ((t&0x01)&&!(t&(1<<16)));
	SysTick->CTRL = 0x00;
	SysTick->VAL = 0x00;
}

void led_init(void) {
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_13;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
	GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13);
}

int main(void) {
	led_init();
	while (1) {
		GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13);
		delay(500);
		GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13);
		delay(500);
	}
}

代码分析

头文件

#include "stm32f10x.h"
// #include "stm32f10x_rcc.h"
// #include "stm32f10x_gpio.h"

理论上来说接口结构体 GPIO_InitTypeDef 定义在函数库 stm32f10x_gpio.h 中，GPIO 使能函数 RCC_APB2PeriphClockCmd 定义在函数库 stm32f10x_rcc.h 中。然而实际测试中上面三个库声明其中任意一个程序都可以正常编译，无非是 Warning 的个数会加减 2 个。

学徒我不求甚解，可能跟 keil5 这个编译软件的工作原理有关，暂时先不纠结。

引脚初始化

void led_init(void) {
	// 定义 GPIO 结构体，下面初始化接口函数使用
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	// 初始化引脚工作模式为 通用推挽输出
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	// 使用 PC13 引脚
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
	// 初始化引脚速度
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

	// 使能 GPIOC
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
	
	// 初始化指定引脚
	GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
	// 使 GPIO 输出高电平，ResetBits 是输出低电平
	GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13);
}

计时器初始化

为了实现精准的延时，我们需要了解单片机的工作频率并加以运用。幸运的是 STM32 使用的 Cortex-M3 架构处理器自带一个简易的滴答计时器（SysTick）让我们能够实现一个便于理解的计时器。

static uint8_t  D_us = 0;
static uint16_t D_ms = 0;

void delay_init(void) {
	// 设置系统 SysTick 时钟为系统时钟的 8 分频
	// 系统时钟为 72MHZ 所以 SysTick 的时钟为 9MHZ
	// 也就是说 SysTick->value 中的值每减少 1 需要花费 1/9 微秒的时间
	SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);
	
	// 获取微秒和毫秒的值
	// 微妙系数 = 系统时钟（72MHZ）/8M = 9
	D_us = SystemCoreClock/8000000;
	// 毫秒系数为微秒的 1000 倍
	D_ms = (uint16_t)D_us*1000;
}

D_us D_ms 这两个系数是定义在头文件下面的全局变量，为了在初始化中修改值，并在下面的 delay 函数中使用
STM32 可以使用多种系统时钟，这个频率也可以自己定义，但是对于初学者来说，只要知道默认的频率是 72MHZ 即可
微妙系数 D_us 可以理解为 “度过 1 微妙需要芯片运行的次数/系统震动的次数”
- 系统频率 72MHZ，8 分频后是 9MHZ，即 1s 震动 9M 次，1us 震动 9 次
同理，1ms = 1000us，因此 1ms 震动 9000 次

延时函数

// 微秒延时
void delay_us(uint32_t n) {
	uint32_t t;
	// 关闭 SysTick 定时器
	SysTick->CTRL = 0x00;
	// 修改重装载寄存器中的值
	// SysTick->LOAD = n*(uint16_t)(SystemCoreClock/8000000)*1000;
	SysTick->LOAD = n*D_us;
	// 清空计数器
	// 计数器 VAL 为 0 时会重载 LOAD 的值，同时 CTRL 寄存器中清除 COUNTFLAG 的标志
	SysTick->VAL = 0x00;
	// 打开定时器
	SysTick->CTRL |= 0x01;
	// SysTick->CTRL 第  0 位表示 ENABLE 定位器的使能位
	// SysTick->CTRL 第 16 位表示 COUNTFLAG
	// 上次读 CTRL 寄存器时 VAL 若为 0，则该位为 1
	// 初始化时 VAL 设为 0 后，SysTick->CTRL |= 0x01; 这条代码读取了一下 CTRL 寄存器，此时 16 位为 1，且 VAL 已经重载
	// 但接下来的 do while 循环会无条件的先执行一次 t = SysTick->CTRL; 再次读取 CTRL 此时 VAL 不为 0，因此需要等待倒数结束才能得到 t&(1<<16) = 1 从而退出 while 循环
	do { t = SysTick->CTRL; } while ((t&0x01) && !(t&(1<<16)));
	// 关闭
	SysTick->CTRL = 0x00;
	// 清空
	SysTick->VAL = 0x00;
}

配置定时器之前先关闭定时器 SysTick->CTRL = 0x00; 避免数据错乱
SysTick->LOAD 为计数数量，1us 需要震动 D_us 次，nus 需要震动 n*D_us 次
打开定时器 SysTick->CTRL |= 0x01; 后，定时器就会开始对系统震动进行计数
do while 循环不断检测打开定时器后震动次数是否达到 n*D_us，次数到达后结束循环

毫秒级延时同理

void delay_ms(uint32_t n) {
	uint32_t t;
	SysTick->CTRL = 0x00;
	SysTick->LOAD = n*D_ms;
	SysTick->VAL = 0x00;
	SysTick->CTRL |= 0x01;
	do { t = SysTick->CTRL; } while ((t&0x01) && !(t&(1<<16)));
	SysTick->CTRL = 0x00;
	SysTick->VAL = 0x00;
}

甚至可以这样

void delay(uint8_t type,  uint32_t n) {
	uint32_t t;
	SysTick->CTRL = 0x00;
	SysTick->LOAD = n*(type?D_ms:D_us);
	SysTick->VAL = 0x00;
	SysTick->CTRL |= 0x01;
	do { t = SysTick->CTRL; } while ((t&0x01)&&!(t&(1<<16)));
	SysTick->CTRL = 0x00;
	SysTick->VAL = 0x00;
}

点灯

int main(void) {
	delay_init();
	led_init();
	while (1) {
		// 输出低电平开灯
		GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13);
		delay(1, 100000);
		// 输出高电平关灯
		GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13);
		delay(1, 100000);
	}
}

进入 main() 函数首先初始化我们需要用到的模块
尝试把 1 改成 0 查看代码运行结果

末尾闲言

曾经拿 32 做了一个小电子琴当课设，现在重新学习 32 想复刻却没找到任何资料，只找到一篇自己写的电灯博客。环境搭建倒是记录的挺详细的，里面粘贴的代码却完全没有解释。

本篇入门就先以把初学接触到的代码完全理解为目标进行学习，成果如上，希望能对各位以及未来的我有所帮助。

参考文章

参考视频

小马哥STM32F103最小系统板开发课程视频

H_On

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