Stm32学习汇总

本文最后更新于：2024年9月13日 早上

前言

得到这块板子是源于学校的一个口袋实验室的实验课程。每小组分一块正点原子的阿波罗Stm32F4的板子并要求自学。由于个人也有一定的嵌入式开发的意向，于是将Stm32学习的部分于此记录成博客。

初步介绍

全面的板子介绍在开发指南上写有。在此补充一些初学者对板子的认知，可能会方便理解一些。
Stm32的芯片其实在学校发的这块正点原子的板子只是很小的一个部分，这块板子上的绝大多数配件是配套设施很全的外设。
大概是这样的
板子的供电有两种方式，一种是直接用右上角的充电接口连接电源，另一种是通过USB SLAVE接口连接到电脑。
其中直接供电的话最高电压会高一些（16v→12v）USB SLAVE链接的是电脑usb接口所以在跑一些耗电量较大的工程时可能会带不太动。
与电脑的交互部分，我们可以通过USB SLAVE来直接下载代码以及向电脑发送串口信号。还可以通过STLink来进行电脑的下载。（关于STLink的介绍及配置）
然后是代码编辑器。使用的是keil5，需要注册。没注册的话只能编译大小受限的代码，解决方法是在网上找到了注册软件。（注意，我的这个是2020版的，网上大多是比2020更早的版本，若是后来者发现注册码无法激活，可能需要找到最新版的软件来生成。）
编辑器具体配置可以去看正点原子的官方教程，一步一步来就不会出错。

开始学习

注明：我学习的是HAL库写法，HAL库封装的功能很多并且对于初学者很友好。

Hello World

大多数东西初学的时候都会由Hello World来引入。Stm32的hello world 就是点亮第一盏LED灯。
在 main.c 中，首先得初始化HAL库 HAL_Init(); ，将HAL库引入程序。之后设置系统时钟。有一定电路基础的话就知道，时钟提供了周期性变化的电压，给整个系统确立了最小的单位时间以及维持着整个系统的时间轴，对于任和想实现的功能来说时钟是极为重要的。设置系统时钟的代码为 Stm32_Clock_Init(360,25,2,8) 。括号里的参数可以自己配置，不过对于这块板子（STM32F429）来说这些数据是固定的。（关于时钟配置的详细讲解移步这里）。
下一步是确定自己所要使用的接口，我们自己可以配置的接口也就是通用性接口是GPIO接口，这些接口可供自由使用。 GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure 可以初始化一个GPIO类型的结构体，我们可以通过这个结构体来对GPIO接口来做相应的配置。（关于GPIO的详细讲解移步这里）。
点亮LED灯，所需的接口是GPIOB 的 Pb0 | Pb1 接口。首先开启GPIOB的时钟 语句是 __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); 然后给GPIO类型的结构体赋值，大概是这样：

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GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_5; //PB1,0
GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;  //推挽输出
GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP;          //上拉
GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_HIGH;     //高速

其中第一条确定的是哪个或者哪些接口，后面的则都是在规范IO类型。
然后就是将这个结构体赋值到接口上 HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_Initure); 这句话的意思是把我们所赋值的这个结构体复制到GPIOB的接口上。

完成这一步，就已经把所用接口的准备工作做完了。
然后就是主程序部分，主程序是一个while循环，我们将在这里完善自己的程序逻辑。
点亮LED灯所需要的是给LED的两级接上高低不同的电压。通过原理图可以知道，当输出电平为低电平时LED单向导通发亮。因此假如发亮就得让GPIO口输出电平为低，反之则为高。
原理图是这样的
我们可以通过 HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_SET); 来将GPIOB的PB1接口设置为高电平。 HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_RESET); 将GPIOB的PB1接口设置为低电平。只要在函数里加上这两条语句，就能使LED亮灭了。
但是假如直接这么写的话你会发现LED好像是恒亮的，这是因为由于人眼的视觉暂留因素，高频率的亮灭无法让人区分。因此我们可以在这两条亮灭语句后各添一条延时函数，让LED保持状态一段时间。常用的是 delay() 函数，当然也可以自己写一个简单的循环，按照之前打OI的经历，大概2e8次空循环是1s。

代码如下：

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#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
void Delay(__IO uint32_t nCount);
void Delay(__IO uint32_t nCount){while(nCount--){}}
int main(void)
{
    HAL_Init();//HAL库初始化  
    Stm32_Clock_Init(360,25,2,8);//系统时钟确立

    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();//GPIOB口时钟确立
	GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
    GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1; //PB1,0
    GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;  
    GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP;          
    GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_HIGH;     
    HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_Initure);

	while(1)
	{
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_SET);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_SET);
		Delay(0x7FFFFF);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_RESET);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_0,GPIO_PIN_RESET);
		Delay(0x7FFFFF);
	}
}

一些要点

GPIO

介绍

GPIO代表“通用输入/输出”。是集成电路上的一种引脚，没有特定功能。虽然大多数引脚都有特定用途，例如向某个组件发送信号，但 GPIO 引脚的功能是可定制的，并且可以通过软件控制。
GPIO 接口变化很大。在某些情况下，一组可以作为一组切换到输入或输出的引脚。在其他情况下，每个引脚都可以设置为接受或提供不同的逻辑电压，具有可配置的驱动强度和上拉/下拉。输入和输出电压通常受限于带有 GPIO 的设备的电源电压，并且可能会被更高的电压损坏。（所以要小心输入）

GPIO 功能可能包括：
GPIO 引脚可配置为输入或输出
GPIO 引脚可以启用/禁用
输入值是可读的（通常是高低电平）
输出值是可写/可读的
输入值通常可以用作IRQ（通常用于唤醒事件）

Stm32中的GPIO配置

首先是开启时钟 __GPIOA_CLK_ENABLE();//使能GPIOA时钟 以及配置GPIO输入输出模式。
GPIO_InitTypeDef结构体定义有一些赋值项，在HAL库中我们通过为这些元素赋值来控制GPIO。

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typedef struct
{
uint32_t Pin; //指定 IO 口
uint32_t Mode; //模式设置
uint32_t Pull; //上下拉设置
uint32_t Speed; //速度设置
uint32_t Alternate;//复用映射配置
}GPIO_InitTypeDef;

(1) uint32_t Pin 指定了输出的IO口，可以是一个可以是多个，多个IO口用或(|)符号隔开。
(2) uint32_t Mode 设置了输入输出的模式，模式一共有以下八种：

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GPIO_Mode_AIN             /*模拟输入，特点：应用ADC模拟输入，或者低功耗下省电*/
 
GPIO_Mode_IN_FLOATING     /*浮空输入，特点：浮空输入一般多用于外部按键输入，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*/
 
GPIO_Mode_IPD             /*下拉输入，特点：默认低电平*/
 
GPIO_Mode_IPU             /*上拉输入，特点：默认高电平*/
 
GPIO_Mode_Out_OD          /*开漏输出，特点：IO输出0接GND，IO输出1，悬空；接上拉电阻才可以输出高电平，上升沿速度慢。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)；可以将多个开漏输出的Pin，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。*/
 
GPIO_Mode_Out_PP          /*推挽输出，特点：可以输出高,低电平，导通损耗小，效率高，读输入值是未知的*/
 
GPIO_Mode_AF_OD           /*复用开漏输出，特点：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），如：片内外设功能（TX1,MOSI,MISO.SCK.SS）*/
 
GPIO_Mode_AF_PP           /*复用推挽输出，特点：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），如：片内外设功能（I2C的SCL,SDA）*/

GPIO引脚的各种IO模式电路

(3) uint32_t Pull 区分这个GPIO口用于输入还是输出,输出模式的话一般是 no pull 。这样可以正确输出目标值。
当输入模式的时候，需要根据输入值来配置，若默认输入为高电平，则需要 pull up ，反之 pull down 。
上拉(pull up)是对器件注入电流，下拉是输出电流，上拉就是将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平，电阻同时起到限流作用；而下拉就是将不确定的信号通过一个电阻钳位在低电平，电阻同时起到限流作用。
(4) uint32_t Speed 规定输出电路的响应速度，可以理解为输出电路的带宽，涉及到信号失真问题。同时，速度配置越高，噪声越大，功耗越大。
(5) uint32_t Alternate 接口的复用功能，可作为I2C，SPI，USART等通讯接口。此时GPIO的作用不是通用的输入输出。此时端口的输出模式需要配置为复用状态。

GPIO常用函数汇总

GPIO接口初始化
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 void HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef  *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init);
/************************************
功能:根据指定参数初始化GPIOx外设
参数定义:
GPIOx：其中x可以是（A..H），用于选择STM32L4系列的GPIO外设
GPIO_Init：指向GPIO_InitTypeDef结构的指针，该结构包含指定GPIO外设的配置信息。
***********************************/
GPIO接口去初始化
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void HAL_GPIO_DeInit(GPIO_TypeDef  *GPIOx, uint32_t GPIO_Pin);
/************************************
功能:将GPIOx外设寄存器解除初始化为其默认复位值。
参数定义:
GPIOx：其中x可以是（A..H），用于选择STM32L4系列的GPIO外设
GPIO_Pin：指定要写入的端口位;此参数可以是GPIO_Pin_x的任意组合，其中x可以是（0..15）。
***********************************/
读取GPIO的值
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GPIO_PinState HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
/************************************
参数定义:
GPIOx：其中x可以是（A..H），用于选择STM32L4系列的GPIO外设
GPIO_Pin：指定要写入的端口位;此参数可以是GPIO_Pin_x的任意组合，其中x可以是（0..15）。
返回值:端口引脚值
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向指定接口写入值
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void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)
/************************************
参数定义:
GPIOx：其中x可以是（A..H），用于选择STM32L4系列的GPIO外设
GPIO_Pin：指定要写入的端口位;此参数可以是GPIO_Pin_x的任意组合，其中x可以是（0..15）。
PinState:指定要写入的值
   *此参数可以是GPIO_PinState枚举值之一：
   *  GPIO_PIN_RESET：清0
   *  GPIO_PIN_SET：置1
***********************************/
对GPIO值取反和锁定
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void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
HAL_StatusTypeDef HAL_GPIO_LockPin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

/************************************
参数定义:
GPIOx：其中x可以是（A..H），用于选择STM32L4系列的GPIO外设
GPIO_Pin：指定要写入的端口位;此参数可以是GPIO_Pin_x的任意组合，其中x可以是（0..15）。

***********************************/
GPIO中断
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void  HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(uint16_t GPIO_Pin);
__weak void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin);
/***************************************
功能:
 HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler: 中断请求标志位清零并进入回调函数
 HAL_GPIO_EXTI_Callback: 中断服务函数
 EXTI线路检测回调。
__weak:__weak 修饰符的函数，用户可以在用户文件中重新定义一个同名函数，最终编译器编译的时候，会选择用户定义的函数，如果用户没有重新定义这个函数，那么编译器就会执行__weak 声明的函数，并且编译器不会报错。
****************************************/

时钟

时钟是电路的脉搏，这个形容我感觉很贴切，系统时钟的频率很高，统一使用系统时钟（高频）会造成功耗的无意义消耗。STM32F429的时钟有很多源，可以支持许多繁杂的外设。
这是STM32F429的系统时钟图
STM32有五个时钟源，分别是：HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。
①、LSI 是低速内部时钟，RC 振荡器，频率为 32kHz 左右。供独立看门狗和自动唤醒单元使用。
②、LSE 是低速外部时钟，接频率为 32.768kHz 的石英晶体。这个主要是 RTC 的时钟源。
③、HSE 是高速外部时钟，可接石英/陶瓷谐振器，或者接外部时钟源，频率范围为 4MHz~26MHz。
我们的开发板接的是 25M 的晶振。HSE 也可以直接做为系统时钟或者 PLL 输入。
④、HSI 是高速内部时钟，RC 振荡器，频率为 16MHz。可以直接作为系统时钟或者用作 PLL
输入。
⑤、PLL 为锁相环倍频输出。STM32F4 有三个 PLL:

1） 主 PLL(PLL)由 HSE 或者 HSI 提供时钟信号，并具有两个不同的输出时钟。
第一个输出 PLLP 用于生成高速的系统时钟（最高 180MHz）
第二个输出 PLLQ 为 48M 时钟，用于 USB OTG FS 时钟，随机数发生器的时钟和 SDIO
时钟。
2） 第一个专用 PLL(PLLI2S)用于生成精确时钟，在 I2S 和 SAI1 上实现高品质音频性能。其
中，N 是用于 PLLI2S vco 的倍频系数，其取值范围是：192~432；R 是 I2S 时钟的分频系
数，其取值范围是：2-7；Q 是 SAI 时钟分频系数，其取值范围是：2-15；P 没用到。
3） 第二个专用 PLL(PLLSAI)同样用于生成精确时钟，用于 SAI1 输入时钟，同时还为 LCD_TFT
接口提供精确时钟。其中，N 是用于 PLLSAI vco 的倍频系数，其取值范围是：192~432；
Q 是 SAI 时钟分频系数，其取值范围是：2~15；R 是 LTDC 时钟的分频系数，其取值范
围是：2~7；P 没用到
嵌入式
大学 嵌入式 Stm32

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