《STM32單片機概述》課件

STM32單片機概述STM32單片機系列概述STM32單片機是意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）推出的32位ARMCortex-M系列微控制器產(chǎn)品，在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。STM32單片機系列產(chǎn)品豐富，擁有多種型號，涵蓋不同性能、外設(shè)和封裝，滿足各種應(yīng)用需求。STM32單片機系列包括STM32F0、STM32F1、STM32F2、STM32F3、STM32F4、STM32F7、STM32H7、STM32L0、STM32L1、STM32L4、STM32WB、STM32G0、STM32G4、STM32L5、STM32MP1等，不同系列產(chǎn)品擁有不同的特點，適合不同應(yīng)用場景。STM32單片機發(fā)展歷史12007年，意法半導(dǎo)體推出第一款基于ARMCortex-M3內(nèi)核的STM32微控制器，開啟了STM32單片機系列的時代。22010年，STM32單片機產(chǎn)品線不斷擴展，推出STM32F2系列，采用性能更高的ARMCortex-M3內(nèi)核，并集成更多外設(shè)。32012年，STM32單片機產(chǎn)品線繼續(xù)擴展，推出STM32F4系列，采用ARMCortex-M4內(nèi)核，并集成了浮點運算單元（FPU），進(jìn)一步提升了性能。42015年，STM32單片機產(chǎn)品線再次擴展，推出STM32F7系列，采用ARMCortex-M7內(nèi)核，并集成雙精度浮點運算單元（DFPU），性能大幅提升。STM32單片機的特點高性能STM32單片機采用ARMCortex-M系列內(nèi)核，具有高性能、低功耗的特點，可以滿足各種應(yīng)用場景的需求。低功耗STM32單片機擁有多種低功耗模式，可以有效降低功耗，延長電池續(xù)航時間。豐富的外設(shè)STM32單片機擁有豐富的外設(shè)資源，包括GPIO、ADC、DAC、SPI、I2C、USART、定時器、DMA等，可以滿足各種應(yīng)用場景的需求。易于開發(fā)STM32單片機擁有完善的開發(fā)工具和豐富的開發(fā)資源，如Keil、IAR、STM32CubeMX等，方便開發(fā)者進(jìn)行開發(fā)和調(diào)試。STM32單片機架構(gòu)內(nèi)核STM32單片機采用ARMCortex-M系列內(nèi)核，負(fù)責(zé)指令執(zhí)行和控制，是整個系統(tǒng)的核心部分。1存儲器系統(tǒng)包括閃存、SRAM、EEPROM等，用于存儲程序代碼、數(shù)據(jù)和配置信息。2外設(shè)包括GPIO、ADC、DAC、SPI、I2C、USART、定時器、DMA等，用于與外部設(shè)備進(jìn)行通信和控制。3電源系統(tǒng)負(fù)責(zé)為整個系統(tǒng)提供電源，并管理電源的分配和轉(zhuǎn)換。4時鐘系統(tǒng)負(fù)責(zé)為系統(tǒng)提供時鐘信號，并控制時鐘頻率和切換。5STM32單片機內(nèi)核介紹ARMCortex-M0是一款低功耗、低成本的內(nèi)核，適用于簡單的應(yīng)用場景，如傳感器節(jié)點、無線通信等。ARMCortex-M3是一款性能更高的內(nèi)核，適用于中等復(fù)雜度的應(yīng)用場景，如工業(yè)控制、電機控制等。ARMCortex-M4是一款集成了浮點運算單元（FPU）的內(nèi)核，適用于需要高性能計算的應(yīng)用場景，如圖像處理、音頻處理等。ARMCortex-M7是一款性能最強的內(nèi)核，適用于需要最高性能的應(yīng)用場景，如高速數(shù)據(jù)采集、機器學(xué)習(xí)等。STM32單片機內(nèi)核性能對比168MHzARMCortex-M7120MHzARMCortex-M472MHzARMCortex-M348MHzARMCortex-M0STM32單片機外設(shè)介紹通用輸入輸出端口(GPIO)用于與外部器件進(jìn)行通信，可以配置為輸入、輸出、中斷、模擬等模式。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，廣泛應(yīng)用于傳感器數(shù)據(jù)采集、電壓測量等。數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)用于將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，應(yīng)用于音頻輸出、電壓控制等。STM32單片機存儲器系統(tǒng)1閃存(FlashMemory)用于存儲程序代碼、數(shù)據(jù)和配置信息，具有非易失性，即使斷電后數(shù)據(jù)也不會丟失。2SRAM(StaticRAM)用于存儲程序數(shù)據(jù)和變量，具有易失性，斷電后數(shù)據(jù)會丟失。3EEPROM(ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory)用于存儲少量數(shù)據(jù)，具有非易失性，可以多次擦寫。STM32單片機時鐘系統(tǒng)內(nèi)部高速時鐘(HSI)由內(nèi)部RC振蕩器產(chǎn)生，頻率為16MHz，作為系統(tǒng)默認(rèn)時鐘源。外部高速時鐘(HSE)由外部晶體振蕩器產(chǎn)生，頻率可根據(jù)需求選擇，如8MHz、12MHz、25MHz等，作為系統(tǒng)高速時鐘源。低速時鐘(LSI)由內(nèi)部RC振蕩器產(chǎn)生，頻率為32kHz，用于低功耗模式。低速外部時鐘(LSE)由外部晶體振蕩器產(chǎn)生，頻率為32kHz，用于RTC、低功耗模式等。STM32單片機電源系統(tǒng)電源管理單元(PMU)負(fù)責(zé)管理電源，控制電源的分配和轉(zhuǎn)換。外部電源(Vdd)為系統(tǒng)提供主電源，通常為3.3V或5V。內(nèi)部電源(Vref)由內(nèi)部穩(wěn)壓器產(chǎn)生，用于ADC、DAC等外設(shè)。低功耗模式電源(Vbat)用于低功耗模式，可以由電池或超級電容供電。STM32單片機時鐘頻率選擇1選擇合適的時鐘源根據(jù)應(yīng)用場景選擇合適的時鐘源，如HSI、HSE、LSI、LSE等，以滿足性能、功耗和成本等方面的需求。2設(shè)置時鐘頻率通過配置時鐘系統(tǒng)，設(shè)置系統(tǒng)時鐘頻率，以滿足程序運行和外設(shè)工作所需的時鐘速率。3優(yōu)化時鐘頻率根據(jù)實際應(yīng)用場景，對時鐘頻率進(jìn)行優(yōu)化，以提高系統(tǒng)性能或降低功耗。STM32單片機復(fù)位系統(tǒng)上電復(fù)位當(dāng)STM32單片機上電時，系統(tǒng)會自動復(fù)位，從啟動地址開始執(zhí)行程序代碼。1外部復(fù)位通過外部復(fù)位信號，如按鍵或電路復(fù)位，可以強制系統(tǒng)復(fù)位。2軟件復(fù)位通過調(diào)用特定的軟件函數(shù)，可以實現(xiàn)軟件復(fù)位，重新啟動程序。3看門狗復(fù)位如果系統(tǒng)程序運行出現(xiàn)故障，看門狗會觸發(fā)復(fù)位，確保系統(tǒng)正常運行。4STM32單片機中斷系統(tǒng)概述STM32單片機中斷系統(tǒng)詳解中斷源STM32單片機有多個中斷源，如GPIO中斷、定時器中斷、ADC中斷、USART中斷等，每個中斷源都有一個對應(yīng)的中斷向量。中斷優(yōu)先級每個中斷源可以設(shè)置中斷優(yōu)先級，當(dāng)多個中斷源同時觸發(fā)時，系統(tǒng)會優(yōu)先處理優(yōu)先級高的中斷。中斷處理函數(shù)每個中斷源都對應(yīng)一個中斷處理函數(shù)，當(dāng)中斷觸發(fā)時，系統(tǒng)會跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)的中斷處理函數(shù)進(jìn)行處理。STM32單片機DMA系統(tǒng)概述1直接內(nèi)存訪問(DMA)DMA是一種數(shù)據(jù)傳輸方式，可以將數(shù)據(jù)直接從一個地址空間傳輸?shù)搅硪粋€地址空間，無需CPU參與。2DMA控制器DMA控制器負(fù)責(zé)管理DMA傳輸，包括數(shù)據(jù)源地址、目標(biāo)地址、傳輸長度等。3DMA通道每個DMA控制器可以有多個DMA通道，每個通道可以獨立進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。STM32單片機DMA系統(tǒng)工作原理1CPU通過DMA控制器配置DMA傳輸參數(shù)，包括數(shù)據(jù)源地址、目標(biāo)地址、傳輸長度等。2DMA控制器根據(jù)配置參數(shù)啟動DMA傳輸，并將數(shù)據(jù)直接從數(shù)據(jù)源地址傳輸?shù)侥繕?biāo)地址。3DMA傳輸完成后，DMA控制器會向CPU發(fā)送中斷信號，通知CPUDMA傳輸已完成。STM32單片機DMA應(yīng)用實例ADC數(shù)據(jù)采集使用DMA將ADC采集到的數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)絻?nèi)存，減少CPU負(fù)擔(dān)，提高數(shù)據(jù)采集效率。串口通信使用DMA將數(shù)據(jù)從內(nèi)存直接傳輸?shù)経SART，減少CPU負(fù)擔(dān)，提高串口通信速度。STM32單片機ADC系統(tǒng)概述模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，廣泛應(yīng)用于傳感器數(shù)據(jù)采集、電壓測量等。電壓測量使用ADC測量電壓，可以實現(xiàn)電池電壓監(jiān)控、電源電壓監(jiān)測等功能。傳感器數(shù)據(jù)采集使用ADC采集傳感器數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)溫度、濕度、光照強度等參數(shù)的監(jiān)測。STM32單片機ADC系統(tǒng)工作原理模擬信號輸入將模擬信號輸入到ADC的輸入通道，通過緩沖放大器進(jìn)行放大。采樣保持電路采樣保持電路將模擬信號轉(zhuǎn)換成一個穩(wěn)定的電壓，以便進(jìn)行量化。量化器量化器將采樣后的電壓值轉(zhuǎn)換成一個數(shù)字值，并輸出到ADC的結(jié)果寄存器。STM32單片機ADC應(yīng)用實例溫度傳感器采集使用ADC采集溫度傳感器輸出的模擬信號，可以實現(xiàn)溫度監(jiān)測功能。光照強度測量使用ADC采集光敏電阻輸出的模擬信號，可以實現(xiàn)光照強度測量功能。電壓測量使用ADC測量電池電壓、電源電壓等，可以實現(xiàn)電源管理功能。STM32單片機GPIO系統(tǒng)概述通用輸入輸出端口(GPIO)用于與外部器件進(jìn)行通信，可以配置為輸入、輸出、中斷、模擬等模式。GPIO引腳每個GPIO端口包含多個GPIO引腳，每個引腳可以獨立配置和控制。GPIO模式GPIO引腳可以配置為輸入模式、輸出模式、中斷模式、模擬模式等，以滿足不同的應(yīng)用場景。STM32單片機GPIO系統(tǒng)應(yīng)用實例控制LED將GPIO引腳配置為輸出模式，并控制GPIO引腳的高低電平，可以實現(xiàn)控制LED亮滅的功能。讀取按鍵將GPIO引腳配置為輸入模式，并讀取GPIO引腳的電平狀態(tài)，可以實現(xiàn)讀取按鍵狀態(tài)的功能。中斷控制將GPIO引腳配置為中斷模式，當(dāng)GPIO引腳發(fā)生電平變化時，會觸發(fā)中斷，可以實現(xiàn)中斷控制的功能。STM32單片機定時器系統(tǒng)概述STM32單片機定時器系統(tǒng)工作原理1定時器會定期計數(shù)，計數(shù)器值會隨著時間的推移而遞增。2當(dāng)計數(shù)器值到達(dá)預(yù)設(shè)的值時，會觸發(fā)定時器中斷或其他事件。3定時器中斷可以用于控制系統(tǒng)執(zhí)行特定的操作，如定時器周期性執(zhí)行任務(wù)、延時等。STM32單片機定時器系統(tǒng)應(yīng)用實例延時使用定時器實現(xiàn)延時功能，可以控制程序執(zhí)行的間隔時間。周期性任務(wù)使用定時器實現(xiàn)周期性執(zhí)行任務(wù)的功能，如定時器周期性讀取傳感器數(shù)據(jù)、控制LED閃爍等。PWM控制使用定時器實現(xiàn)PWM控制功能，可以實現(xiàn)電機速度控制、LED亮度調(diào)節(jié)等功能。STM32單片機USART通信系統(tǒng)概述通用同步異步收發(fā)器(USART)用于與外部設(shè)備進(jìn)行串行通信，支持異步和同步兩種通信模式。USART通信協(xié)議USART通信協(xié)議定義了數(shù)據(jù)傳輸格式、數(shù)據(jù)速率、校驗方式等參數(shù)，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。USART外設(shè)STM32單片機集成USART外設(shè)，方便開發(fā)者進(jìn)行串行通信。STM32單片機USART通信系統(tǒng)工作原理數(shù)據(jù)發(fā)送CPU將數(shù)據(jù)寫入USART發(fā)送緩沖區(qū)，USART外設(shè)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行信號發(fā)送到外部設(shè)備。數(shù)據(jù)接收外部設(shè)備將數(shù)據(jù)發(fā)送到USART接收緩沖區(qū)，USART外設(shè)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行信號，CPU從接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。校驗USART外設(shè)可以根據(jù)配置參數(shù)進(jìn)行校驗，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。STM32單片機USART通信系統(tǒng)應(yīng)用實例與PC通信使用USART與PC進(jìn)行通信，可以實現(xiàn)上位機軟件控制STM32單片機、STM32單片機將數(shù)據(jù)傳送到PC等功能。與其他微控制器通信使用USART與其他微控制器進(jìn)行通信，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、控制等功能。與GPS模塊通信使用USART與GPS模塊進(jìn)行通信，可以實現(xiàn)獲取經(jīng)緯度、時間等信息的功能。STM32單片機I2C通信系統(tǒng)概述I2C通信協(xié)議I2C是一種雙線通信協(xié)議，用于連接多個器件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和控制。實時時鐘(RTC)使用I2C與RTC模塊進(jìn)行通信，可以實現(xiàn)時間管理、定時喚醒等功能。EEPROM存儲器使用I2C與EEPROM存儲器進(jìn)行通信，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲和讀取。STM32單片機I2C通信系統(tǒng)工作原理發(fā)送器發(fā)送起始信號發(fā)送器發(fā)送起始信號，表示數(shù)據(jù)傳輸開始。發(fā)送器發(fā)送設(shè)備地址發(fā)送器發(fā)送接收器的設(shè)備地址，接收器會識別并響應(yīng)。發(fā)送器發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送器發(fā)送數(shù)據(jù)到接收器，接收器會接收數(shù)據(jù)并確認(rèn)。發(fā)送器發(fā)送停止信號發(fā)送器發(fā)送停止信號，表示數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。STM32單片機I2C通信系統(tǒng)應(yīng)用實例讀取溫度傳感器數(shù)據(jù)使用I2C與溫度傳感器進(jìn)行通信，可以讀取溫度傳感器的數(shù)據(jù)?？刂艵EPROM存儲器使用I2C與EEPROM存儲器進(jìn)行通信，可以將數(shù)據(jù)寫入EEPROM存儲器或從EEPROM存儲器讀取數(shù)據(jù)。設(shè)置RTC模塊使用I2C與RTC模塊進(jìn)行通信，可以設(shè)置RTC模塊的時間、日期等參數(shù)。STM32單片機SPI通信系統(tǒng)概述1串行外設(shè)接口(SPI)SPI是一種同步串行通信協(xié)議，用于連接多個器件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和控制。2SPI通信協(xié)議SPI通信協(xié)議定義了數(shù)據(jù)傳輸格式、數(shù)據(jù)速率、時鐘極性等參數(shù)，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?SPI外設(shè)STM32單片機集成SPI外設(shè)，方便開發(fā)者進(jìn)行串行通信。STM32單片機SPI通信系統(tǒng)工作原理1主設(shè)備發(fā)送起始信號，并發(fā)送時鐘信號，同步接收設(shè)備的時鐘。2主設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)到接收設(shè)備，同時接收設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)到主設(shè)備。3主設(shè)備發(fā)送停止信號，結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸。STM32單片機SPI通信系統(tǒng)應(yīng)用實例SD卡通信使用SPI與SD卡進(jìn)行通信，可以實現(xiàn)SD卡數(shù)據(jù)讀寫功能。LCD顯示屏通信使用SPI與LCD顯示屏進(jìn)行通信，可以實現(xiàn)LCD顯示屏顯示數(shù)據(jù)和圖像的功能。傳感器通信使用SPI與傳感器進(jìn)行通信，可以讀取傳感器的數(shù)據(jù)。STM32單片機低功耗模式概述睡眠模式一種低功耗模式，CPU停止工作，但外設(shè)仍然可以工作。停止模式一種更低功耗模式，CPU和大多數(shù)外設(shè)停止工作，只有少量外設(shè)可以工作。待機模式一種最低功耗模式，只有少量時鐘源和內(nèi)存保持工作狀態(tài)。STM32單片機低功耗模式工作原理進(jìn)入低功耗模式CPU通過執(zhí)行特定的指令或配置寄存器，進(jìn)入低功耗模式。低功耗狀態(tài)CPU停止工作或進(jìn)入低功耗狀態(tài)，降低功耗。退出低功耗模式外部中斷、定時器中斷或其他事件可以喚醒系統(tǒng)，退出低功耗模式。STM32單片機低功耗模式應(yīng)用實例延長電池續(xù)航時間使用低功耗模式可以延長電池續(xù)航時間，適用于無線傳感器節(jié)點、便攜式設(shè)備等應(yīng)用場景。降低系統(tǒng)功耗使用低功耗模式可以降低系統(tǒng)功耗，適用于需要長時間運行的系統(tǒng)，如工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集等。STM32單片機開發(fā)工具介紹STM32CubeMX一款圖形化配置工具，可以快速配置STM32單片機的時鐘、外設(shè)、引腳等參數(shù)，生成代碼，方便開發(fā)者進(jìn)行開發(fā)。Keil一款常用的嵌入式開發(fā)環(huán)境，支持多種ARM內(nèi)核，可以編譯、調(diào)試STM32單片機程序。IAREmbeddedWorkbench一款功能強大的嵌入式開發(fā)環(huán)境，支持多種ARM內(nèi)核，可以編譯、調(diào)試STM32單片機程序。STM32單片機開發(fā)環(huán)境搭建安裝開發(fā)工具安裝STM32CubeMX、Keil或IAREmbeddedWorkbench等開發(fā)工具。安裝驅(qū)動程序安裝STM32單片機對應(yīng)的驅(qū)動程序，以便開發(fā)工具識別STM32單片機。創(chuàng)建工程使用開發(fā)工具創(chuàng)建STM32單片機工程，選擇合適的芯片型號和外設(shè)配置。STM32單片機HelloWorld程序開發(fā)創(chuàng)建主函數(shù)創(chuàng)建主函數(shù)，并在主函數(shù)中添加程序代碼，如輸出“HelloWorld”字符串。配置串口配置串口外設(shè)，并使用串口發(fā)送“HelloWorld”字符串。編譯和調(diào)試編譯程序并使用開發(fā)工具進(jìn)行調(diào)試，確保程序能夠正常運行。STM32單片機LED程序開發(fā)1配置GPIO將GPIO引腳配置為輸出模式，并控制GPIO引腳的高低電平，可以實現(xiàn)控制LED亮滅的功能。2編寫LED控制代碼編寫代碼，使用GPIO函數(shù)控制LED的亮滅狀態(tài)。3編譯和調(diào)試編譯程序并使用開發(fā)工具進(jìn)行調(diào)試，確保程序能夠正常控制LED。STM32單片機按鍵程序開發(fā)配置GPIO將GPIO引腳配置為輸入模式，并設(shè)置中斷模式，以便檢測按鍵按下狀態(tài)。編寫中斷處理函數(shù)編寫中斷處理函數(shù)，在按鍵按下時執(zhí)行特定的操作，如改變LED狀態(tài)。編譯和調(diào)試編譯程序并使用開發(fā)工具進(jìn)行調(diào)試，確保程序能夠正常響應(yīng)按鍵按下。STM32單片機定時器程序開發(fā)配置定時器配置定時器的時鐘源、計數(shù)模式、計數(shù)器值等參數(shù)。編寫定時器中斷處理函數(shù)編寫定時器中斷處理函數(shù)，在定時器中斷發(fā)生時執(zhí)行特定的操作，如控制LED閃爍。編譯和調(diào)試編譯程序并使用開發(fā)工具進(jìn)行調(diào)試，確保定時器能夠正常工作，控制LED閃爍。STM32單片機中斷程序開發(fā)配置中斷源配置中斷源，如GPIO中斷、定時器中斷、ADC中斷等，并設(shè)置中斷優(yōu)先級。