基于STM32的嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)第一章[章節(jié)講課]

1、LOGO LOGO 基于STM32的嵌入式 系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì) 第一章 STM32基本原理 主講教師主講教師: EMAL: 博客：博客：http:/ 交流論壇：交流論壇：http:/ 開發(fā)板和教程：開發(fā)板和教程： http:/ 1 要點(diǎn) STM32性能和結(jié)構(gòu)性能和結(jié)構(gòu) CortexM3處理器處理器 輸入輸出端口輸入輸出端口GPIO 引腳、電源和時(shí)鐘樹引腳、電源和時(shí)鐘樹 模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換 中斷中斷 定時(shí)器定時(shí)器 DMA 靈活的靈活的FSMC 同步和異步串行接口同步和異步串行接口 2章節(jié)課件 第一章第一章 STM32STM32基本原理基本原理 學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)STM32STM32需要從原理入手，為

2、硬件、軟件、操作系統(tǒng)、需要從原理入手，為硬件、軟件、操作系統(tǒng)、 工程實(shí)踐學(xué)習(xí)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。工程實(shí)踐學(xué)習(xí)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。 本章的第一部分是本章的第一部分是STM32STM32的性能和結(jié)構(gòu)，然后是對(duì)的性能和結(jié)構(gòu)，然后是對(duì) Cortex M3Cortex M3處理器的分析，之后是地址映射、引腳功能處理器的分析，之后是地址映射、引腳功能 描述、電源連接、復(fù)位和時(shí)鐘控制描述、電源連接、復(fù)位和時(shí)鐘控制RCCRCC、輸入輸出端口、輸入輸出端口 GPIOGPIO、ADCADC和和DACDAC、中斷、中斷、DMADMA、定時(shí)器、同步串行通信、定時(shí)器、同步串行通信 SPISPI和和I2CI2C、同步異步

3、串行通信、同步異步串行通信USARTUSART，最后是靈活的存，最后是靈活的存 儲(chǔ)器控制儲(chǔ)器控制FSMCFSMC。 通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，既可以掌握通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，既可以掌握STM32STM32的全貌，也可以學(xué)的全貌，也可以學(xué) 習(xí)到重要的關(guān)于習(xí)到重要的關(guān)于Cortex M3Cortex M3處理器內(nèi)核和處理器內(nèi)核和STM32STM32器件的器件的 細(xì)節(jié)信息細(xì)節(jié)信息 3章節(jié)課件 1.1 STM321.1 STM32性能和結(jié)構(gòu)性能和結(jié)構(gòu) 1.1.1總體性能 以高密度的STM32F103VET6為例，能適合一般項(xiàng)目的 需要，價(jià)格在30元以下，避免由于FLASH和RAM太小 造成的瓶頸。 VET6的含義為：

4、 V的含義為100pins,即100個(gè)管腳。 E表示512KB的FLASH。 T表示LQFP封裝。 6 表示-40到85度的溫度范圍。 4章節(jié)課件 1.1 STM321.1 STM32性能和結(jié)構(gòu)性能和結(jié)構(gòu) 1.1.2 1.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析 5章節(jié)課件 1.1 STM321.1 STM32性能和結(jié)構(gòu)性能和結(jié)構(gòu) 1.1.2 1.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析 (1)Cortex-M3 CPU所在之處，是司令部是大腦。所在之處，是司令部是大腦。 (2)總線矩陣總線矩陣 (3)FLASH通過(guò)通過(guò)FLASH接口連接接口連接CPU。 (4)靜態(tài)存儲(chǔ)器靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAM通過(guò)總線矩陣連接通過(guò)

5、總線矩陣連接CPU。 (5)復(fù)位和時(shí)鐘控制復(fù)位和時(shí)鐘控制RCC。 (6)低速低速APB1外設(shè)外設(shè)。 (7)低速低速APB2外設(shè)。外設(shè)。 (8)可變靜態(tài)存儲(chǔ)控制器可變靜態(tài)存儲(chǔ)控制器FSMC。 (9)DMA通道。通道。 6章節(jié)課件 1.1 STM321.1 STM32性能和結(jié)構(gòu)性能和結(jié)構(gòu) 1.1.3 1.1.3 芯片封裝和管腳概述芯片封裝和管腳概述 7章節(jié)課件 1.2 Cortex M31.2 Cortex M3處理器處理器 1.2.1 Cortex-M31.2.1 Cortex-M3的定位和應(yīng)用的定位和應(yīng)用 從圖從圖1.2.1可見，嵌入式處理器核可見，嵌入式處理器核CortexM3，容，容 量量

6、(Capability)和執(zhí)行功能和執(zhí)行功能(Performance Functionality)都居中，但其性價(jià)比是當(dāng)今最好的都居中，但其性價(jià)比是當(dāng)今最好的 品種之一，也是現(xiàn)在最流行的品種之一。品種之一，也是現(xiàn)在最流行的品種之一。 8章節(jié)課件 1.2 Cortex M31.2 Cortex M3處理器處理器 1.2.2 Cortex-M31.2.2 Cortex-M3處理器結(jié)構(gòu)處理器結(jié)構(gòu) 9章節(jié)課件 1.2 Cortex M31.2 Cortex M3處理器處理器 1.2.2 Cortex-M31.2.2 Cortex-M3處理器結(jié)構(gòu)處理器結(jié)構(gòu) 10章節(jié)課件 1.2 Cortex M31.2

7、 Cortex M3處理器處理器 1.2.3 Cortex-M31.2.3 Cortex-M3寄存器寄存器 11章節(jié)課件 1.2 Cortex M31.2 Cortex M3處理器處理器 1.2.3 Cortex-M31.2.3 Cortex-M3寄存器寄存器 12章節(jié)課件 1.2 Cortex M31.2 Cortex M3處理器處理器 1.2.3 Cortex-M31.2.3 Cortex-M3寄存器寄存器 特殊功能寄存器特殊功能寄存器 13章節(jié)課件 1.2 Cortex M31.2 Cortex M3處理器處理器 1.2.3 Cortex-M31.2.3 Cortex-M3寄存器寄存器

8、14章節(jié)課件 1.2 Cortex M31.2 Cortex M3處理器處理器 1.2.4 1.2.4 堆棧堆棧 15章節(jié)課件 1.2 Cortex M31.2 Cortex M3處理器處理器 1.2.4 1.2.4 堆棧堆棧 16章節(jié)課件 1.3 STM321.3 STM32存儲(chǔ)地址映射存儲(chǔ)地址映射 存儲(chǔ)地址映射存儲(chǔ)地址映射P12 圖圖1-7 17章節(jié)課件 1.3 STM321.3 STM32存儲(chǔ)地址映射存儲(chǔ)地址映射 18章節(jié)課件 1.3 STM321.3 STM32存儲(chǔ)地址映射存儲(chǔ)地址映射 代碼分析，代碼分析，P13代碼代碼1-2 到到1-6 說(shuō)明如何訪問(wèn)串口寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)到串口說(shuō)明

9、如何訪問(wèn)串口寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)到串口 19章節(jié)課件 1.4 1.4 引腳功能描述引腳功能描述 引腳功能來(lái)源于數(shù)據(jù)手冊(cè)，注意復(fù)用功能引腳功能來(lái)源于數(shù)據(jù)手冊(cè)，注意復(fù)用功能 20章節(jié)課件 1.61.6復(fù)位和時(shí)鐘控制復(fù)位和時(shí)鐘控制RCCRCC 復(fù)位分三種形式，電源復(fù)位、系統(tǒng)復(fù)位和備份區(qū)域復(fù)位。復(fù)位分三種形式，電源復(fù)位、系統(tǒng)復(fù)位和備份區(qū)域復(fù)位。 1.6.1 復(fù)復(fù) 位位 21章節(jié)課件 1.61.6復(fù)位和時(shí)鐘控制復(fù)位和時(shí)鐘控制RCCRCC 通常，通常，STM32主頻在主頻在72M,而外時(shí)鐘選擇而外時(shí)鐘選擇8M，因此必須通過(guò)倍頻獲得。，因此必須通過(guò)倍頻獲得。 1.6.2時(shí)鐘源時(shí)鐘源 22章節(jié)課件 1.61.

10、6復(fù)位和時(shí)鐘控制復(fù)位和時(shí)鐘控制RCCRCC 時(shí)鐘樹圖解了各個(gè)設(shè)備時(shí)鐘的來(lái)源。時(shí)鐘樹圖解了各個(gè)設(shè)備時(shí)鐘的來(lái)源。 參考參考P19頁(yè)圖頁(yè)圖1-11 STM32時(shí)鐘樹。時(shí)鐘樹。 問(wèn)題：?jiǎn)栴}：STM32定時(shí)器定時(shí)器1是是APB2外設(shè)，請(qǐng)外設(shè)，請(qǐng) 從晶振開始，分析器定時(shí)器從晶振開始，分析器定時(shí)器1時(shí)鐘的來(lái)源時(shí)鐘的來(lái)源。 那么定時(shí)器那么定時(shí)器2呢？呢？ 23章節(jié)課件 1.71.7輸入輸出端口輸入輸出端口GPIOGPIO .1常規(guī)輸入輸出常規(guī)輸入輸出GPIOGPIO GPIO是可編程輸入是可編程輸入/輸出端口輸出端口 24章節(jié)課件 1.71.7輸入輸出端口輸入輸出端口GPIOGPIO 1.7.

11、11.7.1常規(guī)輸入輸出常規(guī)輸入輸出GPIOGPIO GPIO端口的模式模式是輸入浮空，為什端口的模式模式是輸入浮空，為什 么這樣設(shè)計(jì)？么這樣設(shè)計(jì)？ 25章節(jié)課件 1.71.7輸入輸出端口輸入輸出端口GPIOGPIO 1.7.2 GPIO1.7.2 GPIO復(fù)用復(fù)用 可以將具有復(fù)用功能的引腳的功能進(jìn)可以將具有復(fù)用功能的引腳的功能進(jìn) 行重新配置，例如配置一些管腳為行重新配置，例如配置一些管腳為ADC的管的管 腳，這些管腳就不能再作為腳，這些管腳就不能再作為GPIO使用。這使用。這 個(gè)過(guò)程叫做復(fù)用重映射。個(gè)過(guò)程叫做復(fù)用重映射。 8個(gè)個(gè)ADC通過(guò)的選擇過(guò)程通過(guò)的選擇過(guò)程P21-22。 問(wèn)題：根據(jù)問(wèn)題

12、：根據(jù)P21表表1-7，如果需要選擇一，如果需要選擇一 個(gè)引腳做個(gè)引腳做ADC輸入引腳，可以選擇哪個(gè)引腳輸入引腳，可以選擇哪個(gè)引腳 呢？為什么？呢？為什么？ 26章節(jié)課件 1.81.8模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器 .1模模- -數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器 1.模數(shù)轉(zhuǎn)換器框圖分析模數(shù)轉(zhuǎn)換器框圖分析 P23 圖圖1-13。 2.常規(guī)通道和注入通道。常規(guī)通道和注入通道。 3.參考源。參考源。 27章節(jié)課件 1.81.8模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器 .2數(shù)數(shù)- -模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器 1. 數(shù)模轉(zhuǎn)換器框圖分析數(shù)模轉(zhuǎn)換器框圖分析 P24 圖圖1-15。

13、2.參考源。參考源。 3.信號(hào)發(fā)生器功能。信號(hào)發(fā)生器功能。 28章節(jié)課件 1.91.9中斷中斷 中斷處理的優(yōu)越性 現(xiàn)實(shí)生活中的中斷的例子 中斷嵌套，現(xiàn)實(shí)生活中的中斷嵌套 STM32的先占優(yōu)先級(jí)和從優(yōu)先級(jí) 嵌入式操作系統(tǒng)與中斷的關(guān)系 29章節(jié)課件 1.91.9中斷中斷 1.9.1 STM321.9.1 STM32的中斷通道和中斷向量處理的中斷通道和中斷向量處理 1.STM32中斷通道。 表1-8中的中斷通道分析 2.啟動(dòng)代碼設(shè)置中斷向量表 代碼1-7分析 3.復(fù)位中斷的處理 代碼1-8分析 30章節(jié)課件 1.91.9中斷中斷 1.9.2 STM321.9.2 STM32外部中斷外部中斷 STM3

14、2外部中斷的來(lái)源。 分析P29圖1-16,說(shuō)明全部中斷輸入線的來(lái)源。 是否可以用PA0和PB0同時(shí)作為外部中斷？ 是否可以用PA0和PB1同時(shí)作為外部中斷？ 為什么？ 31章節(jié)課件 1.91.9中斷中斷 1.9.3 STM321.9.3 STM32中斷優(yōu)先級(jí)分組中斷優(yōu)先級(jí)分組 優(yōu)先級(jí)越高，數(shù)值越低！ 搶占優(yōu)先級(jí)相同的任務(wù)，響應(yīng)優(yōu)先級(jí)高的先響應(yīng)，但不能互相搶占；搶 占優(yōu)先級(jí)不同的，可以搶占低優(yōu)先級(jí)的CPU。 分析P30串口串口和按鍵中斷的例子，假設(shè)將優(yōu)先級(jí)互換會(huì)產(chǎn)生什么樣的 結(jié)果呢？ 32章節(jié)課件 1.10 1.10 直接存儲(chǔ)器存取直接存儲(chǔ)器存取DMADMA 直接存儲(chǔ)器存取(DMA)用來(lái)提供在外

15、設(shè)和存 儲(chǔ)器之間或者存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器之間的高速 的無(wú)需CPU干預(yù)的數(shù)據(jù)傳輸。 33章節(jié)課件 1.10 DMA1.10 DMA 1.10.1 DMA1.10.1 DMA解析解析 1.圖1-17DMA框圖解析 2.從內(nèi)存到外設(shè)或從外設(shè)到內(nèi)存的DMA傳輸。 3.傳輸申請(qǐng)和仲裁。 34章節(jié)課件 1.10 DMA1.10 DMA 1.10.2 DMA1.10.2 DMA通道和請(qǐng)求通道和請(qǐng)求 1.DMA通道分配 P32表1-10和表1-11 2.仲裁機(jī)制的作用和功能。 3.通道號(hào)和優(yōu)先級(jí)。 P33圖1-18. 35章節(jié)課件 1.11 1.11 定時(shí)器定時(shí)器 1.11.1 1.11.1 系統(tǒng)滴答定時(shí)器系統(tǒng)滴答

16、定時(shí)器SysTickSysTick 1.SysTic定時(shí)器的位置和功能 2. SysTic定時(shí)器的4個(gè)寄存器 表1-12 表1-15 3. SysTic定時(shí)器編程（寄存器級(jí)別）。 P36代碼1-10. 4. SysTic定時(shí)器編程（庫(kù)函數(shù)級(jí)別）。 P36代碼1-11. 庫(kù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)原理 P36代碼1-12 36章節(jié)課件 1.11 1.11 定時(shí)器定時(shí)器 1.11.2 STM321.11.2 STM32常規(guī)定時(shí)器常規(guī)定時(shí)器 STM32的常規(guī)定時(shí)器分為三類，包括 1.高級(jí)控制定時(shí)器TIM1和TIM8 2.通用定時(shí)器TIM2、TIM3、TIM4、TIM5 3.基本定時(shí)器TIM6、TIM7 三種定時(shí)器功

17、能 P39表1-16 37章節(jié)課件 1.12 1.12 同步串行口同步串行口SPISPI和和I2C I2C 1.12.1 SPI1.12.1 SPI 串行外設(shè)接口SPI(Serial Peripheral Interface)是一種同 步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)備 以串行方式進(jìn)行通信、交換信息。 常SPI通過(guò)4個(gè)引腳與外部器件相連： 38章節(jié)課件 1.12 1.12 同步串行口同步串行口SPISPI和和I2C I2C 1.12.1 SPI1.12.1 SPI SPI時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期 在一個(gè)SPI時(shí)鐘周期內(nèi)，會(huì)完成如下操作： 1) 主機(jī)通過(guò)MOSI線發(fā)送1位數(shù)據(jù)，從機(jī)通過(guò)該線讀

18、取這1位數(shù)據(jù)； 2) 從機(jī)通過(guò)MISO線發(fā)送1位數(shù)據(jù)，主機(jī)通過(guò)該線讀 取這1位數(shù)據(jù)。 這個(gè)SPI時(shí)鐘周期，就是SCK信號(hào)的時(shí)鐘周期。因此， 該時(shí)鐘的頻率決定了SPI的傳輸速率。 SPI主從模式主從模式 SPI接口支持多從機(jī)模式，如圖1-19. 39章節(jié)課件 1.12 1.12 同步串行口同步串行口SPISPI和和I2C I2C 1.12.1 SPI1.12.1 SPI SPI框圖分析框圖分析 40章節(jié)課件 1.12 1.12 同步串行口同步串行口SPISPI和和I2C I2C 1.12.1 SPI1.12.1 SPI SPI波形圖波形圖 41章節(jié)課件 1.12 1.12 同步串行口同步串行口S

19、PISPI和和I2C I2C 1.12.2 I1.12.2 I2 2C C 1. I2C 總線是一個(gè)多主機(jī)的總線。這就是說(shuō)可以連接 多于一個(gè)能控制總線的器件到總線。主機(jī)通常是 微控制器，例如STM32。考慮數(shù)據(jù)在兩個(gè)連接到 I2C 總線的微控制器及三個(gè)I2C外設(shè)之間傳輸?shù)那闆r 如圖P43頁(yè)1-22： 42章節(jié)課件 1.12 1.12 同步串行口同步串行口SPISPI和和I2C I2C 1.12.2 I1.12.2 I2 2C C 43章節(jié)課件 1.12 1.12 同步串行口同步串行口SPISPI和和I2C I2C 1.12.2 I1.12.2 I2 2C C 44章節(jié)課件 1.12 1.12 同步串行口同步串行口SPISPI和和I2C I2C 1.12.2 I1.12.2 I2 2C C 45章節(jié)課件 1.12 1.12 同步串行口同步串行口SPISPI和和I2C I2C 1.12.2 I1.12.2 I2 2C C 46章節(jié)課件 1.131.13同步異步收發(fā)器同步異步收發(fā)器USARTUSART 47章節(jié)課件 1.13 1.13 同步異步收發(fā)器同步異步收發(fā)器USARTUSART 48章節(jié)課件 1.13 1.13