基于STM32的嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)第一章ppt課件

1、1STM32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(shù)引腳、電源和時(shí)鐘樹(shù)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 學(xué)習(xí)STM32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)。 本章的第一部分是STM32的性能和結(jié)構(gòu)，然后是對(duì)Cortex M3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RCC、輸入輸出端口GPIO、ADC和DAC、中斷、DMA、定時(shí)器、同步串行通信SPI和I2C、同步異步串行通信USART，最后是

2、靈活的存儲(chǔ)器控制FSMC。 通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，既可以掌握STM32的全貌，也可以學(xué)習(xí)到重要的關(guān)于Cortex M3處理器內(nèi)核和STM32器件的細(xì)節(jié)信息 31.1 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：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。41.1 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

3、析51.1 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。(2)總線矩陣 (3)FLASH通過(guò)FLASH接口連接CPU。 (4)靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAM通過(guò)總線矩陣連接CPU。 (5)復(fù)位和時(shí)鐘控制RCC。 (6)低速APB1外設(shè)。(7)低速APB2外設(shè)。(8)可變靜態(tài)存儲(chǔ)控制器FSMC。 (9)DMA通道。 61.1 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71.2 Cortex M31.2 Cortex M3處理器處理器

4、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1.2.1可見(jiàn)，嵌入式處理器核CortexM3，容量(Capability)和執(zhí)行功能(Performance Functionality)都居中，但其性?xún)r(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。 81.2 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)91.2 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)101

5、.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 111.2 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 121.2 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131.2 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 1

6、41.2 Cortex M31.2 Cortex M3處理器處理器 1.2.4 1.2.4 堆棧堆棧 151.2 Cortex M31.2 Cortex M3處理器處理器 1.2.4 1.2.4 堆棧堆棧 161.3 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1-7171.3 STM321.3 STM32存儲(chǔ)地址映射存儲(chǔ)地址映射 18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復(fù)

7、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時(shí)鐘樹(shù)圖解了各個(gè)設(shè)備時(shí)鐘的來(lái)源。時(shí)鐘樹(shù)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(shù)。時(shí)鐘樹(shù)。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(kāi)始，分析器定時(shí)器從晶振開(kāi)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？23GPIO是可編程輸入是可編程輸入/輸出端

8、口輸出端口24GPIO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 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：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？261.模

9、數(shù)轉(zhuǎn)換器框圖分析 P23 圖1-13。2.常規(guī)通道和注入通道。3.參考源。271. 數(shù)模轉(zhuǎn)換器框圖分析 P24 圖1-15。2.參考源。3.信號(hào)發(fā)生器功能。28+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291.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30STM32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

10、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+直接存儲(chǔ)器存取(DMA)用來(lái)提供在外設(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。 331.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。341.DMA通道分配P32表1-10和表1-112.仲裁機(jī)制的作用和功能。3.通道號(hào)和優(yōu)先級(jí)。 P33圖1-18.351.SysTic定時(shí)器的位置和功能2. SysTic定時(shí)器的4個(gè)寄存器

11、 表1-12 表1-153. 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 36STM32的常規(guī)定時(shí)器分為三類(lèi)，包括1.高級(jí)控制定時(shí)器TIM1和TIM82.通用定時(shí)器TIM2、TIM3、TIM4、TIM53.基本定時(shí)器TIM6、TIM7三種定時(shí)器功能P39表1-16 37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： 38SPI時(shí)

12、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1-19.39SPI框圖分析框圖分析40SPI波形圖波形圖41 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： 4243444546474849505152+當(dāng)擴(kuò)展存儲(chǔ)器的時(shí)候，F(xiàn)SMC可以將外部存儲(chǔ)器劃分為256MB的連續(xù)的4個(gè)存儲(chǔ)塊，如1.28所示。 53+FSMC對(duì)外部設(shè)備的地址映像從0 x6000 0000開(kāi)始，到0 x9FFF FFFF結(jié)束，一