01-环境搭建

STM32 简介

PPT 参考图 -- 课程介绍

项目	参数
内核	ARM Cortex-M3 (ARMv7-M)
主频	72MHz (HSE 8MHz PLL 9倍频)
SRAM	20KB
Flash	64KB
封装	LQFP48
电压	2.0V~3.6V (典型 3.3V)
温度	-40℃~+85℃

Cortex-M3 特性：Thumb-2 指令集、硬件乘除法、64MHz→72MHz PLL、位带操作、SysTick 定时器、NVIC 中断嵌套。

片上外设总览

PPT 参考图 -- 开发板

graph TD
    subgraph CORE
        ARM_CORTEX_M3["ARM Cortex-M3<br/>72MHz"]
    end
    
    subgraph BUS
        ICODE["ICode Bus<br/>(Flash Instruction)"]
        DCODE["DCode Bus<br/>(Flash Data)"]
        SYSTEM["System Bus<br/>(SRAM/FSMC)"]
        AHB["AHB<br/>72MHz"]
        APB2["APB2<br/>72MHz"]
        APB1["APB1<br/>36MHz"]
    end
    
    subgraph PERIPHERALS_APB2
        GPIO_A["GPIO A/B/C/D/E"]
        USART1["USART1"]
        SPI1["SPI1"]
        TIM1["TIM1 (高级)"]
        ADC1["ADC1/2"]
        EXTI["EXTI"]
        AFIO["AFIO"]
    end
    
    subgraph PERIPHERALS_APB1
        TIM2_4["TIM2/3/4 (通用)"]
        TIM5_7["TIM5/6/7"]
        USART2_3["USART2/3"]
        SPI2_3["SPI2/3"]
        I2C1_2["I2C1/2"]
        PWR["PWR"]
        BKP["BKP"]
        IWDG["IWDG"]
        WWDG["WWDG"]
        RTC["RTC"]
        DMA["DMA"]
        CAN["CAN"]
        USB["USB"]
    end
    
    ARM_CORTEX_M3 --> ICODE
    ARM_CORTEX_M3 --> DCODE
    ARM_CORTEX_M3 --> SYSTEM
    SYSTEM --> AHB
    AHB --> APB2
    AHB --> APB1
    APB2 --> PERIPHERALS_APB2
    APB1 --> PERIPHERALS_APB1

系统总线结构

总线	频率	连接
ICode	72MHz	Cortex-M3 → Flash(指令)
DCode	72MHz	Cortex-M3 → Flash(数据)
System	72MHz	Cortex-M3 → SRAM / FSMC
AHB	72MHz	桥接 APB2 / APB1 / DMA / RCC
APB2	72MHz	高速外设 (GPIO, USART1, SPI1, TIM1, ADC, EXTI, AFIO)
APB1	36MHz	低速外设 (TIM2~7, USART2/3, SPI2/3, I2C1/2, PWR, BKP, IWDG, WWDG, RTC, DMA, CAN, USB)

注意：APB1 最高 36MHz，如需 72MHz 必须使用 APB2。

引脚定义 (LQFP48)

graph TD
    subgraph LQFP48_top
        direction LR
        PD0["PD0 (OSC_IN)"] --- PD1["PD1 (OSC_OUT)"]
        PD1 --- NRST["NRST"]
        NRST --- PC13["PC13 (TAMPER-RTC)"]
    end

功能引脚速查

引脚	默认功能	复用功能
PA0	GPIO	TIM2_CH1_ETR / USART2_CTS / WKUP / ADC12_IN0
PA1	GPIO	TIM2_CH2 / USART2_RTS / ADC12_IN1
PA2	GPIO	TIM2_CH3 / USART2_TX / ADC12_IN2
PA9	GPIO	USART1_TX / TIM1_CH2
PA10	GPIO	USART1_RX / TIM1_CH3
PB6	GPIO	I2C1_SCL / TIM4_CH1
PB7	GPIO	I2C1_SDA / TIM4_CH2
PB8	GPIO	I2C1_SCL / TIM4_CH3
PB9	GPIO	I2C1_SDA / TIM4_CH4
PC13	GPIO	RTC_TAMPER

完整引脚序号

编号	引脚	编号	引脚	编号	引脚	编号	引脚
1	PE2(VDD_1)	13	PA13(SWDIO)	25	PA0	37	PB9
2	PE3(VSS_1)	14	PA14(SWCLK)	26	PA1	38	PB8
3	NRST	15	PA15(JTDI)	27	PA2	39	BOOT0
4	PC13	16	PB3(JTDO)	28	...	40	PB7
5	PC14(OSC32_IN)	17	PB4(JNTRST)	...	...	41	PB6
6	PC15(OSC32_OUT)	18	PB5	...	...	...	...

BOOT 启动配置

BOOT1	BOOT0	启动区域
X	0	主Flash (0x08000000)
0	1	系统存储器(System Loader, 0x1FFF0000)
1	1	内嵌SRAM (0x20000000)

实际使用：BOOT0=0 (接GND) 从Flash启动。ISP下载时：BOOT0=1, BOOT1=0。

最小系统电路

PPT 参考图 -- 面包板与硬件电路

graph TD
    subgraph POWER
        VDD33["VDD (3.3V)"] --> VDD1["VDD_1"]
        VDD33 --> VDD2["VDD_2"]
        VDD33 --> VDDA["VDDA"]
        VSS1["VSS_1"] --> GND["GND"]
        VSS2["VSS_2"] --> GND
        VSSA["VSSA"] --> GND
    end
    
    subgraph OSCILLATOR
        HSE["8MHz HSE"] --> X1["X1<br/>PD0(OSC_IN)"]
        HSE --> X2["X2<br/>PD1(OSC_OUT)"]
        LSE["32.768kHz LSE"] --> X32_IN["PC14(OSC32_IN)"]
        LSE --> X32_OUT["PC15(OSC32_OUT)"]
    end
    
    subgraph RESET
        NRST_PIN["NRST"] --> R10k["10kΩ → 3.3V"]
        NRST_PIN --> C100nF["100nF → GND"]
    end
    
    subgraph BOOT
        BOOT0_PIN["BOOT0"] --> R10k_GND["10kΩ → GND"]
    end

元件	参数	备注
HSE 晶振	8MHz + 20pF ×2	主时钟源
LSE 晶振	32.768kHz + 12.5pF ×2	RTC 时钟源
复位电容	100nF	NRST 对地
复位上拉	10kΩ	NRST 接 3.3V
去耦电容	100nF × N	每个 VDD/VSS 对各放一个

开发环境

PPT 参考图 -- 软件准备

工具	用途
Keil MDK v5.38+	编译环境 (AC5 / AC6)
STM32F1xx_DFP	Keil 器件包
ST-Link Utility / STM32CubeProgrammer	调试下载
CH340 / FT232	串口 ISP 下载 (FlyMcu)
USB-TTL 模块	串口通信

标准库工程搭建步骤

PPT 参考图 -- 新建工程与下载

1. 固件库文件下载

从 ST 官网下载 STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0 或更高版本。

2. 目录结构

Project/
├── CMSIS/
│   ├── core_cm3.c
│   ├── core_cm3.h
│   ├── startup_stm32f10x_md.s
│   ├── stm32f10x.h
│   ├── system_stm32f10x.c
│   └── system_stm32f10x.h
├── STM32F10x_StdPeriph_Driver/
│   ├── inc/              (所有外设头文件)
│   └── src/              (所有外设源文件)
├── User/
│   ├── main.c
│   ├── stm32f10x_conf.h
│   ├── stm32f10x_it.c
│   └── stm32f10x_it.h
└── Output/               (编译输出)

3. 关键宏定义

Keil C/C++ Compiler → Define：

USE_STDPERIPH_DRIVER, STM32F10X_MD

宏	说明
`USE_STDPERIPH_DRIVER`	启用标准外设驱动库
`STM32F10X_MD`	Medium Density (64KB~128KB Flash, C8T6 用此)
`STM32F10X_HD`	High Density (256KB~512KB Flash)
`STM32F10X_CL`	Connectivity Line (STM32F105/107)

4. 启动文件选择

Flash容量	芯片后缀	启动文件
16~32KB	C4/C6/T4/T6	`startup_stm32f10x_ld.s`
64~128KB	C8/CB/T8/TB	`startup_stm32f10x_md.s`
256~512KB	RC/RE/RF/VC/VE/VF/ZC/ZE/ZF	`startup_stm32f10x_hd.s`
768KB~1MB	RG/VG/ZG	`startup_stm32f10x_xl.s`

C8T6 → startup_stm32f10x_md.s（中容量）

5. Keil 分组设置

Project Targets:
├── Startup
│   └── startup_stm32f10x_md.s
├── StdPeriph
│   ├── misc.c
│   ├── stm32f10x_gpio.c
│   ├── stm32f10x_rcc.c
│   ├── stm32f10x_tim.c
│   ├── stm32f10x_usart.c
│   ├── stm32f10x_exti.c
│   ├── stm32f10x_i2c.c
│   ├── stm32f10x_spi.c
│   ├── stm32f10x_adc.c
│   ├── stm32f10x_dma.c
│   ├── stm32f10x_pwr.c
│   ├── stm32f10x_bkp.c
│   └── stm32f10x_flash.c
├── User
│   ├── main.c
│   ├── stm32f10x_it.c
│   ├── system_stm32f10x.c
│   └── Delay.c
└── Doc
    └── readme.txt

6. C/C++ 头文件路径

$PROJ_DIR$\CMSIS
$PROJ_DIR$\STM32F10x_StdPeriph_Driver\inc
$PROJ_DIR$\User

7. 魔术棒设置

Tab	设置
Device	STM32F103C8
Target	Xtal: 8.0MHz, Use Cross-Module Optimization
Output	Select Folder for Objects... → Output
Listing	Select Folder for Listings... → Output
Debug	ST-Link Debugger → Settings → SW

启动文件流程

PPT 参考图 -- C语言基础知识

Reset_Handler
  → SystemInit()           (system_stm32f10x.c)
    → RCC配置: HSE→PLL(x9)→SYSCLK=72MHz
    → AHB/APB1/APB2 分频器设置
    → Flash 预取缓冲/等待周期配置
  → __main                  (C库初始化)
    → 变量初始化 (ZI/BSS清零, RW复制)
    → 跳转 main()

SystemInit 时钟树 (默认配置 HSE 8MHz)

HSE (8MHz)
  → PLLSRC (HSE)
  → PLLMUL (x9)
  → PLLCLK = 8MHz × 9 = 72MHz
  → SYSCLK = 72MHz
  → AHB Prescaler (/1) → HCLK = 72MHz
    → APB1 Prescaler (/2) → PCLK1 = 36MHz
    → APB2 Prescaler (/1) → PCLK2 = 72MHz
  → ADC Prescaler (/6) → ADCCLK = 12MHz

详细工作原理

上电后，STM32 从 0x08000000 取出复位向量，加载栈指针 MSP 后跳转到 Reset_Handler。该过程由硬件自动完成：CPU 读取向量表前 4 字节作为栈顶地址，后 4 字节作为复位入口地址。

SystemInit 执行完整的时钟树配置：

HSE 起振：使能外部 8MHz 晶振，等待 HSE 就绪（HSERDY 标志置位）
PLL 配置：选择 HSE 为 PLL 输入源，设置倍频系数 ×9，得到 PLLCLK = 8MHz × 9 = 72MHz
SYSCLK 切换：将系统时钟源从 HSI 切换到 PLL，等待 PLL 成为有效时钟
AHB 分频：配置 HPRE 为 /1，即 HCLK = SYSCLK / 1 = 72MHz
APB1 分频：配置 PPRE1 为 /2，PCLK1 = HCLK / 2 = 36MHz
APB2 分频：配置 PPRE2 为 /1，PCLK2 = HCLK / 1 = 72MHz
ADC 分频：配置 ADCPRE 为 /6，ADCCLK = PCLK2 / 6 = 12MHz

分频器公式汇总：

HCLK = SYSCLK / AHB_Prescaler
PCLK1 = HCLK / APB1_Prescaler（最大 36MHz）
PCLK2 = HCLK / APB2_Prescaler（最大 72MHz）
ADCCLK = PCLK2 / ADC_Prescaler（最大 14MHz）

启动文件执行流程的硬件行为：

Reset_Handler 执行时，Flash 控制器处于默认状态（0 等待周期），此时 CPU 直接从 Flash 取指令
SystemInit 完成后，CPU 时钟切换到 72MHz，Flash 等待周期同步设为 2（FLASH_Latency_2）
__main 调用 C 库初始化：清零 BSS 段（__ARM_common_zeroint）、将 RW 段从 Load 区复制到执行区，最后调用 main()
整个过程 Flash 控制器、总线矩阵、AHB-APB 桥按顺序完成配置，任何时序错误（如时钟切换未等待就绪标志）都会导致 HardFault

SysTick 延时函数

SysTick 是 Cortex-M3 内核的 24 位递减计数器，挂载在 AHB (72MHz)。

// Delay.h
#ifndef __DELAY_H
#define __DELAY_H

#include "stm32f10x.h"

void Delay_Init(void);
void Delay_us(uint32_t us);
void Delay_ms(uint32_t ms);

#endif

// Delay.c
#include "Delay.h"

static uint32_t fac_us;
static uint32_t fac_ms;

void Delay_Init(void)
{
    fac_us = SystemCoreClock / 1000000;         // 72
    fac_ms = SystemCoreClock / 1000;            // 72000
}

void Delay_us(uint32_t us)
{
    uint32_t load = us * fac_us;
    // 最大 2^24-1 = 16777215, us 超出会复位
    if (load > 0xFFFFFF) return;
    
    SysTick->LOAD = load - 1;
    SysTick->VAL = 0;
    SysTick->CTRL = 0x01;                       // 使能, 不中断, 使用 HCLK
    while (!(SysTick->CTRL & (1 << 16)));       // 等待 COUNTFLAG
    SysTick->CTRL = 0;                          // 关闭
}

void Delay_ms(uint32_t ms)
{
    while (ms--) {
        Delay_us(1000);
    }
}

或用轮回方式（简单无 SysTick 冲突）：

void Delay_ms(uint32_t ms)
{
    uint32_t i, j;
    for (i = 0; i < ms; i++)
        for (j = 0; j < 7200; j++);    // 72MHz 实测约 1ms
}

编译与下载

PPT 参考图 -- 试炼与总结

ST-Link 方式（推荐）

连接 SWD: PA13(SWDIO), PA14(SWCLK), GND, 3.3V(可选供电)
Keil → Flash → Download (Ctrl+F8)
使用 ST-Link Utility 或 STM32CubeProgrammer 也可以

ISP 串口下载 (FlyMcu)

BOOT0=1, BOOT1=0 → 上电/复位 → 进入系统 Loader
使用 CH340/FT232 USB-TTL 连接 PA9(TX)→模块RX, PA10(RX)→模块TX
FlyMcu 选择串口, 勾选"编程后校验", 下载
下载完成后 BOOT0=0 → 复位 → 从 Flash 启动

常见坑点/注意事项

启动文件选错 — C8T6 用 _md.s，用 _hd.s 会导致 FLASH 地址映射错误无法运行
忘记添加 USE_STDPERIPH_DRIVER — 编译报错 stm32f10x.h 不包含外设定义
忘记添加 STM32F10X_MD — 外设寄存器地址映射错误
C/C++ 头文件路径未配置 — 找不到 stm32f10x.h
晶振频率与 SystemInit 不符 — 8MHz 用 PLL×9=72MHz；如用 12MHz 晶振需改成 PLL×6 或改配置（HSE_VALUE 宏）
SysTick 优先级 — 默认内核优先级最高，会影响 HAL_Delay 等；标准库手动实现无冲突
ST-Link 驱动 — Win10/11 可能需禁用驱动签名或安装旧版驱动
ISP 下载失败 — 检查 BOOT0/BOOT1 电平，串口 TX/RX 交叉连接，波特率不宜过高（115200或57600）

01-环境搭建.md 14 KB Cronologia Originale