大家好,非常高兴能跟大家一起聊一聊STM32。
本次培训呢,主要是介绍一些概念,不做深入的探讨。
内容比较多,讲的可能会有点快。
本次内容主要分为5个部分。
首先简单介绍一下STM32
STM32有什么应用呢?我学了它能干什么呢?
作为微控制器,需要控制的地方,基本都可以用上。
比如智能家居、智慧农业、工厂自动化这些,都可以使用STM32作为主控制器或者辅助控制器。
我们实验室做的小车和无人机的主控芯片,包括以后读研,有些实验室做嵌入式的,也是用的他。
所以我们要想进实验室,就要先学会用它。
再来看一下为什么要叫他STM32。ST是意法半导体公司的名称,M是Microelectronics的缩写,32表示的是32位,另外还有8位的。所以STM32是指:由意法半导体公司(ST)推出的32位微控制器。
针对不同的应用需求,STM32系列又分为M1、M3、M4等内核。比如M0最大特点是低功耗的设计;而如果要驱动10寸左右的显示屏,可能就需要上M4了。
我们接下来要用的STM32F1系列是基于M3的,。
STM32有很多不同型号的产品,大概了解一下他的命名规则还是很有必要的。
不看图上的型号,以我们要用的STM32F103ZET6来看。
F是基础级,103是主流入门级,Z是144引脚,E是闪存512Kb,T是QFP封装,6是温度范围-40到85度。后面的就不用管了。
下面围绕我们用的F1,简单介绍一下他的外设和功能
我们用的应该还是F103ZET6的芯片,他的主频是72M,主频越高,处理速度越快。
FLASH,就是前面说的闪存,是512K字节,用来存烧录的代码。
RAM是64K字节,暂时存储程序、数据和中间结果。
有112个IO引脚。
8+2个定时器。
ADC/DAC的通道数也挺多。
3个SPI接口、2个I2S接口、2个I2C接口、5个UART接口。
1个SDIO接口,用于外接SD卡。
1个FSMC接口,用于驱动屏幕。
1个USB接口。
作为主流级的芯片,这些功能已经能满足日常大部分的需求了。而且很便宜,一块这个芯片才8块钱。
接下来,我们再分别简单介绍一下其中我们会用到的功能,让大家有个初步印象。
首先当然是介绍一下最最基础的GPIO。
GPIO是CPU与外部世界交换信息的大门,不管是多么复杂的通信,都得依靠于GPIO。
通过GPIO,我们可以实现很多功能,比如我们可以通过控制电平高低来点灯。
产生方波来控制舵机。
通过约定的协议,可以传输数据。
等等。
GPIO有A~F组,每组有16个IO,不过具体可用数量还要看芯片的封装。
为了提高GPIO的效率,STM32支持引脚的复用,就是某个引脚既可以配置为A功能,也可以用作B功能。
所以当我们需要使用某一个功能的时候,最好先去看一下引脚复用表。怎么去找后面再说。
中断是一个非常重要的东西,任何外设都可以产生中断。
好比你在写作业,有人来问你问题,你解答完他的问题后,就继续写你的作业了。
具体怎么看有哪些中断,后面再说。
中断还有优先级,比如有两个人同时问你问题,你选择先解答跟你关系更好一些的那个人的问题。
其中,抢占优先级高的会打断优先级低的。
定时器也是一个很常用的东西,除了可以简单地定期产生中断,还可以被用于:测量输入信号的脉冲长度、产生输出波形(如驱动电机的PWM波)等。
程序处理的都是离散的数字信号。真实世界的模拟信号,例如温度、压力、声音或者图像等,需要转换成更容易储存、处理和发射的数字形式。模/数转换器可以实现这个功能。
ADC是将模拟信号转为数字信号,DAC是将数字信号转为模拟信号。
看这个小人,我们说话的声音是模拟信号,通过ADC转为数字信号后存储起来,再通过DAC转为模拟信号后播放出来。
STM32F103ZET6 拥有12位ADC,是一种逐次逼近型模拟数字转换器,使用起来也很方便。
DMA能进行高效数据传输,因此在通信数据量大的时候非常有用,比如SD卡的读写、屏幕显示、大量数据传输。
DMA传输方式无需CPU直接控制传输,因此不占用CPU时间。传输完成后通过中断告诉CPU。能大大提高程序的效率和灵活性。
F1芯片上有很多通信接口,我们看几个比较常用的。
UART可以说是接触的最多的了,只需三根线即可实现全双工通信。使用最方便,但速率低,抗干扰能力差。在平时写代码时候,我们会通过串口连接32和电脑,并将调试信息输出到电脑上。或者小车在跑的时候不好连线,就插上一个串口蓝牙模块,然后手机连接蓝牙模块就可以看数据了。
SPI相比于UART的速度更高,最大支持45Mbit/s。当有多个 SPI 设备与 MCU 相连时,通过SS片选信号线进行选择。很多小的TFT屏幕用的就是SPI。
I2C是简单的双向两线总线,通过不同的地址识别不同的设备。只要遵循协议,我们可以用普通IO去模拟I2C。I2C支持数据速率 400 Kbit/s 的标准模式和1Mbit/s 的快速模式。屏幕的触摸驱动就是用的I2C。
I2S是音频总线,专门用于传输音频信号。它可以看做是SPI的扩展,所以跟SPI差不多。
STM32的内容非常多,下面介绍一下学习路线。但每个人喜欢的学习方法不一样,这里仅供大家参考。
STM32的编译器是支持汇编、C和C++编写的。
汇编的效率更高,C++更高级。但我们一般都是用简单易用上手快C语言。
所以我们在开始学STM32之前,第一步首先要学一下C语言的基础语法。
网上可以搜“C语言菜鸟教程”,基本上按着教程学到指针、结构体,就差不多可以来学32了,其他的用到了再学也可以。
熟悉C语言后,就可以进入STM32的学习了。
首先要把环境准备好。
软件方面:
安装keil编译器,装完要用注册机破解一下。
下一个串口调试助手,后面在开发过程中要看板子print的调试信息
硬件方面:
准备一块F103ZET6的最小系统开发板,最小系统就是硬件最小,指保证系统能正常运行的最小外围电路。
准备一个STLINK烧录器,程序写完烧录到板子里面少不了他。
使用USB转TTL模块连接STM32的USART和电脑,就能在串口调试助手上显示信息了。
杜邦线这个用来连接引脚的也是必不可少的。
然后我们可以去教程了,我们选正点原子的教程,当然也可以选野火的。
教程也分寄存器版和库函数版。库函数就是对寄存器的封装,能加快开发速度,增加代码可读性,建议大家直接看库函数版,学会之后再根据兴趣去了解寄存器版。
教程一定要好好看,要对着教程手敲一遍代码,不能光看。只看不练是记不住的。
教程内容这么多,我们可以不用全学。针对实验室要用到的知识,先掌握其中一部分即可。
比如要做平衡车,可以先学会以上这些内容。掌握之后再去看其他的。
最后,要把所学的知识结合起来,做一个综合实践。
既然与硬件接触,我们之后可能会经常遇到原理图。
不需要你会画原理图,但必须要看得懂原理图,知道引脚怎么对应。
比如这些蓝牙接口、串口接口,要知道对应到开发板上怎么去接。
任何单片机,必定是靠时钟驱动的,时钟就是单片机的动力,通过时钟树,我们可以知道,各种外设的时钟是怎么来的?有什么限制?从而理清思路,方便理解。
比如通过时钟树,我们就能知道,某个定时器的频率是多少,I2S挂载在哪条时钟总线上。
所以我们要看得懂时钟树,能理解时钟树。
然后是扩展阅读。
《STM32中文参考手册》是ST出的官方资料,有STM32的详细介绍,包括了STM32的各种寄存器定义以及功能等。而《Cortex-M3权威指南》则是对《STM32中文参考手册》的补充。
大家在学习之余,可以随手读一读这两本书。因为这两本书干货满满,有些同学可能看不下去,而且看了就忘。所以可以前面学完之后再来看这个,或者结合前面学的内容,再看一看这两本书对应的章节,会对STM32有更深的理解。
写代码过程中,难免会遇到bug,或不知道怎么写的情况,那我们应该怎么办呢?这里简单介绍几个方法。
第一点,我们可以查阅一下教程,现在比较大的两家是正点原子和野火,他们的内容差不多。
教程内基本包括了大部分应用场景,并提供了代码例程。可以借鉴一下他们的代码。
数据手册是有关产品技术特征的说明,包括产品的基本配置(如内置Flash和RAM的容量、外设模块的种类和数量等),管脚的数量和分配。
比如想知道GPIO的功能分配情况,就可以查一下这个文档。
每个外设驱动都由一组函数组成,这组函数覆盖了该外设所有功能。固件库使用手册介绍了外设的所有函数,当想使用某个外设,但不知道有哪些函数以及它的用法的时候,可以查阅它。
技术手册是有关如何使用该产品的具体信息,包含各个功能模块的内部结构、所有可能的功能描述、各种工作模式的使用和寄存器配置等详细信息。 如果对某个函数原理不理解,或者想了解底层实现的话,可以查阅它。
第四点,这应该是我们最常用到的方法了,遇到问题,直接复制错误去百度谷歌搜。
如果运气好,有前人也遇到过的话还好;如果翻了好久都没找到类似的,就比较烦躁了。
谷歌要VPN翻墙的,一般校园网也支持ipv6,通过ipv6也能达到翻墙的效果。
如果不行的话,那就用VPN软件吧。
如果直接搜搜不到的话,可以到正点原子或者野火的论坛上去找一找,或者发帖问一下。
不过按我的经验,发帖的好少有回的,大部分人都是去发帖问的。
如果之前你不好意思问别人,可以自己搜索。
但如果都到这步了还没解决,那就问问同学呗,可能他们正好也遇到过还解决了呢。
这里还有一个方法,可以淘宝上问正点原子或者野火旗舰店的客服,他们都有专门的技术支持客服。
你用的谁家的例程,就找哪家的。将问题描述详细,例程是他们写的,他们会比较懂一些。
在论坛上发帖,可能是网友回复;而淘宝咨询,则是直接对应开发人员。
一个篱笆三个桩,最后我再向大家推荐一些我觉得挺好用的,可以提高学习效率的工具
不知道大家平时记笔记用的什么软件,用word吗还是记事本。我相信如果你用了Markdown,就会爱上他的。markdown通过简单地语法,就能让你的笔记非常的好看。而Typora是我用过的最好用的免费的markdown编辑软件。
Typora虽然好用,但它的图片保存在本地,将md文件分享给他人后,就没法显示了。
通过PicGo+Typora+Gitee方式,可以自动将图片上传到码云保存,解决了上述问题。
我们可能实验室有一台电脑,宿舍有一台电脑,这两台电脑之间经常要共享一些文件。比如实验室电脑上做得笔记,我想在笔记本上也保存一份。最简单的方法是用U盘拷贝,但还有更简单的方法。
使用坚果云同步软件,多台电脑上登录同一个账号,并指定存放的路径,坚果云就会自动同步文件。不过免费版每个月有流量限制,但对于平时同步笔记来说足够了。
在学习过程中看英文文章是不可避免的,但对于我这个英语渣渣来说就很头疼。
网易有道词典提供了截屏翻译和划词翻译,可以很方便地翻译英文段落。
感兴趣的同学还可以看一下这个。
Git 是一个开源的分布式版本控制系统,用于敏捷高效地处理任何或小或大的项目。
简单应用就是,比如你有一个txt文件通过Git提交了,然后往txt里增删了一些内容,后来你发现删错了想改回去,就可以通过Git指令,回退到上一个版本。
我们写代码时候,有时候想增加一个功能,但又怕把工程搞坏了,就会复制一份新工程,在新工程上如果改完发现出错了,还能有备份。通过Git的话,就不用每次都复制了,直接通过指令操作。
对于新功能,我们一般不直接上来就敲代码,而是先画好流程图,最后再根据流程图写代码。
通过流程图,能更容易得发现漏洞。一般都是用visio,但其他几款也不错。
亿图比visio有更多的图标,做出来的图很好看。但是是收费的,可以找破解版。
XMind是思维导图,可以用来理清思路、搞清关系。
draw.io是一款开源的绘制流程图的工具,拥有大量免费素材和模板。效果不比visio差。
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