Stm32 单片机学习笔记

简介

使用芯片型号 开发环境 开发方式
STM32H750VBT6 CubaMX+CLion HAL库

CubaMX的开发环境配置 可以参考这篇文章

Clion-STM32cubeMX-搭建舒适的STM32开发环境

​ 大家最好要有一些单片机的基础知识比如说51单片机，C语言以及一些数电模电的知识，这样学起来会舒服很多哦！

在这里说一下，为什么不讲标准库：

​ 首先的话，目前STM32开发方式有以下几种，我整理了一张表格

开发方式 优点 缺点 建议
寄存器 代码效率高 学习难度大，移植性最低 了解
标准库 开发流程便简单，开发周期缩短 代码执行效率稍低，移植性较低 熟悉
HAL库 上手简单，移植方便 执行效率稍低 掌握

​ STM32已经应用的非常广泛了，并且在工业开发也具有挺高的地位了，所以我们只需要 学会HAL库就可以完成绝大多数的开发了，并且标准库，早在几年前就不再更新维护了，标准库的话，学习有余力的话可以学学，技多不压身嘛！

STM32的简介

ARM与STM32的关系

ARM：Advanced RISC Machines(高级精简指令集机器)

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以上是百度百科的简单介绍，可以看出arm在半导体行业，已经是主导地位，全球超过 95%的智能设备都是采用的ARM架构，其公司的发展史也很有意思，小伙伴们感兴趣可以了解一下

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这个是STM32 的命名规则

STM32H750VBT6简介

项目 介绍 备注
内核 Cortex—M7
Falsh 128KB
ROM 1024KB
GPIO 80个 PA015、PB015、PC015、PD015、PE0~15
ADC 3个 五条内部专用通道
– 内部参考电压 (VREFINT)，连接到 ADC3
– 内部温度传感器 (VSENSE)，连接到 ADC3
– VBAT 监测通道 (VBAT/4)，连接到 ADC3
– 内部 DAC 通道 1 和通道 2，连接到 ADC2
DAC 2个 12 位模式
定时器 高级定时器2个 TIM1-TIM8
通用定时器10个 TIM2-TIM3-TIM4-TIM5-TIM12-TIM13-TIM14-TIM15-TIM16-TIM17
基本定时器2个 TIM6-TIM7
看门狗定时器2个 系统窗口看门狗 (WWDG)，独立看门狗 (IWDG)
滴答定时器
工作电压 工作电压范围 1.62V~3.6V
通信端口 CANbus，EBI/EMI，以太网，I²C，IrDA，LINbus，MDIO，MMC/SD/SDIO，QSPI，SAI，SPDIF，SPI，SWPMI，UART/USART，USB OTG CAN*2
I2C*4
SPI*5
UART*4
USART*4
OYG*2
系统时钟 HSE（高速外部振荡器）时钟 4 MHz 到 48 MHz

我开发板使用的外部晶振为25MHz

下图为我开发板的原理图

STM32H7xx SchDoc V11_00

GPIO

什么是GPIO？

GPIO是通用输入/输出（General Purpose I/O）的简称，主要用

于工业现场需要用到数字量输入/输出的场合，例如：

  • 输出功能：继电器、 LED、蜂鸣器等的控制

  • 输入功能：传感器状态、高低电平等信息的读取

  • 复用功能：片内外设的对外接口**

  • 时序模拟：模拟SPI、I2C和UART等常用接口的时序

电路结构

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$$

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GPIO工作模式的用法总结

1.输入模式

浮空输入：按键识别

上拉输入：IO内部上拉电阻输入

下拉输入：IO内部下拉电阻输入

2.模拟模式

作为片内模拟外设的对外引脚

单纯作为低功耗使用

  • 输出模式
    • 推挽输出：可以输出高/电平，主要用于连接数字器件，如指示灯和继电器等模块；
    • 开漏输出：只能输出低电平，适合于电流型驱动，也可作为电平转换。
  • 复用模式
    • 复用推挽：片内外设功能（URAT的TX，RX，SPI的MOSI，MISO,SCK，SS ）；
    • 复用开漏：片内外设功能（ I2C的SCL，SDA ）。

引脚初始化数据类型

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成员变量Pin的取值范围
宏常量定义 含义
GPIO_PIN_0 选择该端口的引脚0
GPIO_PIN_1 选择该端口的引脚1
GPIO_PIN_2 选择该端口的引脚2
GPIO_PIN_3 选择该端口的引脚3
*** ***
GPIO_PIN_15 选择该端口的引脚15
GPIO_PIN_All 选择该端口所有引脚
成员变量Mode的取值范围
宏常量定义 含义
GPIO_MODE_INPUT 浮空输入模式
GPIO_MODE_OUTPUT_PP 推挽输出模式
GPIO_MODE_OUTPUT_OD 开漏输出模式
GPIO_MODE_AF_PP 复用功能下的推挽模式
GPIO_MODE_AF_OD 复用功能下的开漏模式
GPIO_MODE_ANALOG 模拟模式

成员变量Pull的取值范围

宏常量定义 含义
GPIO_NOPULL 没有上拉或下拉电阻激活
GPIO_PULLUP 上拉电阻激活
GPIO_PULLDOWN 下拉电阻激活
成员变量Speed的取值范围
宏常量定义 含义
GPIO_SPEED_FREQ_LOW 引脚输出速度2MHz
GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM 引脚输出速度12.5MHz～50MHz
GPIO_SPEED_FREQ_HIGH 引脚输出速度25MHz～100MHz
GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH 引脚输出速度50MHz～200MHz

成员变量Alternate的取值范围

  • Alternate表示引脚的复用功能；
  • 由于不同型号的STM32微控制器片内集成的外设不同，因此该成员变量的取值范围由芯片型号决定。
  • 以STM32F4系列芯片为例，通过查阅stm32H7xx_hal_gpio_ex.h文件可以了解Alternate的取值范围；
  • 该成员变量的取值一般通过CubeMX软件分配，不需要用户手动设置；

引脚电平状态数据类型

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使用枚举类型的好处：提高了程序的可读性，并通过限定变量 的取值范围，来确保变量的合法性

使用HAL库的GPIO引脚初始化步骤

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GPIO外设接口函数的概述

初始化函数
  • HAL_GPIO_Init ：用于完成引脚的初始化；

​ image-20221215213612676

  • HAL_GPIO_DeInit ：用于复位引脚到初始状态；
image-20221215213642893
控制函数
  • HAL_GPIO_ReadPin ：用于读取引脚电平状态
image-20221215213831597
  • HAL_GPIO_WritePin ：用于设置引脚电平状态
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  • HAL_GPIO_TogglePin ：用于翻转引脚电平状态
image-20221215213911153
配置函数
  • HAL_GPIO_LockPin：用于锁定引脚的配置
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任务1：点亮LED灯每隔500ms闪烁

Clion 配置 如何生成STM32工程 可以看之前的文章

配置 时钟频率

​ 因为我使用的是STM32H750VBT6 他的工作频率是480Mhz

image-20221219171132276配置引脚

观察原理图 发现LED在PE3上

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点击PE3 出现以下对话框

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选择 GPIO_Output 引脚变为绿色

在 Systeam Core -> GPIO 对引脚详细配置

如默认电平 ， 上拉下拉电阻 ，推挽等，以及用户自定义名字

用户自定义名字 方便后续代码中使用 （起名 尽量 见名知意 ）如Power_Led等

我其他的所有参数均为默认 用户自定义名字为LED

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生成文件

  • 看之前的文章

注意在生成的时候 在Toolchain/IDE 选择SW4STM32 clion 才可以打开

如果使用的keil 需要选择MDK-ARM

代码编写

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  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
      HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port,LED_Pin); //电平反转
      HAL_Delay(500);//延迟500ms
      
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

因为我之前 在CubaMX 配置的时候 LED 的名字被配置成了LED 所以 LED_Pin 就是指代的 PE13

代码 写在

/* USER CODE BEGIN 3 */ 到

/* USER CODE END 3 */下

防止在使用CubaMX 生成代码的时候 你自己写的代码被删除

以上的程序 实现的效果是LED小灯每隔500ms 亮灭交替

任务2： 按键控制小灯（轮询法）

在 while中 读取按钮的状态

引脚配置

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可以看出 原理图中通过一个电阻与地GND相连，固定在低电平。在IO口为输入模式且为下拉电阻时，IO口的常态为低电平。

所以 在设置引脚的时候需要设置为下拉输入

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选择为 GPIO_Input

在 Systeam Core -> GPIO -> PC13 -> GPIO Pull-up/Pull-down 选择 Pull-down

User Label 设置为 Key 这个 可以自定义

下图就是设置好的

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生成工程 编写代码

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while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
      if(HAL_GPIO_ReadPin(Key_GPIO_Port,Key_Pin) == GPIO_PIN_SET){ //判断是否为 高电平 如果为高电平 则被按下
          HAL_Delay(20); //去抖动
          if(HAL_GPIO_ReadPin(Key_GPIO_Port,Key_Pin) == GPIO_PIN_SET){ //去抖动后 如果还为高电平 则就是被按下 反转LED的状态
              HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port,LED_Pin);
              while(HAL_GPIO_ReadPin(Key_GPIO_Port, Key_Pin) != GPIO_PIN_SET);//检查钥匙是否松开
          }
      }
      HAL_Delay(100);//防止扫描过快 
  }
  /* USER CODE END 3 */

任务3：利用状态机控制按键

状态机设计思想

状态机是一个抽象概念，表示把一个过程抽象为若干个状态之间的切换，这些状态之间 存在一定的联系。状态机的设计主要包括4个要素： 1. 现态：是指当前所处的状态。 2. 条件：当一个条件满足，将会触发一个动作，或者执行一次状态的迁移。 3. 动作：表示条件满足后执行动作。动作执行完毕后，可以迁移到新的状态，也可以仍旧保持原状态。动作要素不是必需的，当条件满足后，也可以不执行任何动作，直接迁移到新状态。 4. 次态：表示条件满足后要迁往的新状态。

按键的状态机设计

一：状态定义：根据按键的波形图可以设计三个按键状态

  • 按键检测状态：表示按键没有按下的状态
  • 按键确认状态：表示按键已经按下的状态
  • 按键释放状态：表示等待按键释放的状态

二：状态转换条件（假设低电平表示按键按下）

  • 当处于按键检测状态时，如果数据线为低，则转换到按键确认状态，否则保持当前状态。
  • 当处于按键确认状态时，如果数据线为低，则转换到按键释放状态，并设置按键有效标志；如果数据线为高，则表示可能出现了干扰信号，转换到按键检测状态。
  • 当处于按键释放状态时，如果数据线为高，则转换到按键检测状态，表示完成了本次按键检测,否则保持当前状态。

状态转换图

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假设采用上拉式按键，低电平表示按键按下，高电平表示按键释放

按键的状态机编程实现

利用Switch Case多分支语句，通过检测按键引脚的电平来实现按键状态的转换；

利用定时器产生10ms的定时中断，在定时中断服务程序中调用按键状态转换函数。每次执行的间隔10ms，可以有效的消除按键抖动，并提高CPU的利用率。

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使能定时器中断
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定义按键状态数据类型
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主程序代码
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定时中断回调函数
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