带你走进STM32的世界

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STM32F10xx时钟系统框图：时钟是整个系统的脉搏

下图是STM32F10xx时钟系统的框图，通过这个图可以一目了然地看到各个部件时钟产生的路径，还可以很方便地计算出各部分的时钟频率。

STM32的四个时钟源(HSI、HSE、LSI和LSE)也在图中标出；图中间的时钟监视系统(CSS)是在很多ST7的单片机中就出现的安全设置。特别注意：图的右边，输出定时器时钟之前有一个乘法器，它的操作不是由程序控制的，是由硬件根据前一级的APB预分频器的输出自动选择，当APB预分频器的分频因子为1时，这个乘法器无作用；当APB预分频器的分频因子大于1时，这个乘法器做倍频操作，即将APB预分频器输出的频率乘2，这样可以保证定时器可以得到最高的72MHz时钟脉冲。

STM32上很多管脚功能可以重新映射

STM32上有很多I/O口，也有很多的内置外设，为了节省引出管脚，这些内置外设都是与I/O口共用引出管脚，ST称其为I/O管脚的复用功能，相信这点大家都很清楚，因为基本上所有单片机都是这么做的。但不知有多少人知道，很多复用功能的引出脚可以通过重映射，从不同的I/O管脚引出，即复用功能的引出脚位是可通过程序改变的。

这一功能的直接好处是，PCB电路板的设计人员可以在需要的情况下，不必把某些信号在板上绕一大圈完成联接，方便了PCB的设计同时潜在地减少了信号的交叉干扰。复用功能引出脚的重映射功能所带来的潜在好处是，在你不需要同时使用多个复用功能时，虚拟地增加复用功能的数量。例如，STM32上最多有3个USART接口，当你需要更多UART接口而又不需要同时使用它们时，可以通过这个重映射功能实现更多的UART接口。

下述复用功能的引出脚具有重映射功能：

- 晶体振荡器的引脚在不接晶体时，可以作为普通I/O口

- CAN模块

- JTAG调试接口

- 大部分定时器的引出接口

- 大部分USART的引出接口

- I2C1的引出接口

- SPI1的引出接口

详细内容请看STM32的技术参考手册。

请务必记住：如果使用了任意一种重映射功能，在初始化和使用之前，一定要打开AFIO时钟。

下图示出了部分复用功能引出脚的重映射结果：

【演示实例】一个在EK-STM32F板子上的RTC作为calender的例子

硬件连接：串口线连至板子的UART-0端口。超级终端设置为：

Bits Perseconds: 115200

Data bits: 8

Parity: none

Stop bits: 1

Flow controlHardware

板子第一次跑这个程序时，进入时间配置。

根据超级终端上的提示，一次输入年，月，日，时，分，秒

（1月就输入01，10月直接输入10；同理3号就输入03）

随后当前的时间就显示到了超级终端上，并且每秒刷新。

没有断电的情况下再跑这个程序，由于看到bake up区域有被设置过时间的标志，不再进入时间设置阶段，而是直接到时间显示间断，在超级终端上，每秒刷新。

当然如果在EK-STM32F板子上将Vbat和电池相接，具体就是：将红色的电源跳线帽中的从下往上数的第5个取下，从原来的水平放置改成竖直放置（和上面的VBAT相连）。就算断电，只要再上电，看到back up区域中的记号，一样直接进入时间显示。因为断电后，back up区域由电池供电，其中记录的记号不会由于系统掉电而消失。

【演示实例】使用EK-STM32F板测量STM32的功耗

这个例子演示了如何使用EK-STM32F开发评估板测量STM32F103VBT6在各种模式下的功耗。例子中演示了如何进入STM32的各种模式(RUN、SLEEP、STOP、STANDBY)，使用这个例子您可以通过EK-STM32F板上的红色跳线(VDD、VREF+和VDDA)测量功耗。

本实例首先通过UART与Windows的Hyperterminal通信，用户可以选择需要进入的功耗模式，然后这个例程把用户选好的配置存到后备寄存器，再次复位后STM32将进入之前选定的模式。

附件包中包含了一个说明文件，详细说明了如何设置板上的跳线和操作的过程。

STM32 GPIO的十大优越功能综述

前几天Hotpower邀请大家讨论一下GPIO的功能、性能和优缺点(STM32的GPIO很强大~~~)，等了几天没见太多人发言，但综合来看提到了3点：1）真双向IO，2）速度快，3）寄存器功能重复。关于第3点有说好，有说多余的，见仁见智。

下面我就在做个抛砖引玉，根据ST手册上的内容，简单地综述一下GPIO的功能：

一、共有8种模式，可以通过编程选择：

1. 浮空输入

2. 带上拉输入

3. 带下拉输入

4. 模拟输入

5. 开漏输出——(此模式可实现hotpower说的真双向IO)

6. 推挽输出

7. 复用功能的推挽输出

8. 复用功能的开漏输出

模式7和模式8需根据具体的复用功能决定。

二、专门的寄存器(GPIOx_BSRR和GPIOx_BRR)实现对GPIO口的原子操作，即回避了设置或清除I/O端口时的“读-修改-写”操作，使得设置或清除I/O端口的操作不会被中断处理打断而造成误动作。

三、每个GPIO口都可以作为外部中断的输入，便于系统灵活设计。

四、I/O口的输出模式下，有3种输出速度可选(2MHz、10MHz和50MHz)，这有利于噪声控制。

五、所有I/O口兼容CMOS和TTL，多数I/O口兼容5V电平。

六、大电流驱动能力：GPIO口在高低电平分别为0.4V和VDD-0.4V时，可以提供或吸收8mA电流；如果把输入输出电平分别放宽到1.3V和VDD-1.3V时，可以提供或吸收20mA电流。

七、具有独立的唤醒I/O口。

八、很多I/O口的复用功能可以重新映射，见：你知道吗？STM32上很多管脚功能可以重新映射。

九、GPIO口的配置具有上锁功能，当配置好GPIO口后，可以通过程序锁住配置组合，直到下次芯片复位才能解锁。此功能非常有利于在程序跑飞的情况下保护系统中其他的设备，不会因为某些I/O口的配置被改变而损坏——如一个输入口变成输出口并输出电流。

十、输出模式下输入寄存器依然有效，在开漏配置模式下实现真正的双向I/O功能。

STM32内置参照电压的使用

每个STM32芯片都有一个内部的参照电压，相当于一个标准电压测量点，在芯片内部连接到ADC1的通道17。

根据数据手册中的数据，这个参照电压的典型值是1.20V，最小值是1.16V，最大值是1.24V。这个电压基本不随外部供电电压的变化而变化。

不少人把这个参照电压与ADC的参考电压混淆。ADC的参考电压都是通过Vref+提供的。100脚以上的型号，Vref+引到了片外，引脚名称为Vref+；64脚和小于64脚的型号，Vref+在芯片内部与VCC信号线相连，没有引到片外，这样AD的参考电压就是VCC上的电压。

在ADC的外部参考电压波动，或因为Vref+在芯片内部与VCC相连而VCC变化的情况下，如果对于ADC测量的准确性要求不高时，可以使用这个内部参照电压得到ADC测量的电压值。

具体方法是在测量某个通道的电压值之前，先读出参照电压的ADC测量数值，记为ADrefint；再读出要测量通道的ADC转换数值，记为ADchx；则要测量的电压为：

Vchx = Vrefint* (ADchx/ADrefint)

其中Vrefint为参照电压=1.20V。

上述方法在使用内置温度传感器对因为温度变化，对系统参数进行补偿时就十分有效。

STM32的ADC输入通道配置

STM32中最多有3个ADC模块，每个模块对应的通道不完全重叠。

下图是STM32F103CDE数据手册中的总框图的左下角，图中可以看出有8个外部ADC管脚分别接到了3个ADC模块，有8个外部ADC管脚只分别接到了2个ADC模块，还有5个外部ADC管脚只接到了ADC3模块，这样总共是21个通

道。

下表是这些ADC管脚与每个ADC模块的对应关系，表中可以看出ADC1还有2个内部通道，分别接到内部的温度传感器和内部的参照电压：

关于STM32ADC速度的问题

STM32F103xx系列称为增强型产品，增强型产品的最高时钟频率可以达到72MHz。增强型产品的英文名称为Performance Line。

STM32F101xx系列称为基本型产品，基本型产品的最高时钟频率可以达到36MHz。基本型产品的英文名称为Access Line。

根据设计，当ADC模块的频率为14MHz时，可以达到ADC的最快采样转换速度。

要得到14MHz的ADC频率，就要求SYSCLK的频率是14MHz的倍数，即14MHz、28MHz、42MHz、56MHz、70MHz、84MHz等；对于基本型产品14MHz和28MHz处于它的最大允许频率范围内；对于增强型产品，14MHz、28MHz、42MHz、56MHz和70MHz几种频率都在它的最大允许频率范围内，但因为ADC预分频器的分频系数只有2、4、6、8这几个，使用70MHz不能得到最大的14MHz，所以要想得到最快的ADC转换速度，在增强型产品上能用的最快SYSCLK频率是56MHz。

ADC的速度由2个参数决定，它是采样时间和转换时间之和：

即：TCONV= 采样时间 + 12.5个ADC时钟周期

在STM32中，ADC的采样时间是由用户程序在一组预定的数值中选择，按照ADC的时钟周期计算，共有8种选择：

1.5、7.5、13.5、28.5、41.5、55.5、71.5和239.5

按最小的1.5个时钟周期的采样时间计算，最短的TCONV等于14个时钟周期，如果ADC的时钟频率是14MHz，则ADC的速度为每秒100万次。

注意：当ADC的时钟频率超过14MHz时，ADC的精度将会显著下降。

STM32内置CRC模块的使用

所有的STM32芯片都内置了一个硬件的CRC计算模块，可以很方便地应用到需要进行通信的程序中，这个CRC计算模块使用常见的、在以太网中使用的计算多项式：

X32 + X26 + X23+ X22 + X16 + X12 + X11 + X10 +X8 + X7 + X5 + X4 + X2 + X + 1

写成16进制就是：0x04C11DB7

使用这个内置CRC模块的方法非常简单，既首先复位CRC模块(设置CRC_CR=0x01)，这个操作把CRC计算的余数初始化为0xFFFFFFFF；然后把要计算的数据按每32位分割为一组数据字，并逐个地把这组数据字写入CRC_DR寄存器(既下图中的绿色框)，写完所有的数据字后，就可以从CRC_DR寄存器(既下图中的兰色框)读出计算的结果。

注意：虽然读写操作都是针对CRC_DR寄存器，但实际上是访问的不同物理寄存器。

有几点需要说明：

1）上述算法中变量CRC，在每次循环结束包含了计算的余数，它始终是向左移位(既从最低位向最高位移动)，溢出的数据位被丢弃。

2）输入的数据始终是以32位为单位，如果原始数据少于32位，需要在低位补0，当然也可以高位补0。

3）假定输入的DWORD数组中每个分量是按小端存储。

4）输入数据是按照最高位最先计算，最低位最后计算的顺序进行。

例如：

如果输入0x44434241，内存中按字节存放的顺序是：0x41, 0x42, 0x43, 0x44。计算的结果是：0xCF534AE1

如果输入0x41424344，内存中按字节存放的顺序是：0x44, 0x43, 0x42, 0x41。计算的结果是：0xABCF9A63

STM32中定时器的时钟源

STM32中有多达8个定时器，其中TIM1和TIM8是能够产生三对PWM互补输出的高级定时器，常用于三相电机的驱动，它们的时钟由APB2的输出产生。其它6个为普通定时器，时钟由APB1的输出产生。

下图是STM32参考手册上时钟分配图中，有关定时器时钟部分的截图：

从图中可以看出，定时器的时钟不是直接来自APB1或APB2，而是来自于输入为APB1或APB2的一个倍频器，图中的蓝色部分。

下面以定时器2~7的时钟说明这个倍频器的作用：当APB1的预分频系数为1时，这个倍频器不起作用，定时器的时钟频率等于APB1的频率；当APB1的预分频系数为其它数值(即预分频系数为2、4、8或16)时，这个倍频器起作用，定时器的时钟频率等于APB1的频率两倍。

假定AHB=36MHz，因为APB1允许的最大频率为36MHz，所以APB1的预分频系数可以取任意数值；当预分频系数=1时，APB1=36MHz，TIM2~7的时钟频率=36MHz(倍频器不起作用)；当预分频系数=2时，APB1=18MHz，在倍频器的作用下，TIM2~7的时钟频率=36MHz。

有人会问，既然需要TIM2~7的时钟频率=36MHz，为什么不直接取APB1的预分频系数=1？答案是：APB1不但要为TIM2~7提供时钟，而且还要为其它外设提供时钟；设置这个倍频器可以在保证其它外设使用较低时钟频率时，TIM2~7仍能得到较高的时钟频率。

再举个例子：当AHB=72MHz时，APB1的预分频系数必须大于2，因为APB1的最大频率只能为36MHz。如果APB1的预分频系数=2，则因为这个倍频器，TIM2~7仍然能够得到72MHz的时钟频率。能够使用更高的时钟频率，无疑提高了定时器的分辨率，这也正是设计这个倍频器的初衷。

STM32中外部中断与外部事件

这张图是一条外部中断线或外部事件线的示意图，图中信号线上划有一条斜线，旁边标志19字样的注释，表示这样的线路共有19套。

图中的蓝色虚线箭头，标出了外部中断信号的传输路径，首先外部信号从编号1的芯片管脚进入，经过编号2的边沿检测电路，通过编号3的或门进入中断“挂起请求寄存器”，最后经过编号4的与门输出到NVIC中断控制器；在这个通道上有4个控制选项，外部的信号首先经过边沿检测电路，这个边沿检测电路受上升沿或下降沿选择寄存器控制，用户可以使用这两个寄存器控制需要哪一个边沿产生中断，因为选择上升沿或下降沿是分别受2个平行的寄存器控制，所以用户可以同时选择上升沿或下降沿，而如果只有一个寄存器控制，那么只能选择一个边沿了。

接下来是编号3的或门，这个或门的另一个输入是“软件中断/事件寄存器”，从这里可以看出，软件可以优先于外部信号请求一个中断或事件，既当“软件中断/事件寄存器”的对应位为“1”时，不管外部信号如何，编号3的或门都会输出有效信号。

一个中断或事件请求信号经过编号3的或门后，进入挂起请求寄存器，到此之前，中断和事件的信号传输通路都是一致的，也就是说，挂起请求寄存器中记录了外部信号的电平变化。

外部请求信号最后经过编号4的与门，向NVIC中断控制器发出一个中断请求，如果中断屏蔽寄存器的对应位为“0”，则该请求信号不能传输到与门的另一端，实现了中断的屏蔽。

明白了外部中断的请求机制，就很容易理解事件的请求机制了。图中红色虚线箭头，标出了外部事件信号的传输路径，外部请求信号经过编号3的或门后，进入编号5的与门，这个与门的作用与编号4的与门类似，用于引入事件屏蔽寄存器的控制；最后脉冲发生器把一个跳变的信号转变为一个单脉冲，输出到芯片中的其它功能模块。

在这张图上我们也可以知道，从外部激励信号来看，中断和事件是没有分别的，只是在芯片内部分开，一路信号会向CPU产生中断请求，另一路信号会向其它功能模块发送脉冲触发信号，其它功能模块如何相应这个触发信号，则由对应的模块自己决定。

在图上部的APB总线和外设模块接口，是每一个功能模块都有的部分，CPU通过这样的接口访问各个功能模块，这里就不再赘述了。

STM32的USART发送数据时如何使用TXE和TC标志

在USART的发送端有2个寄存器，一个是程序可以看到的USART_DR寄存器(下图中阴影部分的TDR)，另一个是程序看不到的移位寄存器(下图中阴影部分Transmit Shift Register)。

对应USART数据发送有两个标志，一个是TXE=发送数据寄存器空，另一个是TC=发送结束；对照下图，当TDR中的数据传送到移位寄存器后，TXE被设置，此时移位寄存器开始向TX信号线按位传输数据，但因为TDR已经变空，程序可以把下一个要发送的字节(操作USART_DR)写入TDR中，而不必等到移位寄存器中所有位发送结束，所有位发送结束时(送出停止位后)硬件会设置TC标志。

另一方面，在刚刚初始化好USART还没有发送任何数据时，也会有TXE标志，因为这时发送数据寄存器是空的。

TXEIE和TCIE的意义很简单，TXEIE允许在TXE标志为'1'时产生中断，而TCIE允许在TC标志为'1'时产生中断。

至于什么时候使用哪个标志，需要根据你的需要自己决定。但我认为TXE允许程序有更充裕的时间填写TDR寄存器，保证发送的数据流不间断。TC可以让程序知道发送结束的确切时间，有利于程序控制外部数据流的时序。

STM32设置了很多非常有用和灵活的控制和状态位，只要你很好地掌握了它们的用法，可以让你的应用更加精确和高效。

在STM32中如何配置片内外设使用的IO端口

首先，一个外设经过配置输入的时钟和初始化后即被激活(开启)。

如果需要使用该外设的输入输出管脚，则需要配置相应的GPIO端口；否则该外设对应的输入输出管脚可以做普通GPIO管脚使用。