STM32F103單片機(jī)概述及環(huán)境搭建教程

1.1 STM32F103單片機(jī)概述

ARM公司在ARM11以后的產(chǎn)品改用Cortex命名，主要分為三種，Cortex-M系列，Cortex-R系列和Cortex-A系列，Cortex系列屬于ARMv7架構(gòu)，這是2010年為止ARM公司最新的指令集架構(gòu)，其中Cortex-M主要用于低端的嵌入式控制系統(tǒng)中，Cortex-R主要用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，Cortex-A系列則是用于操作系統(tǒng)，智能設(shè)備和移動電話等領(lǐng)域，比如常見的Cortex-A15（用于Android，Ubuntu等系統(tǒng)中）。

意法半導(dǎo)體（ST公司）開發(fā)的STM32就屬于Cortex-M架構(gòu)，該架構(gòu)細(xì)分又可以分為M0，M0+，M3，H7等，以最常見的STM32F103為例，該芯片屬于Cortex-M3架構(gòu)，CPU主頻72MHz，內(nèi)置高精度ADC，USART，CAN，USB，SDIO等模塊，極大的便于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。

以STM32F103ZET6為例，該芯片封裝為LQFP-144，內(nèi)置資源如下所示：

（1）1組17通道高精度ADC，1組15通道ADC，1組13通道ADC，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)1us；

（2）1組2路DAC輸出；

（3）8組高級定時(shí)器（可以做電容捕捉，PWM輸出，基本定時(shí)等功能）；

（4）高精度RTC模塊，2路時(shí)鐘可選；

（5）1組CAN，支持任意波特率；

（6）2組硬件IIC；

（7）3組硬件SPI；

（8）5組串口

（9）1組SDIO模塊，用于外接SD卡通信；

（10）1組USB模塊，可做主機(jī)，可做從機(jī)；

（11）2組I2S模塊，用于I2S通信；

（12）1組CRC模塊；

（13）2組看門狗模塊；

（14）1組DMA模塊；

STM32F103ZET6實(shí)物圖片如下圖所示。

1.2 STM32F103ZET6最小系統(tǒng)

1.2.1 原理圖

STM32F103的最小系統(tǒng)由備用電源，下載接口，濾波電容，啟動端子和時(shí)鐘電路組成，其中濾波電容主要用于穩(wěn)定CPU電源端口電壓，由于CPU電源端口有12組，所以利用12個(gè)100nF電容來穩(wěn)定每個(gè)端口的電壓，布線的時(shí)候，每個(gè)電容離著供電端口越近越好。

1.2.2 時(shí)鐘電路

單片機(jī)最小系統(tǒng)有兩個(gè)晶體振蕩器，其中8MHz提供主系統(tǒng)工作時(shí)鐘脈沖，即CPU內(nèi)核，系統(tǒng)總線和除RTC時(shí)鐘外其他外設(shè)的工作時(shí)鐘，32.768KHz時(shí)鐘專用于CPU內(nèi)部RTC時(shí)鐘脈沖。

1.2.3 復(fù)位電路

由于STM32F103屬于低電平復(fù)位，所以設(shè)計(jì)了如上圖所示電路進(jìn)行復(fù)位，初始狀態(tài)電容兩端電壓為0，相當(dāng)于低電平，上電后，電容開始充電，隨著充電時(shí)間的上升，電容兩端電壓呈現(xiàn)指數(shù)上升（電路分析中專門講解過這部分內(nèi)容），隨著電容充滿電，電容兩端理論電壓逐漸達(dá)到3.3V，此時(shí)復(fù)位結(jié)束，如果想要不斷電復(fù)位，只需要按一下按鍵S1，按下按鍵后，電容對地放電，放完電后達(dá)到低電平，此時(shí)開始復(fù)位，然后重復(fù)上電復(fù)位的過程。

1.2.4 啟動選擇端口

STM32有三種啟動方式，通過BOOT0和BOOT1的電平選擇，具體分配如下表所示。

一般啟動程序都在FLASH中啟動，如果出現(xiàn)芯片進(jìn)入低功耗模式或者禁用了調(diào)試端口，那么串口激活是唯一的辦法，所以建議設(shè)計(jì)產(chǎn)品的時(shí)候，BOOT0和BOOT1兩個(gè)引腳用0Ω電阻引出來。

1.2.5 VBAT供電

VBAT供電主要用于RTC和備份區(qū)域數(shù)據(jù)不丟失使用，當(dāng)外部3.3V斷電之后，二極管D1處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)D2負(fù)極處于電平，二極管D2正向?qū)?，通過3V紐扣電池給VBAT供電，防止RTC和備份區(qū)域的數(shù)據(jù)丟失。

1.2.6 串口下載與SW仿真

STM32下載程序有兩種方式，一種是傳統(tǒng)的串口模式，通過BOOT0和BOOT1啟動系統(tǒng)存儲器，然后將程序燒寫進(jìn)FLASH中，然后斷電，設(shè)置FLASH啟動后就可以啟動程序，還有一種特殊的方式，就是SW模式，SW模式一種單線FLASH燒寫模式，通過CLK和DATA兩根線，將程序直接燒寫進(jìn)FLASH，并且通過這兩根線進(jìn)行在線仿真，可以直接將CPU中所有寄存器的值全部實(shí)時(shí)讀取，用于簡化調(diào)試過程。這個(gè)功能是51單片機(jī)不會有的。

1.2.7 電源電路

STM32F103采用3.3V電源進(jìn)行供電，但是一般USB接口或者充電寶都是輸出DC5V，這就需要一個(gè)LDO來進(jìn)行電壓變換，將5V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V電壓供STM32使用。

1.3 STM32工程創(chuàng)建

STM32的程序也是可以使用51的IDE編寫的，KEIL作為集成開發(fā)環(huán)境，現(xiàn)在已經(jīng)可以大多數(shù)主流CPU，比如之前的51系列，這次的ST系列，還有NXP公司的iMX系列等，下面來說明如何使用KEIL來創(chuàng)建STM32程序。

STM32的工程不同于51的工程，需要好幾個(gè)文件來支持，由于這次創(chuàng)建的是空白工程，所以只需要?jiǎng)?chuàng)建主函數(shù)的c文件，啟動匯編文件，和STM32寄存器文件。

（1）安裝ARM版本的KEIL，從KEIL官網(wǎng)或者文中附帶的鏈接下載安裝包，安裝時(shí)記住不能有中文路徑，直接安裝即可。

（2）安裝STM32F1系列固件庫，從KEIL官網(wǎng)找到安裝包，下載后安裝（注：KEIL版本必須是ARM版本的，C51版本安裝不上）。

下載固件庫之后，雙擊安裝即可。

（3）在工程文件夾中創(chuàng)建四個(gè)子文件夾，HEADERWARE，OBJECT，USER和SYSTEM，各文件夾內(nèi)容如下所示。

USER：存放工程文件，匯編啟動文件與主函數(shù)的c文件

SYSTEM：存放系統(tǒng)文件，串口1文件和滴答時(shí)鐘文件

HEADERWARE：存放其他的驅(qū)動文件

OBJECT：存放編譯過程的鏈接文件以及最終的HEX文件

（4）新建工程，輸入工程保存路徑后點(diǎn)擊保存。

（5）選擇目標(biāo)芯片型號，我們使用的芯片型號是STM32F103ZET6

（6）點(diǎn)擊工程設(shè)置，添加系統(tǒng)文件夾

點(diǎn)擊紅框選中的位置來新建文件夾，雙擊新建的文件夾修改名稱，創(chuàng)建和步驟3目錄一樣的文件夾，如下圖所示。

（7）創(chuàng)建啟動匯編文件

點(diǎn)擊保存，輸入文件名stm32f103x.s后保存進(jìn)User文件夾。

輸入以下代碼，由于以下代碼是固定的，所以可以直接復(fù)制

Stack_Size    EQU    0x00000400


        AREA  STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
Stack_Mem    SPACE  Stack_Size
__initial_sp


Heap_Size    EQU    0x00000200


        AREA  HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
__heap_base
Heap_Mem    SPACE   Heap_Size
__heap_limit


                PRESERVE8
                THUMB


; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
                AREA    RESET, DATA, READONLY
                EXPORT    __Vectors
                EXPORT    __Vectors_End
                EXPORT    __Vectors_Size


__Vectors    DCD    __initial_sp        ; Top of Stack
        DCD    Reset_Handler        ; Reset Handler
        DCD    NMI_Handler          ; NMI Handler
        DCD    HardFault_Handler      ; Hard Fault Handler
        DCD    MemManage_Handler      ; MPU Fault Handler
        DCD    BusFault_Handler      ; Bus Fault Handler
        DCD    UsageFault_Handler      ; Usage Fault Handler
        DCD    0              ; Reserved
        DCD    0              ; Reserved
        DCD    0              ; Reserved
        DCD    0              ; Reserved
        DCD    SVC_Handler          ; SVCall Handler
        DCD    DebugMon_Handler      ; Debug Monitor Handler
        DCD    0              ; Reserved
        DCD    PendSV_Handler        ; PendSV Handler
        DCD    SysTick_Handler        ; SysTick Handler


        ; External Interrupts
        DCD     WWDG_IRQHandler        ; Window Watchdog
        DCD     PVD_IRQHandler        ; PVD through EXTI Line detect
        DCD     TAMPER_IRQHandler      ; Tamper
        DCD     RTC_IRQHandler        ; RTC
        DCD     FLASH_IRQHandler      ; Flash
        DCD     RCC_IRQHandler        ; RCC
        DCD     EXTI0_IRQHandler      ; EXTI Line 0
        DCD     EXTI1_IRQHandler      ; EXTI Line 1
        DCD     EXTI2_IRQHandler      ; EXTI Line 2
        DCD     EXTI3_IRQHandler      ; EXTI Line 3
        DCD     EXTI4_IRQHandler      ; EXTI Line 4
        DCD     DMA1_Channel1_IRQHandler  ; DMA1 Channel 1
        DCD     DMA1_Channel2_IRQHandler  ; DMA1 Channel 2
        DCD     DMA1_Channel3_IRQHandler  ; DMA1 Channel 3
        DCD     DMA1_Channel4_IRQHandler  ; DMA1 Channel 4
        DCD     DMA1_Channel5_IRQHandler  ; DMA1 Channel 5
        DCD     DMA1_Channel6_IRQHandler  ; DMA1 Channel 6
        DCD     DMA1_Channel7_IRQHandler  ; DMA1 Channel 7
        DCD     ADC1_2_IRQHandler      ; ADC1 & ADC2
        DCD     USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler  ; USB High Priority or CAN1 TX
        DCD     USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler  ; USB Low  Priority or CAN1 RX0
        DCD     CAN1_RX1_IRQHandler      ; CAN1 RX1
        DCD     CAN1_SCE_IRQHandler      ; CAN1 SCE
        DCD     EXTI9_5_IRQHandler      ; EXTI Line 9..5
        DCD     TIM1_BRK_IRQHandler      ; TIM1 Break
        DCD     TIM1_UP_IRQHandler      ; TIM1 Update
        DCD     TIM1_TRG_COM_IRQHandler    ; TIM1 Trigger and Commutation
        DCD     TIM1_CC_IRQHandler      ; TIM1 Capture Compare
        DCD     TIM2_IRQHandler        ; TIM2
        DCD     TIM3_IRQHandler        ; TIM3
        DCD     TIM4_IRQHandler        ; TIM4
        DCD     I2C1_EV_IRQHandler      ; I2C1 Event
        DCD     I2C1_ER_IRQHandler      ; I2C1 Error
        DCD     I2C2_EV_IRQHandler      ; I2C2 Event
        DCD     I2C2_ER_IRQHandler      ; I2C2 Error
        DCD     SPI1_IRQHandler        ; SPI1
        DCD     SPI2_IRQHandler        ; SPI2
        DCD     USART1_IRQHandler      ; USART1
        DCD     USART2_IRQHandler      ; USART2
        DCD     USART3_IRQHandler      ; USART3
        DCD     EXTI15_10_IRQHandler    ; EXTI Line 15..10
        DCD     RTCAlarm_IRQHandler      ; RTC Alarm through EXTI Line
        DCD     USBWakeUp_IRQHandler    ; USB Wakeup from suspend
        DCD     TIM8_BRK_IRQHandler      ; TIM8 Break
        DCD     TIM8_UP_IRQHandler      ; TIM8 Update
        DCD     TIM8_TRG_COM_IRQHandler    ; TIM8 Trigger and Commutation
        DCD     TIM8_CC_IRQHandler      ; TIM8 Capture Compare
        DCD     ADC3_IRQHandler        ; ADC3
        DCD     FSMC_IRQHandler        ; FSMC
        DCD     SDIO_IRQHandler        ; SDIO
        DCD     TIM5_IRQHandler        ; TIM5
        DCD     SPI3_IRQHandler        ; SPI3
        DCD     UART4_IRQHandler      ; UART4
        DCD     UART5_IRQHandler      ; UART5
        DCD     TIM6_IRQHandler        ; TIM6
        DCD     TIM7_IRQHandler        ; TIM7
        DCD     DMA2_Channel1_IRQHandler  ; DMA2 Channel1
        DCD     DMA2_Channel2_IRQHandler  ; DMA2 Channel2
        DCD     DMA2_Channel3_IRQHandler  ; DMA2 Channel3
        DCD     DMA2_Channel4_5_IRQHandler  ; DMA2 Channel4 & Channel5
__Vectors_End


__Vectors_Size  EQU  __Vectors_End - __Vectors


        AREA    |.text|, CODE, READONLY
; Reset handler
Reset_Handler  PROC
        EXPORT    Reset_Handler        [WEAK]
        IMPORT    __main  
        LDR      R0, =__main
        BX      R0
        ENDP


; Dummy Exception Handlers (infinite loops which can be modified)
NMI_Handler    PROC
        EXPORT    NMI_Handler          [WEAK]
        B    .
        ENDP
HardFault_Handler        PROC
        EXPORT    HardFault_Handler      [WEAK]
        B    .
        ENDP
MemManage_Handler        PROC
        EXPORT    MemManage_Handler      [WEAK]
        B    .
        ENDP
BusFault_Handler        PROC
        EXPORT    BusFault_Handler      [WEAK]
        B    .
        ENDP
UsageFault_Handler        PROC
        EXPORT    UsageFault_Handler      [WEAK]
        B    .
        ENDP
SVC_Handler    PROC
        EXPORT    SVC_Handler          [WEAK]
        B    .
        ENDP
DebugMon_Handler        PROC
        EXPORT    DebugMon_Handler      [WEAK]
        B    .
        ENDP
PendSV_Handler  PROC
        EXPORT    PendSV_Handler        [WEAK]
        B    .
        ENDP
SysTick_Handler  PROC
        EXPORT    SysTick_Handler        [WEAK]
        B    .
        ENDP


Default_Handler  PROC
        EXPORT    WWDG_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    PVD_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    TAMPER_IRQHandler      [WEAK]
                EXPORT    RTC_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    FLASH_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    RCC_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    EXTI0_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    EXTI1_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    EXTI2_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    EXTI3_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    EXTI4_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    DMA1_Channel1_IRQHandler  [WEAK]
        EXPORT    DMA1_Channel2_IRQHandler  [WEAK]
        EXPORT    DMA1_Channel3_IRQHandler  [WEAK]
        EXPORT    DMA1_Channel4_IRQHandler  [WEAK]
        EXPORT    DMA1_Channel5_IRQHandler  [WEAK]
        EXPORT    DMA1_Channel6_IRQHandler  [WEAK]
        EXPORT    DMA1_Channel7_IRQHandler  [WEAK]
        EXPORT    ADC1_2_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler  [WEAK]
        EXPORT    USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler  [WEAK]
        EXPORT    CAN1_RX1_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    CAN1_SCE_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    EXTI9_5_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    TIM1_BRK_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    TIM1_UP_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    TIM1_TRG_COM_IRQHandler    [WEAK]
        EXPORT    TIM1_CC_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    TIM2_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    TIM3_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    TIM4_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    I2C1_EV_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    I2C1_ER_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    I2C2_EV_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    I2C2_ER_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    SPI1_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    SPI2_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    USART1_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    USART2_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    USART3_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    EXTI15_10_IRQHandler    [WEAK]
        EXPORT    RTCAlarm_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    USBWakeUp_IRQHandler    [WEAK]
        EXPORT    TIM8_BRK_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    TIM8_UP_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    TIM8_TRG_COM_IRQHandler    [WEAK]
        EXPORT    TIM8_CC_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    ADC3_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    FSMC_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    SDIO_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    TIM5_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    SPI3_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    UART4_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    UART5_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    TIM6_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    TIM7_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    DMA2_Channel1_IRQHandler  [WEAK]
        EXPORT    DMA2_Channel2_IRQHandler  [WEAK]
        EXPORT    DMA2_Channel3_IRQHandler  [WEAK]
        EXPORT    DMA2_Channel4_5_IRQHandler  [WEAK]


WWDG_IRQHandler
PVD_IRQHandler
TAMPER_IRQHandler
RTC_IRQHandler
FLASH_IRQHandler
RCC_IRQHandler
EXTI0_IRQHandler
EXTI1_IRQHandler
EXTI2_IRQHandler
EXTI3_IRQHandler
EXTI4_IRQHandler
DMA1_Channel1_IRQHandler
DMA1_Channel2_IRQHandler
DMA1_Channel3_IRQHandler
DMA1_Channel4_IRQHandler
DMA1_Channel5_IRQHandler
DMA1_Channel6_IRQHandler
DMA1_Channel7_IRQHandler
ADC1_2_IRQHandler
USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler
USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler
CAN1_RX1_IRQHandler
CAN1_SCE_IRQHandler
EXTI9_5_IRQHandler
TIM1_BRK_IRQHandler
TIM1_UP_IRQHandler
TIM1_TRG_COM_IRQHandler
TIM1_CC_IRQHandler
TIM2_IRQHandler
TIM3_IRQHandler
TIM4_IRQHandler
I2C1_EV_IRQHandler
I2C1_ER_IRQHandler
I2C2_EV_IRQHandler
I2C2_ER_IRQHandler
SPI1_IRQHandler
SPI2_IRQHandler
USART1_IRQHandler
USART2_IRQHandler
USART3_IRQHandler
EXTI15_10_IRQHandler
RTCAlarm_IRQHandler
USBWakeUp_IRQHandler
TIM8_BRK_IRQHandler
TIM8_UP_IRQHandler
TIM8_TRG_COM_IRQHandler
TIM8_CC_IRQHandler
ADC3_IRQHandler
FSMC_IRQHandler
SDIO_IRQHandler
TIM5_IRQHandler
SPI3_IRQHandler
UART4_IRQHandler
UART5_IRQHandler
TIM6_IRQHandler
TIM7_IRQHandler
DMA2_Channel1_IRQHandler
DMA2_Channel2_IRQHandler
DMA2_Channel3_IRQHandler
DMA2_Channel4_5_IRQHandler
        B    .
        ENDP
        ALIGN


; User Stack and Heap initialization
        IF      :DEF:__MICROLIB
        EXPORT    __initial_sp
        EXPORT    __heap_base
        EXPORT    __heap_limit
        ELSE  
        IMPORT    __use_two_region_memory
        EXPORT    __user_initial_stackheap
__user_initial_stackheap
        LDR    R0, =  Heap_Mem
        LDR    R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)
        LDR    R2, = (Heap_Mem +  Heap_Size)
        LDR    R3, = Stack_Mem
        BX    LR
        ALIGN
        ENDIF
        END

（8）修改鏈接文件與HEX文件的保存路徑

修改HEX的保存路徑

修改鏈接文件的保存路徑

（9）創(chuàng)建主函數(shù)的c文件，創(chuàng)建步驟與步驟7一樣，只不過保存的時(shí)候，文件后綴變?yōu)閏，例如1.c。將主函數(shù)的c文件保存到User目錄下

（10）在c文件下輸入如下代碼

#include 
int main()
{
  while( 1 )
  {

  }
}

（11）將剛才創(chuàng)建的2個(gè)文件添加進(jìn)工程