【STM32】江科大STM32笔记汇总(已完结)

目录

1. 引言
2. STM32简介
3. 开发环境搭建
   • 安装Keil
   • 安装STM32CubeMX
4. STM32硬件基础
   • STM32架构
   • GPIO配置
5. 常用外设
   • UART串口通信
   • ADC模拟信号采集
   • PWM输出与电机控制
   • I2C与传感器交互
6. 案例分析
   • 温度传感器数据采集
   • LED灯控制
   • 简单的步进电机控制
7. 性能优化建议
8. 常见问题及解决方案
9. 总结

引言

在嵌入式系统中，STM32系列微控制器因其高性能、低功耗以及丰富的外设接口而广泛应用。本文将汇总关于STM32的学习笔记，包括硬件基础、常用外设及实际案例，帮助初学者快速上手。

STM32简介

STM32是一系列基于ARM Cortex-M内核的微控制器，由意法半导体（STMicroelectronics）公司生产。STM32系列分为多个型号，其中包括：

• STM32F0系列：入门级低功耗微控制器
• STM32F1系列：通用型微控制器，功能强大
• STM32F4系列：高性能微控制器，适合复杂应用
• STM32L系列：超低功耗微控制器，适合长电池续航的应用

开发环境搭建

安装Keil

1. 下载并安装Keil MDK。
2. 配置工具链，确保选择正确的STM32系列型号。
3. 创建新项目，并设置目标设备。

安装STM32CubeMX

1. 从ST官方网站下载STM32CubeMX。
2. 启动软件，选择目标STM32微控制器。
3. 配置外设和引脚设置，生成代码。

STM32硬件基础

STM32架构

STM32微控制器基于ARM Cortex-M内核，具有以下特点：

• 32位处理器：支持更高的数据处理能力。
• 丰富的外设接口：如UART、SPI、I2C、ADC等。
• 多种功耗模式：适应不同的应用需求。

GPIO配置

GPIO（通用输入输出）是STM32的重要接口之一，可以用于控制LED、按钮等外设。

cCopy Code
#include "stm32f4xx.h"

void GPIO_Config(void) {
    // 使能GPIO时钟
    RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1ENR_GPIOAEN;
    
    // 设置PA5为推挽输出
    GPIOA->MODER |= (1 << (5 * 2)); // MODER5 = 01
}

void LED_Blink(void) {
    GPIOA->ODR ^= (1 << 5); // 切换PA5状态
}

常用外设

UART串口通信

UART（通用异步收发传输）是STM32中最基本的通信接口之一。

cCopy Code
void UART_Config(void) {
    // 使能USART时钟
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_USART2EN;
    
    // 配置波特率、数据位、停止位等
    USART2->BRR = 16000000 / 115200; // 波特率设置
    USART2->CR1 |= USART_CR1_TE | USART_CR1_RE | USART_CR1_UE; // 使能发送和接收
}

void UART_Send(char *data) {
    while(*data) {
        while(!(USART2->SR & USART_SR_TXE)); // 等待TXE标志
        USART2->DR = *data++; // 发送数据
    }
}

ADC模拟信号采集

ADC（模数转换器）用于将模拟信号转换为数字信号，适用于温度传感器等应用。

cCopy Code
void ADC_Config(void) {
    // 使能ADC时钟
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_ADC1EN;
    
    // 配置ADC参数
    ADC1->CR1 |= ADC_CR1_RES_0; // 12位分辨率
    ADC1->SQR3 = 0; // 选择通道0
    ADC1->CR2 |= ADC_CR2_ADON; // 使能ADC
}

uint16_t ADC_Read(void) {
    ADC1->CR2 |= ADC_CR2_SWSTART; // 开始转换
    while(!(ADC1->SR & ADC_SR_EOC)); // 等待转换结束
    return ADC1->DR; // 读取结果
}

PWM输出与电机控制

PWM（脉宽调制）可以用于控制电机速度等。

cCopy Code
void PWM_Config(void) {
    // 使能TIM时钟
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM2EN;

    // 设置计数器
    TIM2->PSC = 16000 - 1; // 预分频
    TIM2->ARR = 1000 - 1; // 自动重装载值
    TIM2->CCR1 = 500; // 占空比50%
    
    // 配置PWM模式
    TIM2->CCMR1 |= TIM_CCMR1_OC1M_1 | TIM_CCMR1_OC1M_2;
    TIM2->CCMR1 |= TIM_CCMR1_OC1PE; // 使能预装载
    TIM2->CR1 |= TIM_CR1_CEN; // 启动定时器
}

I2C与传感器交互

I2C（Inter-Integrated Circuit）是常见的串行通信协议，用于与传感器等外设进行通信。

cCopy Code
void I2C_Config(void) {
    // 使能I2C时钟
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_I2C1EN;

    // 设置I2C参数
    I2C1->CR2 = 16; // 16个时钟周期
    I2C1->CCR = 80; // 设置时钟频率
    I2C1->TRISE = 17; // 设置上升时间
    I2C1->CR1 |= I2C_CR1_PE; // 使能I2C
}

uint8_t I2C_Read(uint8_t device_addr, uint8_t reg_addr) {
    // 发起I2C通信，读取数据
    // 实现代码略
    return data;
}

案例分析

温度传感器数据采集

场景描述

利用STM32读取温度传感器的数据并通过串口发送到计算机。

实现步骤

1. 配置ADC读取温度传感器的模拟输出。
2. 使用UART接口发送数据到PC。

cCopy Code
void main(void) {
    SystemInit();
    GPIO_Config();
    UART_Config();
    ADC_Config();

    while(1) {
        uint16_t temp_value = ADC_Read();
        char buffer[20];
        sprintf(buffer, "Temperature: %d\n", temp_value);
        UART_Send(buffer);
        HAL_Delay(1000); // 延时1秒
    }
}

LED灯控制

场景描述

通过按键控制LED的开关状态。

实现步骤

1. 配置GPIO作为输入（按键）和输出（LED）。
2. 在主循环中检测按键状态并切换LED状态。

cCopy Code
void main(void) {
    SystemInit();
    GPIO_Config();

    while(1) {
        if(GPIOA->IDR & (1 << 0)) { // 检测PA0引脚
            LED_Blink();
            HAL_Delay(500); // 延时
        }
    }
}

简单的步进电机控制

场景描述

使用PWM信号控制步进电机的旋转。

实现步骤

1. 配置PWM输出。
2. 通过调整PWM占空比控制电机转速。

cCopy Code
void main(void) {
    SystemInit();
    PWM_Config();
    
    while(1) {
        for(int i = 0; i < 1000; i++) {
            TIM2->CCR1 = i; // 调整占空比
            HAL_Delay(10);
        }
    }
}

性能优化建议

1. 合理使用中断：避免轮询，提高CPU利用率。
2. 优化代码结构：减少冗余代码，提高代码复用性。
3. 使用DMA：对于大数据量传输，可使用DMA提高效率。

常见问题及解决方案

问题1：无法编译通过

解决方案：检查是否选择了正确的目标设备和库文件。

问题2：串口无法通信

解决方案：确认波特率设置一致，检查连接线是否良好。

问题3：ADC读取值不正确

解决方案：检查输入信号范围，确保ADC配置正确。

总结

STM32微控制器因其强大的性能和丰富的外设接口，适合多种应用。本篇文章总结了STM32的基础知识及实际案例，希望对学习STM32有所帮助。通过不断实践和探索，相信大家能够掌握STM32的开发技巧，为实际项目的实施打下坚实的基础。