STM32：從菜鳥到牛人就是如此簡單！

時間：2020-05-06 10:18:06

關(guān)鍵字： STM32 BSP GPIO 開漏輸出

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[導(dǎo)讀]為了學(xué)習(xí)單片機(jī)而去學(xué)習(xí)單片機(jī)的思路是不對的你問如何系統(tǒng)地入門學(xué)習(xí)stm32？本身就是一個錯誤的問題假如你會使用8051 會寫C語言那么STM32本身并不需要刻意的學(xué)習(xí)。你要考慮的是我可以用STM32實(shí)現(xiàn)什么？為什么使用STM32而不是8051？是因?yàn)?1的頻率太低

為了學(xué)習(xí)單片機(jī)而去學(xué)習(xí)單片機(jī)的思路是不對的

你問
如何系統(tǒng)地入門學(xué)習(xí)stm32？

本身就是一個錯誤的問題
假如你會使用8051
會寫C語言
那么STM32本身并不需要刻意的學(xué)習(xí)。

你要考慮的是
我可以用STM32實(shí)現(xiàn)什么？

為什么使用STM32而不是8051？是因?yàn)?1的頻率太低，無法滿足計算需求？是51的管腳太少，無法滿足眾多外設(shè)的IO？是51的功耗太大，電池挺不??？是51的功能太弱，而你要使用SPI、I2C、ADC、DMA？是51的內(nèi)存太小而你要存儲的東西太多？

當(dāng)你需要使用STM32某些功能，而51實(shí)現(xiàn)不了的時候，那STM32自然不需要學(xué)習(xí)，你會直接去尋找STM32某方面的使用方法。比如要用spi協(xié)議的網(wǎng)卡、要使用串口通信、要使用rtos等等……

01
從菜鳥到牛人的學(xué)習(xí)步驟

我們假定大家已經(jīng)對STM32的書籍或者文檔有一定的理解。如不理解，請立即閱讀STM32的文檔，以獲取最基本的知識點(diǎn)。

英文好的同學(xué)，請不要以為你很牛，可以只看英文文檔。畢竟你是中國人，你最熟悉的，理解最好的還是中文?？从⑽牡乃俣冗€是比看中文慢一些，我們要的是最短的時間，而不是追求短時間內(nèi)記住所有細(xì)節(jié)。當(dāng)然，如果是一篇論文，建議看英文原版還是有好處的。

STM32處理器進(jìn)入國內(nèi)市場時候，ST官方（或者第三方）的推廣工作做的非常好。翻譯了大量的英文文檔，迎合了國內(nèi)的很多工程師的思維。

學(xué)習(xí)的時候，關(guān)注兩個比較重要的文檔：《STM32F103xxx參考手冊》，《STM32固件庫使用手冊》。這是針對有充足的時間、精力的同學(xué)，建議去下載需要查閱的文檔，以獲取更多信息。

閱讀《STM32F103xxx參考手冊》，一定要注意，不需要全部閱讀——沒有時間的。建議選讀，但是前幾章必讀。存儲器和總線架構(gòu)、電源控制、備份寄存器、復(fù)位和時鐘控制，通用和復(fù)用功能I/O，中斷和時間等等前幾章一定要花時間閱讀。

后面章節(jié)，講述的是具體的功能模塊設(shè)計。如果我們用到哪個模塊，就可以去閱讀哪個模塊。比如在使用AD的時候，就需要去閱讀第10章ADC。其他不舉例。相信每個初學(xué)者都有自己的研究方向和判斷。

閱讀《STM32固件庫使用手冊》，主要是為了簡化編程。STM32給我們提供了一個非常好的固件函數(shù)庫，我們只要去調(diào)用即可。當(dāng)然，我們也可以不去碰這些固件庫——傳說使用它會使得代碼效率變低，是有道理的。網(wǎng)絡(luò)上也出現(xiàn)了很多網(wǎng)友自己寫的代碼，沒有使用帶固件庫函數(shù)。如何取舍，在于您的選擇。

這里我主要強(qiáng)調(diào)的是，閱讀《STM32固件庫使用手冊》的時候，前面幾章也是必須閱讀的。比如第一章文檔和庫規(guī)范中的命名規(guī)則，編碼規(guī)則，這些都是需要注意的。第二章是最關(guān)鍵的，希望大家熟讀。第二章描述了固件庫的架構(gòu)，我們?nèi)绾稳ナ褂霉碳斓牟襟E等。有了第二章的基礎(chǔ)，我們就可以借助固件庫寫出自己的代碼了。第四章開始之后，就可以根據(jù)大家的需要來閱讀。實(shí)際上，后續(xù)的章節(jié)，都是描述某個模塊有什么什么函數(shù)，每個函數(shù)如何使用等。

關(guān)于后面的章節(jié)，建議對GPIO庫函數(shù)、中斷部分庫函數(shù)、復(fù)位和時鐘設(shè)置的庫函數(shù)要比較熟悉，因?yàn)槠綍r經(jīng)常會用到。

以上提到的這兩個文檔，已經(jīng)足夠您看的了，呵呵。希望您能從中獲取大量的STM32基礎(chǔ)知識。

02
設(shè)定一個不錯的兩周入門計劃

（1）這里所謂的“入門”，指的是能理解并掌握一些常用的STM32外設(shè)，真正想掌握一款處理器，兩周根本說明不了什么問題。只能說，你已經(jīng)有所了解了。但是，這對我們初學(xué)者來說已經(jīng)足夠了。

（2）這里所謂的“兩周”，根據(jù)每個人的時間安排不同而不同。

如果您每天有充足的時間學(xué)習(xí)，那么可以規(guī)定自己盡快地能獨(dú)立地進(jìn)行簡單的STM32開發(fā)。

如果您每天只有業(yè)余時間來學(xué)習(xí)STM32，建議根據(jù)您的具體情況安排時間。畢竟計劃時間如果安排太緊，反而收不到良好的效果，只能進(jìn)入惡性循環(huán)，這是我們要避免的。

但是建議，不管您有無充足的時間，都必須給自己做一個計劃！！

這里列出一個思路，僅供參考。

步驟一， 安裝完STM32學(xué)習(xí)的軟件，比如J-Link、Keil for ARM（MDK）、ISP（如果需要從串口下載的話）。這些軟件安裝的詳細(xì)步驟，可以參考我們推出的相應(yīng)教程進(jìn)行。

步驟二， 挑選部分例程的HEX，比如LED燈的例程HEX文件，下載到芯達(dá)STM32開發(fā)板中，觀察兩個LED燈的閃爍情況。這部分的操作，可以參考我們推出的相應(yīng)的教程進(jìn)行。

實(shí)際上，以上兩個步驟，是為了熟悉要使用的工具軟件而已。屬于找感覺的階段。其實(shí)我們還沒開始STM32的學(xué)習(xí)呢！

步驟三， 準(zhǔn)備幾個常用的文檔，比如《STM32的用戶手冊》，《STM32固件庫使用手冊》等文檔。用于平時查閱。這些文檔，在光盤中的芯片手冊目錄中均可找到。

步驟四， 開始查看例程的編寫，看看例程是如何寫的，自己可否修改下例程，達(dá)到自己想要的效果呢？

步驟五， Ucos-II的移植，是否需要試一下？

恭喜你，至此，你已經(jīng)可以自如進(jìn)行獨(dú)立的開發(fā)了。最后一步，給自己一個目標(biāo)（項(xiàng)目），把它實(shí)現(xiàn)出來！

再次強(qiáng)調(diào)，以上只是一個學(xué)習(xí)STM32的思路，供大家參考。下面列出了前面關(guān)鍵的步驟，希望大家能盡快入門。

第1步：熟悉調(diào)試軟件

對初學(xué)者來說，我們至少需要安裝兩個軟件：J-Link驅(qū)動軟件、MDK（就是原來的Keil）軟件。

這兩個軟件在安裝軟件的過程可以查看神舟開發(fā)板用戶手冊，這里不再重復(fù)，大家可以參考我們推出的教程《如何安裝J-Link驅(qū)動軟件》以及《如何安裝MDK（Keil）軟件》。如何驗(yàn)證自己已經(jīng)熟悉調(diào)試軟件的操作了呢？很簡單，神舟STM32開發(fā)板光盤里附帶了很多HEX格式的文件，可以選擇一些HEX文件，來觀察運(yùn)行結(jié)果。

該步驟要達(dá)到的目標(biāo)：熟悉調(diào)試軟件，如燒寫HEX出現(xiàn)問題，可簡單判別問題所在，并獨(dú)立解決。

第2步：GPIO編程

這是第一次接觸固件庫的編程，一定要硬著頭皮去了解固件庫。建議大家盡量去用固件庫。而不是避開固件庫自己寫代碼——這樣只能在學(xué)習(xí)中才會發(fā)生。實(shí)際的項(xiàng)目中，代碼成百上千個，如何一個一個自己寫？調(diào)用固件庫中的函數(shù)來完成，才是王者之道。

GPIO本身的編程實(shí)際上很簡單

1、設(shè)置GPIO口的引腳為輸入或者輸出模式。我們在進(jìn)行點(diǎn)燈代碼的時候，一般設(shè)置為推挽輸出模式。

2、操作寄存器，往寄存器里置1或者清零操作——這個步驟，固件庫已經(jīng)提供了專門的GPIO_SetBits函數(shù)和GPIO_ResetBits函數(shù)，我們只要去調(diào)用即可實(shí)現(xiàn)對IO口的置1和清零。

3、實(shí)現(xiàn)多種花樣的LED閃動，使得自己熟悉GPIO的編程過程。

該步驟要達(dá)到的目標(biāo)：熟悉調(diào)試軟件，如燒寫HEX出現(xiàn)問題，可簡單判別問題所在，并獨(dú)立解決。

第3步：開始全新的STM32深入研究

經(jīng)過以上調(diào)試軟件的熟悉和GPIO口的編程調(diào)試后，相信您已經(jīng)對STM32有一定的了解。

至少知道如何利用STM32的固件庫去寫一個代碼。在這個階段，將要接觸到串口編程、TFT液晶屏驅(qū)動編程、定時器編程、串行外設(shè)接口SPI編程、存儲器編程、SD卡與文件系統(tǒng)移植、USB讀寫、UCOS移植等，有精力還可以研究其他外設(shè)。

03
GPIO的8種工作模式詳解

推挽輸出

可以輸出高、低電平，連接數(shù)字器件；推挽結(jié)構(gòu)一般是指兩個三極管分別受兩個互補(bǔ)信號的控制，總是在一個三極管導(dǎo)通的時候另一個截止。高低電平由IC的電源決定。

推挽電路是兩個參數(shù)相同的三極管或MOSFET，以推挽方式存在于電路中，各負(fù)責(zé)正負(fù)半周的波形放大任務(wù)，電路工作時，兩只對稱的功率開關(guān)管每次只有一個導(dǎo)通，所以導(dǎo)通損耗小、效率高。輸出既可以向負(fù)載灌電流，也可以從負(fù)載抽取電流。推拉式輸出級既提高電路的負(fù)載能力，又提高開關(guān)速度。

開漏輸出

輸出端相當(dāng)于三極管的集電極，要得到高電平狀態(tài)需要上拉電阻才行。適合于做電流型的驅(qū)動，其吸收電流的能力相對強(qiáng)（一般20mA以內(nèi)）。開漏形式的電路有以下幾個特點(diǎn)：

1、利用外部電路的驅(qū)動能力，減少IC內(nèi)部的驅(qū)動。當(dāng)IC內(nèi)部MOSFET導(dǎo)通時，驅(qū)動電流是從外部的VCC流經(jīng)上拉電阻、MOSFET到GND。IC內(nèi)部僅需很小的柵極驅(qū)動電流。

2、一般來說，開漏是用來連接不同電平的器件，匹配電平用的，因?yàn)殚_漏引腳不連接外部的上拉電阻時，只能輸出低電平，如果需要同時具備輸出高電平的功能，則需要接上拉電阻，很好的一個優(yōu)點(diǎn)是通過改變上拉電源的電壓，便可以改變傳輸電平。比如加上上拉電阻就可以提供TTL/CMOS電平輸出等。（上拉電阻的阻值決定了邏輯電平轉(zhuǎn)換的速度。阻值越大，速度越低功耗越小，所以負(fù)載電阻的選擇要兼顧功耗和速度。）

3、開漏輸出提供了靈活的輸出方式，但是也有其弱點(diǎn)，就是帶來上升沿的延時。因?yàn)樯仙厥峭ㄟ^外接上拉無源電阻對負(fù)載充電，所以當(dāng)電阻選擇小時延時就小，但功耗大；反之延時大功耗小。所以如果對延時有要求，則建議用下降沿輸出。

4、可以將多個開漏輸出連接到一條線上。通過一只上拉電阻，在不增加任何器件的情況下，形成“與邏輯”關(guān)系，即“線與”?？梢院唵蔚睦斫鉃椋涸谒幸_連在一起時，外接一上拉電阻，如果有一個引腳輸出為邏輯0，相當(dāng)于接地，與之并聯(lián)的回路“相當(dāng)于被一根導(dǎo)線短路”，所以外電路邏輯電平便為0，只有都為高電平時，與的結(jié)果才為邏輯1。

關(guān)于推挽輸出和開漏輸出，最后用一幅最簡單的圖形來概括：該圖中左邊的便是推挽輸出模式，其中比較器輸出高電平時下面的PNP三極管截止，而上面NPN三極管導(dǎo)通，輸出電平VS+；當(dāng)比較器輸出低電平時則恰恰相反，PNP三極管導(dǎo)通，輸出和地相連，為低電平。右邊的則可以理解為開漏輸出形式，需要接上拉。

浮空輸入

對于浮空輸入，一直沒找到很權(quán)威的解釋，只好從以下圖中去理解了

由于浮空輸入一般多用于外部按鍵輸入，結(jié)合圖上的輸入部分電路，我理解為浮空輸入狀態(tài)下，IO的電平狀態(tài)是不確定的，完全由外部輸入決定，如果在該引腳懸空的情況下，讀取該端口的電平是不確定的。

上拉輸入/下拉輸入/模擬輸入

這幾個概念很好理解，從字面便能輕易讀懂。

復(fù)用開漏輸出、復(fù)用推挽輸出

可以理解為GPIO口被用作第二功能時的配置情況（即并非作為通用IO口使用）

總結(jié)在STM32中選用IO模式

1、浮空輸入GPIO_IN_FLOATING ——浮空輸入，可以做KEY識別，RX1

2、帶上拉輸入GPIO_IPU——IO內(nèi)部上拉電阻輸入

3、帶下拉輸入GPIO_IPD—— IO內(nèi)部下拉電阻輸入

4、模擬輸入GPIO_AIN ——應(yīng)用ADC模擬輸入，或者低功耗下省電

5、開漏輸出GPIO_OUT_OD ——IO輸出0接GND，IO輸出1，懸空，需要外接上拉電阻，才能實(shí)現(xiàn)輸出高電平。當(dāng)輸出為1時，IO口的狀態(tài)由上拉電阻拉高電平，但由于是開漏輸出模式，這樣IO口也就可以由外部電路改變?yōu)榈碗娖交虿蛔??？梢宰xIO輸入電平變化，實(shí)現(xiàn)C51的IO雙向功能

6、推挽輸出GPIO_OUT_PP ——IO輸出0-接GND， IO輸出1 -接VCC，讀輸入值是未知的

7、復(fù)用功能的推挽輸出GPIO_AF_PP ——片內(nèi)外設(shè)功能（I2C的SCL,SDA）

8、復(fù)用功能的開漏輸出GPIO_AF_OD——片內(nèi)外設(shè)功能（TX1,MOSI,MISO.SCK.SS）

STM32設(shè)置實(shí)例

1、模擬I2C使用開漏輸出_OUT_OD，接上拉電阻，能夠正確輸出0和1；讀值時先GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0)；拉高，然后可以讀IO的值；使用GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_0)；

2、如果是無上拉電阻，IO默認(rèn)是高電平；需要讀取IO的值，可以使用帶上拉輸入_IPU和浮空輸入_IN_FLOATING和開漏輸出_OUT_OD；

通常有5種方式使用某個引腳功能

它們的配置方式如下：

1、作為普通GPIO輸入：根據(jù)需要配置該引腳為浮空輸入、帶弱上拉輸入或帶弱下拉輸入，同時不要使能該引腳對應(yīng)的所有復(fù)用功能模塊。

2、作為普通GPIO輸出：根據(jù)需要配置該引腳為推挽輸出或開漏輸出，同時不要使能該引腳對應(yīng)的所有復(fù)用功能模塊。

3、作為普通模擬輸入：配置該引腳為模擬輸入模式，同時不要使能該引腳對應(yīng)的所有復(fù)用功能模塊。

4、作為內(nèi)置外設(shè)的輸入：根據(jù)需要配置該引腳為浮空輸入、帶弱上拉輸入或帶弱下拉輸入，同時使能該引腳對應(yīng)的某個復(fù)用功能模塊。

5、作為內(nèi)置外設(shè)的輸出：根據(jù)需要配置該引腳為復(fù)用推挽輸出或復(fù)用開漏輸出，同時使能該引腳對應(yīng)的所有復(fù)用功能模塊。

注意如果有多個復(fù)用功能模塊對應(yīng)同一個引腳，只能使能其中之一，其它模塊保持非使能狀態(tài)。比如要使用STM32F103VBT6的47、48腳的USART3功能，則需要配置47腳為復(fù)用推挽輸出或復(fù)用開漏輸出，配置48腳為某種輸入模式，同時使能USART3并保持I2C2的非使能狀態(tài)。如果要使用STM32F103VBT6的47腳作為TIM2_CH3，則需要對TIM2進(jìn)行重映射，然后再按復(fù)用功能的方式配置對應(yīng)引腳。

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