STM32：從菜鳥到牛人就是如此簡(jiǎn)單！

時(shí)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(duì)的你問如何系統(tǒng)地入門學(xué)習(xí)stm32？本身就是一個(gè)錯(cuò)誤的問題假如你會(huì)使用8051 會(huì)寫C語(yǔ)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(duì)的

你問
如何系統(tǒng)地入門學(xué)習(xí)stm32？

本身就是一個(gè)錯(cuò)誤的問題
假如你會(huì)使用8051
會(huì)寫C語(yǔ)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(wú)法滿足計(jì)算需求？是51的管腳太少，無(wú)法滿足眾多外設(shè)的IO？是51的功耗太大，電池挺不?。渴?1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(chǔ)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(shí)候，那STM32自然不需要學(xué)習(xí)，你會(huì)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(duì)STM32的書籍或者文檔有一定的理解。如不理解，請(qǐng)立即閱讀STM32的文檔，以獲取最基本的知識(shí)點(diǎn)。

英文好的同學(xué)，請(qǐng)不要以為你很牛，可以只看英文文檔。畢竟你是中國(guó)人，你最熟悉的，理解最好的還是中文。看英文的速度還是比看中文慢一些，我們要的是最短的時(shí)間，而不是追求短時(shí)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)時(shí)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(guó)內(nèi)的很多工程師的思維。

學(xué)習(xí)的時(shí)候，關(guān)注兩個(gè)比較重要的文檔：《STM32F103xxx參考手冊(cè)》，《STM32固件庫(kù)使用手冊(cè)》。這是針對(duì)有充足的時(shí)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(cè)》，一定要注意，不需要全部閱讀——沒有時(shí)間的。建議選讀，但是前幾章必讀。存儲(chǔ)器和總線架構(gòu)、電源控制、備份寄存器、復(fù)位和時(shí)鐘控制，通用和復(fù)用功能I/O，中斷和時(shí)間等等前幾章一定要花時(shí)間閱讀。

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

閱讀《STM32固件庫(kù)使用手冊(cè)》，主要是為了簡(jiǎn)化編程。STM32給我們提供了一個(gè)非常好的固件函數(shù)庫(kù)，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(kù)——傳說使用它會(huì)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(kù)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(kù)使用手冊(cè)》的時(shí)候，前面幾章也是必須閱讀的。比如第一章文檔和庫(kù)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(kù)的架構(gòu)，我們?nèi)绾稳ナ褂霉碳?kù)的步驟等。有了第二章的基礎(chǔ)，我們就可以借助固件庫(kù)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(gè)模塊有什么什么函數(shù)，每個(gè)函數(shù)如何使用等。

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

以上提到的這兩個(gè)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(shí)。

02
設(shè)定一個(gè)不錯(cuò)的兩周入門計(jì)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(duì)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(gè)人的時(shí)間安排不同而不同。

如果您每天有充足的時(shí)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(jiǎn)單的STM32開發(fā)。

如果您每天只有業(yè)余時(shí)間來學(xué)習(xí)STM32，建議根據(jù)您的具體情況安排時(shí)間。畢竟計(jì)劃時(shí)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(wú)充足的時(shí)間，都必須給自己做一個(gè)計(jì)劃??！

這里列出一個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)常用的文檔，比如《STM32的用戶手冊(cè)》，《STM32固件庫(kù)使用手冊(cè)》等文檔。用于平時(shí)查閱。這些文檔，在光盤中的芯片手冊(cè)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(gè)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(gè)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(duì)初學(xué)者來說，我們至少需要安裝兩個(gè)軟件：J-Link驅(qū)動(dòng)軟件、MDK（就是原來的Keil）軟件。

這兩個(gè)軟件在安裝軟件的過程可以查看神舟開發(fā)板用戶手冊(cè)，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(dòng)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(jiǎn)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(jiǎn)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(kù)的編程，一定要硬著頭皮去了解固件庫(kù)。建議大家盡量去用固件庫(kù)。而不是避開固件庫(kù)自己寫代碼——這樣只能在學(xué)習(xí)中才會(huì)發(fā)生。實(shí)際的項(xiàng)目中，代碼成百上千個(gè)，如何一個(gè)一個(gè)自己寫？調(diào)用固件庫(kù)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(jiǎn)單

1、設(shè)置GPIO口的引腳為輸入或者輸出模式。我們?cè)谶M(jìn)行點(diǎn)燈代碼的時(shí)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(gè)步驟，固件庫(kù)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(duì)IO口的置1和清零。

3、實(shí)現(xiàn)多種花樣的LED閃動(dòng)，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(jiǎn)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(duì)STM32有一定的了解。

至少知道如何利用STM32的固件庫(kù)去寫一個(gè)代碼。在這個(gè)階段，將要接觸到串口編程、TFT液晶屏驅(qū)動(dòng)編程、定時(shí)器編程、串行外設(shè)接口SPI編程、存儲(chǔ)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(gè)三極管分別受兩個(gè)互補(bǔ)信號(hào)的控制，總是在一個(gè)三極管導(dǎo)通的時(shí)候另一個(gè)截止。高低電平由IC的電源決定。

推挽電路是兩個(gè)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(shí)，兩只對(duì)稱的功率開關(guān)管每次只有一個(gè)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(jí)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(dòng)，其吸收電流的能力相對(duì)強(qiáng)（一般20mA以內(nèi)）。開漏形式的電路有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1、利用外部電路的驅(qū)動(dòng)能力，減少IC內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)。當(dāng)IC內(nèi)部MOSFET導(dǎo)通時(shí)，驅(qū)動(dòng)電流是從外部的VCC流經(jīng)上拉電阻、MOSFET到GND。IC內(nèi)部?jī)H需很小的柵極驅(qū)動(dòng)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(shí)，只能輸出低電平，如果需要同時(shí)具備輸出高電平的功能，則需要接上拉電阻，很好的一個(gè)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(shí)。因?yàn)樯仙厥峭ㄟ^外接上拉無(wú)源電阻對(duì)負(fù)載充電，所以當(dāng)電阻選擇小時(shí)延時(shí)就小，但功耗大；反之延時(shí)大功耗小。所以如果對(duì)延時(shí)有要求，則建議用下降沿輸出。

4、可以將多個(gè)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?jiǎn)單的理解為：在所有引腳連在一起時(shí)，外接一上拉電阻，如果有一個(gè)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(shí)，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(jiǎn)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(shí)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(shí)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(duì)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(gè)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(shí)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(shí)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(shí)，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?。可以讀IO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(shí)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(wú)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(gè)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(shí)不要使能該引腳對(duì)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(shí)不要使能該引腳對(duì)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(shí)不要使能該引腳對(duì)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(shí)使能該引腳對(duì)應(yīng)的某個(gè)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(shí)使能該引腳對(duì)應(yīng)的所有復(fù)用功能模塊。

注意如果有多個(gè)復(fù)用功能模塊對(duì)應(yīng)同一個(gè)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(shí)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(duì)TIM2進(jìn)行重映射，然后再按復(fù)用功能的方式配置對(duì)應(yīng)引腳。

-END-

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