STM32

什么是 STM32？

• ST：意法半导体（由意大利 SGS 与法国 Thomson 合并成立）
• M：Micro Controller，微控制器（即常说的单片机）
• 32：表示这是一个 32 位 的单片机

为什么用 STM32？

• 性能强：比 51、AVR、PIC 等 8/16 位单片机强，能跑 RTOS
• 外设全：GPIO、USART、I2C、SPI、CAN、ADC/DAC、定时器、DMA 等
• 生态完善：CubeMX、CubeIDE、社区资料、中文教程丰富
• 选型灵活：从几块钱的低端型号到高性能型号都有

在哪用？

主要应用于工业控制、消费电子、IoT（物联网）、电机控制、汽车电子、医疗设备等场景。

STM32 产品系列

• G 系列（通用）
• F 系列（主流）
  • F0（Cortex-M0 内核，48 MHz 主频）
  • F1（Cortex-M3 内核，72 MHz 主频）
    • F100（低成本，外设精简）
    • F101
    • F102
    • F103
    • F105 / F107（互联型，通信外设丰富，如以太网、CAN、USB OTG 等）
  • F2（Cortex-M3 内核，120 MHz 主频）
  • F3（Cortex-M4 内核，72 MHz 主频）
  • F4（Cortex-M4 内核，180 MHz 主频）
  • F7（Cortex-M7 内核，216 MHz 主频）
• H 系列（高性能）
• L 系列（低功耗）
• W 系列（无线）

STM32F103C8T6 介绍

型号解析

相关手册

• 数据手册：类似规格书，给出产品的性能指标和参数
• 参考手册：类似说明书，教你芯片怎么用、怎么编程

引脚分布

查看 STM32F103xx 数据手册：在 Pinouts and pin description 目录（引脚分配和引脚描述）中有 Figure 6. STM32F103xx performance line LQFP48 pinout（图 6. STM32F103xx 高性能系列 LQFP48 的引脚分配）。

如下图所示：

注意：引脚编号的一般规则是——黑色圆点附近是 1 脚，编号逆时针递增。

在数据手册中，将引脚分为 普通 I/O 引脚 和 特殊引脚。

特殊引脚

普通引脚命名规则

以字母作为组编号，以数字作为引脚编号：

1
2
3
4

GPIOA：PA0  PA1  PA2 …… PA15
GPIOB：PB0  PB1  PB2 …… PB15
GPIOC：PC13 PC14 PC15
GPIOD：PD0  PD1

单片机内部结构框图

在数据手册 Pinouts and pin description 这一目录中，可以找到单片机的内部结构框图如下：

该图看起来比较复杂，可以简化一下。下图是简化图，用于认识片上外设：

GPIO 工作模式

GPIO 的工作模式有 8 种：4 种输入，4 种输出。

什么是工作模式？

工作模式就是 I/O 引脚的使用方式。这里的工作模式是针对单片机的一根 I/O 引脚所说的，每一个 I/O 引脚都可以选择这 8 种工作模式之一。

为什么有这么多种工作模式？

I/O 引脚需要在工作场景中承担不同的工作任务，因此在设计中要把 I/O 引脚设计得足够灵活。

在数据手册 General-purpose and alternate-function I/Os（GPIOs and AFIOs） 这一目录中找到以下 I/O 引脚的基本结构：

GPIO 的 4 种输出模式

• 通用输出推挽
• 通用输出开漏
• 复用输出推挽
• 复用输出开漏

推挽

P-MOS 和 N-MOS 交替导通输出高低电平：

• 输出 1 时，P-MOS 管导通，N-MOS 管截止；
• 输出 0 时，N-MOS 管导通，P-MOS 管截止。

开漏

P-MOS 一直保持断开，相当于 N-MOS 管的漏极开漏了：

• 输出 0 时，N-MOS 管导通；
• 输出 1 时，N-MOS 管断开，处于高阻抗，需要外加上拉电阻才能输出 1。

通用

通过 CPU 直接向输出数据寄存器写值，然后再经过输出控制电路控制两个 MOS 管的导通和关断，来控制 I/O 引脚的输出。

复用

其他片上外设（除了 GPIO 片上外设）经过输出控制电路控制两个 MOS 管的导通和关断，来控制 I/O 引脚的输出。

I/O 引脚的最大输出速度

定义：向 I/O 引脚交替写 1 和 0，且输出波形不失真的最快速度。

在理想情况下，高电平到低电平的跳变是瞬间完成的；而实际情况中，波形存在 上升时间、下降时间 和 保持时间。理想情况与实际情况的对比如下图：

上升时间和下降时间限制了 I/O 引脚的最大输出速度。由于上升时间和下降时间相对固定，当保持时间不断缩小时，波形会逐渐趋于稳定状态；直到上升时间与下降时间相连，保持时间消失，稳定电平便无法维持。除非改变上升时间和下降时间，否则波形将无法正常变化。如下图所示：

最大输出速度与时钟频率（MHz）正相关：MHz 越高，最大输出速度越高。影响 STM32F103C8T6 最大输出速度的，有以下 3 个时钟频率可供选择：

了解这 3 个时钟频率后，可按照以下方式选择：

❓ 存疑：某元件数据手册中单位出现 Mbps 时，如何挑选对应的 MHz，待搞懂。

GPIO 的 4 种输入模式

1. 上拉输入：使能上拉电阻，提供默认的高电压。

   ❓ 待整理（9.22）：什么是“默认高电压”？（目前不太懂，需要整理）

2. 下拉输入：使能下拉电阻，提供默认的低电压。
3. 浮空输入
4. 模拟输入

STM32F103C8T6 一般的输入引脚结构如数据手册图中所示：

📌 待补充：详细选择方法待补充。

I2C协议：
全称是Inter-Integrated Circuit。inter：之间，相互；Intergrated Circuit:集成电路
合起来就是“集成电路之间”的通信总线。缩写时IIC或I2C。