作者：刘火良,杨森
出版社：机械工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
STM32库开发实战指南：基于STM32F103(第2版)试读：
前言
F O R E W O R D再版说明
本书是《STM32库开发实战指南》的第2版，第1版解决了当时市面上几乎没有关于STM32库开发技术书籍的燃眉之急，并且受到了广大读者的好评。
但由于技术的革新、读者的反馈以及自身经验的积累，我们发现第1版书籍还存在一些缺陷：目前配套的硬件开发板已更新换代，部分程序已不再适用；从寄存器开发过渡到库函数开发的教学过程不够平滑；介绍STM32各种外设的深入度不足。
因此，第2版中对大部分的内容进行了改进：升级代码，匹配最新的开发板；增加了自行编写库函数的入门章节，引导读者加深对库函数原理的理解；每个章节增加了STM32外设框图剖析，增加了库函数结构体说明，使读者更了解基本原理，便于以后迁移至不同的芯片平台；以本书为教材，制作了教学课件，并录制了非常详细的教学视频，使之更适合于高校、培训机构及员工培训时使用。
本书的学习顺序
本书分为基础篇和提高篇。基础篇需要按照顺序学习，讲究循序渐进，步步为营。学习完基础篇之后，已经算是基本入门STM32开发了。提高篇属于高级例程，学习的时候并不一定要按照书中的章节排序，可根据需要跳跃式地学习。
本书的编写风格
本书着重讲解STM32F103的外设以及外设的应用，力争全面分析每个外设的功能框图和外设的使用方法，让读者可以全面、细致地掌握STM32F103系列芯片。基本每个章节对应一个外设，每章的主要内容大致分为3个部分：第1部分为简介，第2部分为外设功能框图分析，第3部分为代码讲解。
外设简介是作者用自己的话把外设概括性地介绍一遍，力图语句简短，通俗易懂，并不会完全照抄数据手册的介绍。
外设功能框图分析则是每章的重点，该部分会详细讲解功能框图中每个部分的作用，这是学习STM32F103的精髓所在，掌握了整个外设的框图则可以熟练地使用该外设，进而熟练地编程，日后学习其他型号的单片机也将会得心应手。因为即使单片机的型号不同，外设的框图也是基本一样的。这一步的学习比较枯燥，但是必须下功夫学，方能达成所愿。
代码分析则是针对使用该外设的实验进行讲解，主要分析代码流程和一些编程的注意事项。在掌握了框图之后，代码部分则是手到擒来。
本书的参考资料
本书的主要参考资料为：《STM32F10x-中文参考手册》《STM32F10x-数据手册》以及《Cortex-M3权威指南》。它们是ST及ARM官方的资料，属于精华版，全面翔实，无所不包。限于篇幅问题，本书不可能面面俱到，只侧重于框图分析和代码讲解，有关寄存器的详细描述则略过。在学习本书的时候，涉及寄存器描述部分还请参考上述两本手册，这样学习效果会更佳。
本书的配套资料
硬件平台
本书配套的硬件平台为：秉火STM32F103-指南者，型号简称为“指南者”，见图1。学习的时候如果基于该硬件平台做实验，必会达到事半功倍的效果，可以省去中间移植时遇到的各种问题。图1 秉火STM32F103-指南者
工程代码、原理图及课件
本书中涉及的工程代码、开发板原理图以及课件均在秉火论坛提供：http://www.firebbs.cn。
部分章节涉及的各种通信协议、字符编码以及芯片的数据手册均2有相应的参考资料，如《IC总线协议》《SPI总线协议》和《AT24C02》（EEPROM数据手册）等电子文档，也包含在相应章节的课件文件夹中。在阅读本书时请一定打开这些资料来配合阅读，特别是涉及通信协议的章节。
教学视频
为提高学习效率，我们为本书制作了配套的课件PPT以及教学视频，请到论坛http://www.firebbs.cn上观看或下载。
本书的技术论坛
如果在学习过程中遇到问题，可以到论坛http://www.firebbs.cn上发帖交流，开源共享，共同进步。
鉴于水平有限，本书难免有纰漏，热心的读者也可把勘误发到论坛上，好让我们的技术不断完善，做得更好。祝广大读者学习愉快，STM32的世界中，秉火与您同行！▶▶第一部分基础篇
基础篇可以帮助初学者快速掌握STM32开发技术，写出自己的应用程序。其中包含如何搭建开发环境，如何使用寄存器、固件库点2亮LED，如何使用STM32主要片上外设，并介绍常用的USART、IC和SPI通信协议，以及如何使用EEPROM、Flash等存储器存储数据。
以点亮LED灯的教程为例，从原始的寄存器操作入手，逐渐搭建库函数雏形。从软件工程的角度深入剖析什么是固件库，为什么使用固件库和怎样使用固件库；从STM32新建工程、编译下载程序出发，介绍如何操作GPIO，让新手由浅入深，尽享STM32的学习乐趣。
基础篇需要按照顺序学习，讲究循序渐进，细致扎实。学习完基础篇之后，就可以说是基本上对STM32开发入门了。
我们对初学者的要求是具有基本的C语言基础，但不一定精通。读者在学习STM32的时候，无须担心自己的基础，我们更需要的是学习的勇气，需要的是真正学会STM32的决心。试问，我们刚开始学习最简单的C语言的时候，是不是也没基础呢？是不是因此就停止自己的学习脚步了呢？不是的。我们需要做的是认定一个目标，行动起来，坚持朝着目标努力，其中艰辛芳华，唯你自知。第1章 如何安装KEIL51.1 温馨提示
1）安装路径名中不能带中文，必须是英文路径名。
2）安装目录不能与51单片机的KEIL或者KEIL4冲突，三者目录必须分开。
3）KEIL5的安装比KEIL4多一个步骤，必须添加MCU库，不然没法使用。
4）如果使用的时候出现莫名其妙的错误，先在百度网站上查找解决方法，一般都能找到。1.2 获取KEIL5安装包
要想获得KEIL5的安装包，可以到KEIL的官网下载：https://www.keil.com/download/product/，注册之后即可下载。我们这里的KEIL5版本是MDK5.16a，见图1-1。以后有新版本大家可使用更高版本。图1-1 KEIL官网中的MDK下载页面1.3 开始安装KEIL5
下载好安装文件后，双击KEIL5的安装包，在弹出的对话框中点击Next按钮开始安装，见图1-2。图1-2 安装初始界面
勾选同意软件使用条款复选框，点击Next按钮，见图1-3。图1-3 软件使用条款
选择安装路径，路径名中不能带中文，单击Next按钮，见图1-4。
填写用户信息，全部填空格（按键盘的Space键）即可，单击Next按钮，见图1-5。
单击Finish按钮，安装完成，见图1-6。图1-4 选择安装路径图1-5 填写用户信息图1-6 安装完成1.4 安装STM32芯片包
KEIL5不像KEIL4那样自带了很多厂商的MCU型号，而是需要自己安装。
关掉弹出的界面，见图1-7。我们直接去KEIL的官网下载：http://www.keil.com/dd2/pack/，或者直接用我们下载好的包。图1-7 MDK中的芯片包安装界面
在官网中找到STM32F1、STM32F4、STM32F7这3个系列的包，下载到本地电脑中，具体下载哪个系列要根据你使用的型号。这里只下载需要使用的F1、F4、F7这3个系列的包，F1代表M3，F4代表M4，F7代表M7，见图1-8。图1-8 在官网下载芯片包
双击下载好的包安装即可，选择与KEIL5一样的安装路径。安装成功之后，在KEIL5的Pack Installer中就可以看到所安装的包，见图1-9。以后新建工程的时候，就有单片机的型号可选。图1-9 芯片包安装完成后的界面第2章 如何用DAP仿真器下载程序2.1 仿真器简介
本书配套的仿真器为Fire-Debugger，它遵循ARM公司的CMSIS-DAP标准，支持所有基于Cortex-M内核的单片机，对常见的M3、M4和M7都可以提供完美支持。
Fire-Debugger支持下载和在线仿真程序，支持Windows XP/7/8/10这4个操作系统，并且不需要安装驱动即可使用，支持KEIL和IAR直接下载，非常方便。2.2 硬件连接
把仿真器用USB线连接至电脑，如果仿真器的灯亮则表示正常，可以使用。再把仿真器的另外一端连接到开发板，给开发板上电，就可以通过软件KEIL或者IAR给开发板下载程序，见图2-1。仿真器与指南者连接图见图2-2，与霸道连接图见图2-3。图2-1 仿真器与电脑和开发板连接方式图2-2 仿真器与指南者连接图图2-3 仿真器与霸道连接图2.3 仿真器配置
在仿真器连接好电脑和开发板且开发板供电正常的情况下，打开编译软件KEIL，在魔术棒选项卡里面选择仿真器的型号，具体步骤如下：
1）配置Debug选项，见图2-4。图2-4 Debug选项
2）配置Utilities选项，见图2-5。图2-5 Utilities选项
3）配置Debug Settings选项，见图2-6。图2-6 Debug Settings选项2.4 选择目标板
选择目标板，具体选择多大的Flash要根据板子上的芯片型号决定。秉火STM32开发板的配置是：F1选512K，F4选1M。这里面有个小技巧就是勾选Reset and Run复选框，这样程序下载完之后就会自动运行，否则需要手动复位。擦除的Flash大小选择Sectors即可，不要选择Full Chip，会非常慢。具体选项见图2-7。图2-7 选择目标板2.5 下载程序
如果前面的步骤都成功了，接下来就可以把编译好的程序下载到开发板上运行。下载程序不需要其他额外的软件，直接单击KEIL中的LOAD按钮即可，见图2-8。图2-8 单击LOAD按钮
程序下载后，Build Output窗格中如果显示“Application running...”，则表示程序下载成功，见图2-9。如果没有出现实验现象，可按复位键试试。图2-9 程序下载成功第3章 如何用串口下载程序
秉火STM32F103VET6（指南者）自带串口下载电路，配合上位机可实现一键ISP下载，不需要修改开发板上的BOOT设置。与仿真器Fire-Debugger相比，ISP（In-System Programming，在系统可编程）只能下载程序，不能在线调试且下载速度慢。3.1 安装USB转串口驱动
秉火的STM32开发板用的USB转串口的驱动芯片是CH340，要使用串口，需要先在电脑中安装USB转串口驱动：CH340版本，见图3-1。驱动可在网上搜索下载，或者使用我们论坛里面提供的。Windows 7用户请用管理员身份安装。如果不能安装成功，上网查找原因自行解决。图3-1 串口连接示意图
如果USB转串口驱动安装成功，USB线与板子连接没有问题，依次选择“计算机→管理→设备管理器→端口”，可识别到串口。
如果识别不了串口，请检查USB线是否完好，或换一根USB线试试。3.2 硬件连接
如图3-2所示，用USB线连接电脑和开发板的“USB转串口”接口，给开发板上电（见图3-3）。图3-2 USB转串口驱动安装成功图3-3 指南者串口连接图3.3 开始下载
打开mcuisp软件，配置如下：①选择“搜索串口”，设置波特率为460800（尽量不要设置得太高）；②选择要下载的HEX文件；③勾选“校验”“编程后执行”复选框；④选择“DTR低电平复位，RTS高电平进BootLoader”选项；⑤开始编程，见图3-4。如果出现一直连接的情况，按一下开发板上的复位键即可。下载成功界面见图3-5。图3-4 ISP下载配置图3-5 ISP下载成功3.4 ISP一键下载原理分析
3.4.1 ISP简介
ISP指电路板上的空白元器件可以编程写入最终用户代码，而不需要从电路板上取下元器件。已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或再编程。
使用ISP的时候需要用到自举程序（BootLoader），自举程序存储在STM32器件的内部自举ROM（系统存储器）中。其主要任务是2通过一种可用的串行外设（USART、CAN、USB、IC等）将应用程序下载到内部Flash存储器中。每种串行接口都定义了相应的通信协议，其中包含兼容的命令集和序列。
3.4.2 ISP普通下载
现在我们针对USART1的ISP进行分析，通常的ISP下载的步骤如下：
1）通过USB转串口线将电脑连接到STM32的USART1，并打开电脑端的上位机；
2）设置跳线保持BOOT0为高电平，BOOT1为低电平；
3）复位单片机使其进入BootLoader模式，通过上位机下载程序；
4）下载完毕，设置跳线保持BOOT0为低电平，BOOT1为低电平；
5）复位单片机即可启动用户代码，正常运行。
以上步骤有个不好的地方就是：下载程序需要跳线及复位操作，很繁琐。理解了ISP的原理，就理解一键ISP了。它需要做的事情就是用上位机去控制BOOT0引脚和单片机的复位引脚，电路图见图3-6。图3-6 ISP一键下载电路图图3-6 （续）
3.4.3 BOOT配置
在ISP下载电路中，需要配置BOOT引脚，BOOT引脚不同的配置会产生不同的启动方式，具体见表3-1。表3-1 BOOT配置
3.4.4 ISP一键下载
USB转串口大家都很熟悉，一般是用RXD和TXD这两个引脚。在一键ISP电路中，我们需要用USB转串口的芯片的DTR引脚和RTS引脚来控制单片机的BOOT0和NRST，原理如下：
1）通过上位机控制U6（CH340G）的RTS引脚为低电平，Q1导通，BOOT0的电平上拉为高电平。
2）通过上位机控制U6（CH340G）的DTR引脚为高电平，由于RTS为低电平，Q2导通，U8的2引脚为低电平，U18为一个模拟开关，使能端由4引脚控制，默认为高电平，U18的1引脚和2引脚导通，所以NRST为低电平，系统复位。
3）单片机进入ISP模式，此时可以将DTR引脚设置为低电平，RTS设置为高电平。Q1和Q2处于截止状态，BOOT0和NRST还原默认电平。
4）上位机将程序下载到单片机，下载完毕之后，程序自动运行。
5）有人认为U18、Q1、Q2是多余的，用U6的RTS和DTR直接控制也可以。正常情况下，这样理解没有问题，但是他们忽略了一点，就是在单片机上电瞬间，如果USB转串口连接了电脑，DTR和RTS的电平是变化的，如果处理不好，单片机会一直进入ISP模式，或者系统会复位多次，这种情况是不允许的。
6）于是，就有了全新的一键ISP电路。我们主要是分析上电瞬间的逻辑关系，单片机上电时通过示波器观察波形得知DTR和RTS的电平是变化的，但是也有一个规律就是：当RTS为低电平的时候，DTR也是低电平，因此一般情况下Q2不会导通，但由于这两个IO口的电平存在“竞争冒险”，会出现RTS的下降沿刚好遇到DTR的上升沿，这个时候Q2导通，导致系统复位，而BOOT0此时有可能也为高电平，就会进入ISP模式。这个是不受我们控制的，而我们不想系统出现这样的情况，因此加入了模拟开关来切断这种干扰。
7）加入模拟开关U18，通过控制U18的4引脚的开关来达到隔离干扰电平的目的。下面我们分析一下延时开关电路，上电瞬间，电容C65通过电阻R18来充电，由于电阻100kΩ很大，电容的充电电流很小，电容充电达到U18的4引脚的有效电平2V大概耗时1秒，在这个1秒时间内U18的模拟开关是断开的，因此RTS和DTR的干扰电平不会影响到系统复位。这样就保证了系统正常运行。第4章 初识STM324.1 什么是STM32
STM32，从字面上来理解，ST是指意法半导体公司，M是Microelectronics的缩写，32表示32位，合起来理解，STM32就是指ST公司开发的32位微控制器。在如今的32位控制器当中，STM32可以说是最璀璨的新星，它深受工程师和市场的青睐，无其他芯片能出其右。
STM32诞生的背景
51单片机是嵌入式学习中一款入门级的经典MCU，因其结构简单，易于教学，且可以通过串口编程而不需要额外的仿真器，所以在单片机教学中被大量采用，至今很多大学在嵌入式教学中用的还是51单片机。它诞生于20世纪70年代，属于传统的8位单片机，如今，久经岁月的洗礼，既有其辉煌又有其不足。现在的市场产品竞争越来越激烈，对成本极其敏感，相应地对MCU的性能要求也更苛刻：更多功能，更低功耗，易用界面和多任务。面对这些要求，51单片机现有的资源就显得得力不从心。所以无论是高校教学还是市场需求，都急需一款新的MCU来为这个领域注入新的活力。
基于这样的市场需求，ARM公司推出了其全新的基于ARMv7架构的32位Cortex-M3微控制器内核。紧随其后，ST公司推出了基Cortex-M3内核的MCU-STM32。STM32凭借其产品线的多样化、极高的性价比、简单易用的库开发方式，迅速在众多Cortex-M3 MCU中脱颖而出，成为最闪亮的一颗新星。STM32一上市就迅速占领了中低端MCU市场，受到了市场和开发人员的无比青睐，颇有星火燎原之势。
作为一名合格的嵌入式工程师，面对新出现的技术，我们不是充耳不闻，而是要尽快契合市场的需要，跟上技术的发展潮流。如今STM32的出现就是一种趋势，一种潮流，我们要做的就是搭上这趟快车，让自己的技术更有竞争力。4.2 STM32能做什么
STM32属于一个微控制器，自带了各种常用通信接口，比如2USART、IC、SPI等，可连接非常多的传感器，可以控制很多的设备。现实生活中，我们接触到的很多电器产品中都有STM32的身影，比如智能手环、微型四轴飞行器、平衡车、移动POST机、智能电饭锅、3D打印机等。下面我们以近两年最为火爆的两个产品来讲解下：一个是手环，一个是飞行器。
4.2.1 智能手环
三星GearFit智能手环见图4-1。图4-1 三星GearFit智能手环
①STM32F439ZIY6S处理器，2048kB Flash，256kB RAM，WLCSP143封装。
②Macronix MX69V28F6416MB闪存，基于MCP封装的存储器，是一种包含了NOR和SRAM的闪存，在手环、手机这种移动设备中经常使用，其优点是体积小，可以减小PCB的尺寸。这个闪存用439的FSMC接口驱动。2
③InvenSense MPU-6050陀螺仪/加速度计，用439的IC接口驱动。
④博通BCM4334WKUBG芯片，支持802.11n，蓝牙4.0+HS以及FM接收芯片，用439的SDIO或者SPI接口驱动。
⑤1.84"可弯曲屏幕（Super AMOLED），432×128像素。触摸部2分用439的IC接口驱动，OLED显示部分用LTDC接口驱动。
三星GearFit和秉火STM32F103资源对比见表4-1。表4-1 三星GearFit和秉火STM32F103资源对比
除了这几个重要资源以外，STM32F103指南者开发板上还板载了EEPROM、USB转串口、蜂鸣器、LED、普通按键、电容按键等外设资源，还可以扩展VS1053 MP3模块、W5500以太网模块，利用这些可以更充分地学习STM32F103VET6这个芯片。在板子上面，还可以运行系统μcosiii，学习图形界面emwin，见图4-2。如果功夫所至，学完之后，甚至可以自己做一个类似GearFit这样的手环。可很多人
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]