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【STM32开发】-单片机开发基础（以STM32F407为例）

java 2025/5/12 6:45:47

一、单片机简介

单片机又称单片微控制器，不是完成某个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上，与计算机相比，单片机只缺少I/O设备。

以STM32F407为例：

特点：

1、它是ST推出的基于ARM Cortex-M4内核的高性能微控制器；

2、性价比高。一般十几元就能购得。

3、市场大，开发质料很多，对初级开发中很友好。

4、性能强大。工作频率为168MHz。

5、外设丰富。通信接口比如I2C，SPI、CAN等。

二、常用操作

1、GPIO操作

在开发中需要控制一些许多结构简单的外部设备，使用传统的串口或者并口就比较复杂，所以GPIO又被称为“通用可编程I/O端口”。

在STM32F407上，有7组I/O：GPIOA~GPIOG，每组I/O有16个I/0口，通常表示为PAx，PBx......

知识点：

1、GPIO复用：

单片机有很多内置的外设，这些外设的外部引脚与GPIO共用，如果要使用这些内置外设功能的引脚，那就需要GPIO复用，那么当GPIO作为内置外设使用的时候，就叫作复用。

2、GPIO的输入模式：

浮空输入，模拟输入，上拉输入，下拉输入。

3、GPIO的输出模式;

开漏输出（带上拉或者下拉，以下同），复用开漏输出，推挽输出，复用推挽输出。

2、中断

中断是指计算机运行过程中，出现某些意外的情况需要计算机处理时，计算机能够自动停止正在运行的程序并转入处理新的情况的程序，处理完又回到原来暂停的程序继续执行的功能。

中断的三个重要因素：

1、中断源：引起中断发生的原因。

2、中断处理函数：当中断发生时，需要指定为该中断处理的特定函数，否则计算机无法处理这个中断。

3、可返回：中断完必须能够返回原先执行的程序。

中断向量表：

在STM32中，将中断分为两种类型：内核中断和外部中断，然后将所有中断编排成一个表，也就是常说的中断向量表。

！！！注意：内部中断是不能被打断的，也不能设置优先级，凌驾于外部中断之上，比如复位。

外部中断在实际使用更多，可配置两种优先级：抢占优先级和响应优先级；

抢占优先级：就是抢占优先级高的能够打断抢占优先级低的，优先级高的处理完后回来在处理优先级低的任务。

响应优先级：就是若两个任务的抢占式优先级相同时，响应优先级高的先执行。

在STM32中，有一个专门管理中断的控制器：NVIC。

补充知识点：EXTI外部中断

在STM32中，所有的GPIO都引入了EXTI的外部中断线上，所有的I/O口配置后都能够触发中断；同一时刻每个中断线只能对应一个GPIO的中断，比如：EXTI0对应PA0、PB0、PC0......

在EXTI中有三种触发中断的方式：

（1）上升沿触发：就是GPIO口的输入电压由低电平变高电平的瞬间。

（2）下降沿触发：GPIO口的输入电压由高电平变低电平的瞬间。

（3）双边沿触发：就是GPIO口的输入电压由低电平变高电平或者GPIO口的输入电压由高电平变低电平都能触发。

3、定时器

定时器的本质就是一个加1计数器。随着计数器的输入脉冲进行自加1，常见用法：

1、定时功能：实现精确的定时功能。

2、PWM输出：在定时器中断处理函数中控制GPIO引脚输出电平，可以实现输出一个PWM波形，比如电机控制。

3、输入捕获：对于某些作为输入的引脚，可以使用定时器中断精确的获取波形的变化时间间隔。

在STM32中，通常分为高级控制定时器、32位通用定时器、16位通用定时器、基本定时器。

经常使用的定时器：

1、systick定时器

systick定时器捆绑在NVIC中，通常我们使用systick定时来做精确的延时功能：

static u8 fac_us=0; //us延时倍乘数
static u16 fac_ms=0;//ms延时倍乘数
//delay初始化函数
void delay_init()
{//设置8分频，也就是72/8=9MHzSysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);fac_us = SYSCLK/8;fac_ms = (u16)fac_us * 1000;
}
void dely_us(u32 nus)
{u32 time;SysTick->LOAD = nus*fac_us;                //时间加载SysTick->VAL = 0x00;                      //清空计数器SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //开始倒计时do{time = SysTick->CTRL;}while((time&0x01) &&! (time&(1<<16)));//等待时间到SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;//关闭定时器SysTick->VAL = 0x00;//关闭计数器
}
//ms级别的....

4、USART串口

有两个：

UART：通用异步串行接受发送器；

USART：通用同步异步串行接受发送器；

区别：USART比UART多一个同步功能，其他基本上没区别。

串口最重要的参数是波特率，也就是每秒传送的码元符号的个数，因此比特率越大，数据的传输速度就越快。

知识点：

数据格式：

USART一般格式为：启动位、数据位、奇偶校验位、停止位。

5、I2C总线（重点）

i2c总线是一种简单的双线二线制同步串行总线，是一个主从结构的总线，所有的数据传输都必须由主机发起，通常单片机做主机，其他设备为从机。

从机（元器件）地址：连接在i2c总线上的设备，都有自己的地址，主机想要和某个元器件通信，先往i2c总线发送从机地址。地址一般为8位，最后一位为读写标志位。

重要知识点：

1、I2C时序：

I2C总线只需要两根线：数据线（SDA），时钟线（SCL）。数据格式主要有：

①起始位：主机要使用i2c数据传输时，需要先往i2c总线发起起始位。起始位的条件为：SCL线为高电平时，SDA线从高电平向低电平切换。

②停止位：主机要停止i2c数据传输时，需要先往i2c总线发起停止位。停止位的条件是：SCL线为高电平时，SDA线从低电平向高电平切换。

③数据位：数据线上的每个字节必须是8位，传输的字节数量没有限制。每个字节后必须跟一个响应位（ACK）。

④应答位：每个字节传输必须带响应位。

⑤NACK位

2、模拟I2C

主要通过模拟I2C时序，使用I/O模拟I2C，具体通过GPIO口实现模拟I2C功能。

在实际使用时，根据I2C的时序，需要写I2C的初始化，起始信号，停止信号，应答信号，比如发送一字节：

//sen为要发送的数据
void IIC_write(u8 sen)
{u8 t;IIC_SCL = 0;for(t=0;t<8;t++){//先发送高位IIC_SDAOUT = (sen&0x80)>>7;//左移一位sen = (sen<<1);delay_us(2);IIC_SCL = 1;delay_us(2);IIC_SCL = 0;delay_us(2);}
}

读时序和发时序相同，不同的是发送时需要在SCL低电平时改为SDA数据位，二读时需要在SCL高电平的时候读取SDA数据位。