STM32F103单片机概述及环境搭建教程

Baekhyn0506 2023-01-19 23202

控制/MCU

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描述

1.1 STM32F103单片机概述

ARM公司在ARM11以后的产品改用Cortex命名，主要分为三种，Cortex-M系列，Cortex-R系列和Cortex-A系列，Cortex系列属于ARMv7架构，这是2010年为止ARM公司最新的指令集架构，其中Cortex-M主要用于低端的嵌入式控制系统中，Cortex-R主要用于实时系统中，Cortex-A系列则是用于操作系统，智能设备和移动电话等领域，比如常见的Cortex-A15（用于Android，Ubuntu等系统中）。

意法半导体（ST公司）开发的STM32就属于Cortex-M架构，该架构细分又可以分为M0，M0+，M3，H7等，以最常见的STM32F103为例，该芯片属于Cortex-M3架构，CPU主频72MHz，内置高精度ADC，USART，CAN，USB，SDIO等模块，极大的便于产品的设计。

以STM32F103ZET6为例，该芯片封装为LQFP-144，内置资源如下所示：

（1）1组17通道高精度ADC，1组15通道ADC，1组13通道ADC，转换速度可达1us；

（2）1组2路DAC输出；

（3）8组高级定时器（可以做电容捕捉，PWM输出，基本定时等功能）；

（4）高精度RTC模块，2路时钟可选；

（5）1组CAN，支持任意波特率；

（6）2组硬件IIC；

（7）3组硬件SPI；

（8）5组串口

（9）1组SDIO模块，用于外接SD卡通信；

（10）1组USB模块，可做主机，可做从机；

（11）2组I2S模块，用于I2S通信；

（12）1组CRC模块；

（13）2组看门狗模块；

（14）1组DMA模块；

STM32F103ZET6实物图片如下图所示。

单片机

1.2 STM32F103ZET6最小系统

1.2.1 原理图

单片机

STM32F103的最小系统由备用电源，下载接口，滤波电容，启动端子和时钟电路组成，其中滤波电容主要用于稳定CPU电源端口电压，由于CPU电源端口有12组，所以利用12个100nF电容来稳定每个端口的电压，布线的时候，每个电容离着供电端口越近越好。

1.2.2 时钟电路

单片机

单片机最小系统有两个晶体振荡器，其中8MHz提供主系统工作时钟脉冲，即CPU内核，系统总线和除RTC时钟外其他外设的工作时钟，32.768KHz时钟专用于CPU内部RTC时钟脉冲。

1.2.3 复位电路

单片机

由于STM32F103属于低电平复位，所以设计了如上图所示电路进行复位，初始状态电容两端电压为0，相当于低电平，上电后，电容开始充电，随着充电时间的上升，电容两端电压呈现指数上升（电路分析中专门讲解过这部分内容），随着电容充满电，电容两端理论电压逐渐达到3.3V，此时复位结束，如果想要不断电复位，只需要按一下按键S1，按下按键后，电容对地放电，放完电后达到低电平，此时开始复位，然后重复上电复位的过程。

1.2.4 启动选择端口

单片机

STM32有三种启动方式，通过BOOT0和BOOT1的电平选择，具体分配如下表所示。

BOOT0	BOOT1	启动方式
0	×	FLASH启动（用户闪存器启动）
1	0	系统存储器启动（主要用于串口下载）
1	1	SRAM启动，主要用于在SRAM中调试代码

一般启动程序都在FLASH中启动，如果出现芯片进入低功耗模式或者禁用了调试端口，那么串口激活是唯一的办法，所以建议设计产品的时候，BOOT0和BOOT1两个引脚用0Ω电阻引出来。

1.2.5 VBAT供电

单片机

VBAT供电主要用于RTC和备份区域数据不丢失使用，当外部3.3V断电之后，二极管D1处于截止状态，此时D2负极处于电平，二极管D2正向导通，通过3V纽扣电池给VBAT供电，防止RTC和备份区域的数据丢失。

1.2.6 串口下载与SW仿真

单片机

STM32下载程序有两种方式，一种是传统的串口模式，通过BOOT0和BOOT1启动系统存储器，然后将程序烧写进FLASH中，然后断电，设置FLASH启动后就可以启动程序，还有一种特殊的方式，就是SW模式，SW模式一种单线FLASH烧写模式，通过CLK和DATA两根线，将程序直接烧写进FLASH，并且通过这两根线进行在线仿真，可以直接将CPU中所有寄存器的值全部实时读取，用于简化调试过程。这个功能是51单片机不会有的。

1.2.7 电源电路

单片机

STM32F103采用3.3V电源进行供电，但是一般USB接口或者充电宝都是输出DC5V，这就需要一个LDO来进行电压变换，将5V电压转换为3.3V电压供STM32使用。

1.3 STM32工程创建

STM32的程序也是可以使用51的IDE编写的，KEIL作为集成开发环境，现在已经可以大多数主流CPU，比如之前的51系列，这次的ST系列，还有NXP公司的iMX系列等，下面来说明如何使用KEIL来创建STM32程序。

STM32的工程不同于51的工程，需要好几个文件来支持，由于这次创建的是空白工程，所以只需要创建主函数的c文件，启动汇编文件，和STM32寄存器文件。

（1）安装ARM版本的KEIL，从KEIL官网或者文中附带的链接下载安装包，安装时记住不能有中文路径，直接安装即可。

（2）安装STM32F1系列固件库，从KEIL官网找到安装包，下载后安装（注：KEIL版本必须是ARM版本的，C51版本安装不上）。

下载固件库之后，双击安装即可。

（3）在工程文件夹中创建四个子文件夹，HEADERWARE，OBJECT，USER和SYSTEM，各文件夹内容如下所示。

USER：存放工程文件，汇编启动文件与主函数的c文件

SYSTEM：存放系统文件，串口1文件和滴答时钟文件

HEADERWARE：存放其他的驱动文件

OBJECT：存放编译过程的链接文件以及最终的HEX文件

单片机

（4）新建工程，输入工程保存路径后点击保存。

单片机

（5）选择目标芯片型号，我们使用的芯片型号是STM32F103ZET6

单片机

（6）点击工程设置，添加系统文件夹

单片机

点击红框选中的位置来新建文件夹，双击新建的文件夹修改名称，创建和步骤3目录一样的文件夹，如下图所示。

单片机

（7）创建启动汇编文件

单片机

点击保存，输入文件名stm32f103x.s后保存进User文件夹。

单片机

输入以下代码，由于以下代码是固定的，所以可以直接复制

Stack_Size    EQU    0x00000400


        AREA  STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
Stack_Mem    SPACE  Stack_Size
__initial_sp


Heap_Size    EQU    0x00000200


        AREA  HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
__heap_base
Heap_Mem    SPACE   Heap_Size
__heap_limit


                PRESERVE8
                THUMB


; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset
                AREA    RESET, DATA, READONLY
                EXPORT    __Vectors
                EXPORT    __Vectors_End
                EXPORT    __Vectors_Size


__Vectors    DCD    __initial_sp        ; Top of Stack
        DCD    Reset_Handler        ; Reset Handler
        DCD    NMI_Handler          ; NMI Handler
        DCD    HardFault_Handler      ; Hard Fault Handler
        DCD    MemManage_Handler      ; MPU Fault Handler
        DCD    BusFault_Handler      ; Bus Fault Handler
        DCD    UsageFault_Handler      ; Usage Fault Handler
        DCD    0              ; Reserved
        DCD    0              ; Reserved
        DCD    0              ; Reserved
        DCD    0              ; Reserved
        DCD    SVC_Handler          ; SVCall Handler
        DCD    DebugMon_Handler      ; Debug Monitor Handler
        DCD    0              ; Reserved
        DCD    PendSV_Handler        ; PendSV Handler
        DCD    SysTick_Handler        ; SysTick Handler


        ; External Interrupts
        DCD     WWDG_IRQHandler        ; Window Watchdog
        DCD     PVD_IRQHandler        ; PVD through EXTI Line detect
        DCD     TAMPER_IRQHandler      ; Tamper
        DCD     RTC_IRQHandler        ; RTC
        DCD     FLASH_IRQHandler      ; Flash
        DCD     RCC_IRQHandler        ; RCC
        DCD     EXTI0_IRQHandler      ; EXTI Line 0
        DCD     EXTI1_IRQHandler      ; EXTI Line 1
        DCD     EXTI2_IRQHandler      ; EXTI Line 2
        DCD     EXTI3_IRQHandler      ; EXTI Line 3
        DCD     EXTI4_IRQHandler      ; EXTI Line 4
        DCD     DMA1_Channel1_IRQHandler  ; DMA1 Channel 1
        DCD     DMA1_Channel2_IRQHandler  ; DMA1 Channel 2
        DCD     DMA1_Channel3_IRQHandler  ; DMA1 Channel 3
        DCD     DMA1_Channel4_IRQHandler  ; DMA1 Channel 4
        DCD     DMA1_Channel5_IRQHandler  ; DMA1 Channel 5
        DCD     DMA1_Channel6_IRQHandler  ; DMA1 Channel 6
        DCD     DMA1_Channel7_IRQHandler  ; DMA1 Channel 7
        DCD     ADC1_2_IRQHandler      ; ADC1 & ADC2
        DCD     USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler  ; USB High Priority or CAN1 TX
        DCD     USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler  ; USB Low  Priority or CAN1 RX0
        DCD     CAN1_RX1_IRQHandler      ; CAN1 RX1
        DCD     CAN1_SCE_IRQHandler      ; CAN1 SCE
        DCD     EXTI9_5_IRQHandler      ; EXTI Line 9..5
        DCD     TIM1_BRK_IRQHandler      ; TIM1 Break
        DCD     TIM1_UP_IRQHandler      ; TIM1 Update
        DCD     TIM1_TRG_COM_IRQHandler    ; TIM1 Trigger and Commutation
        DCD     TIM1_CC_IRQHandler      ; TIM1 Capture Compare
        DCD     TIM2_IRQHandler        ; TIM2
        DCD     TIM3_IRQHandler        ; TIM3
        DCD     TIM4_IRQHandler        ; TIM4
        DCD     I2C1_EV_IRQHandler      ; I2C1 Event
        DCD     I2C1_ER_IRQHandler      ; I2C1 Error
        DCD     I2C2_EV_IRQHandler      ; I2C2 Event
        DCD     I2C2_ER_IRQHandler      ; I2C2 Error
        DCD     SPI1_IRQHandler        ; SPI1
        DCD     SPI2_IRQHandler        ; SPI2
        DCD     USART1_IRQHandler      ; USART1
        DCD     USART2_IRQHandler      ; USART2
        DCD     USART3_IRQHandler      ; USART3
        DCD     EXTI15_10_IRQHandler    ; EXTI Line 15..10
        DCD     RTCAlarm_IRQHandler      ; RTC Alarm through EXTI Line
        DCD     USBWakeUp_IRQHandler    ; USB Wakeup from suspend
        DCD     TIM8_BRK_IRQHandler      ; TIM8 Break
        DCD     TIM8_UP_IRQHandler      ; TIM8 Update
        DCD     TIM8_TRG_COM_IRQHandler    ; TIM8 Trigger and Commutation
        DCD     TIM8_CC_IRQHandler      ; TIM8 Capture Compare
        DCD     ADC3_IRQHandler        ; ADC3
        DCD     FSMC_IRQHandler        ; FSMC
        DCD     SDIO_IRQHandler        ; SDIO
        DCD     TIM5_IRQHandler        ; TIM5
        DCD     SPI3_IRQHandler        ; SPI3
        DCD     UART4_IRQHandler      ; UART4
        DCD     UART5_IRQHandler      ; UART5
        DCD     TIM6_IRQHandler        ; TIM6
        DCD     TIM7_IRQHandler        ; TIM7
        DCD     DMA2_Channel1_IRQHandler  ; DMA2 Channel1
        DCD     DMA2_Channel2_IRQHandler  ; DMA2 Channel2
        DCD     DMA2_Channel3_IRQHandler  ; DMA2 Channel3
        DCD     DMA2_Channel4_5_IRQHandler  ; DMA2 Channel4 & Channel5
__Vectors_End


__Vectors_Size  EQU  __Vectors_End - __Vectors


        AREA    |.text|, CODE, READONLY
; Reset handler
Reset_Handler  PROC
        EXPORT    Reset_Handler        [WEAK]
        IMPORT    __main  
        LDR      R0, =__main
        BX      R0
        ENDP


; Dummy Exception Handlers (infinite loops which can be modified)
NMI_Handler    PROC
        EXPORT    NMI_Handler          [WEAK]
        B    .
        ENDP
HardFault_Handler        PROC
        EXPORT    HardFault_Handler      [WEAK]
        B    .
        ENDP
MemManage_Handler        PROC
        EXPORT    MemManage_Handler      [WEAK]
        B    .
        ENDP
BusFault_Handler        PROC
        EXPORT    BusFault_Handler      [WEAK]
        B    .
        ENDP
UsageFault_Handler        PROC
        EXPORT    UsageFault_Handler      [WEAK]
        B    .
        ENDP
SVC_Handler    PROC
        EXPORT    SVC_Handler          [WEAK]
        B    .
        ENDP
DebugMon_Handler        PROC
        EXPORT    DebugMon_Handler      [WEAK]
        B    .
        ENDP
PendSV_Handler  PROC
        EXPORT    PendSV_Handler        [WEAK]
        B    .
        ENDP
SysTick_Handler  PROC
        EXPORT    SysTick_Handler        [WEAK]
        B    .
        ENDP


Default_Handler  PROC
        EXPORT    WWDG_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    PVD_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    TAMPER_IRQHandler      [WEAK]
                EXPORT    RTC_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    FLASH_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    RCC_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    EXTI0_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    EXTI1_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    EXTI2_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    EXTI3_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    EXTI4_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    DMA1_Channel1_IRQHandler  [WEAK]
        EXPORT    DMA1_Channel2_IRQHandler  [WEAK]
        EXPORT    DMA1_Channel3_IRQHandler  [WEAK]
        EXPORT    DMA1_Channel4_IRQHandler  [WEAK]
        EXPORT    DMA1_Channel5_IRQHandler  [WEAK]
        EXPORT    DMA1_Channel6_IRQHandler  [WEAK]
        EXPORT    DMA1_Channel7_IRQHandler  [WEAK]
        EXPORT    ADC1_2_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler  [WEAK]
        EXPORT    USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler  [WEAK]
        EXPORT    CAN1_RX1_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    CAN1_SCE_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    EXTI9_5_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    TIM1_BRK_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    TIM1_UP_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    TIM1_TRG_COM_IRQHandler    [WEAK]
        EXPORT    TIM1_CC_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    TIM2_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    TIM3_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    TIM4_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    I2C1_EV_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    I2C1_ER_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    I2C2_EV_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    I2C2_ER_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    SPI1_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    SPI2_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    USART1_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    USART2_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    USART3_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    EXTI15_10_IRQHandler    [WEAK]
        EXPORT    RTCAlarm_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    USBWakeUp_IRQHandler    [WEAK]
        EXPORT    TIM8_BRK_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    TIM8_UP_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    TIM8_TRG_COM_IRQHandler    [WEAK]
        EXPORT    TIM8_CC_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    ADC3_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    FSMC_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    SDIO_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    TIM5_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    SPI3_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    UART4_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    UART5_IRQHandler      [WEAK]
        EXPORT    TIM6_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    TIM7_IRQHandler        [WEAK]
        EXPORT    DMA2_Channel1_IRQHandler  [WEAK]
        EXPORT    DMA2_Channel2_IRQHandler  [WEAK]
        EXPORT    DMA2_Channel3_IRQHandler  [WEAK]
        EXPORT    DMA2_Channel4_5_IRQHandler  [WEAK]


WWDG_IRQHandler
PVD_IRQHandler
TAMPER_IRQHandler
RTC_IRQHandler
FLASH_IRQHandler
RCC_IRQHandler
EXTI0_IRQHandler
EXTI1_IRQHandler
EXTI2_IRQHandler
EXTI3_IRQHandler
EXTI4_IRQHandler
DMA1_Channel1_IRQHandler
DMA1_Channel2_IRQHandler
DMA1_Channel3_IRQHandler
DMA1_Channel4_IRQHandler
DMA1_Channel5_IRQHandler
DMA1_Channel6_IRQHandler
DMA1_Channel7_IRQHandler
ADC1_2_IRQHandler
USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler
USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler
CAN1_RX1_IRQHandler
CAN1_SCE_IRQHandler
EXTI9_5_IRQHandler
TIM1_BRK_IRQHandler
TIM1_UP_IRQHandler
TIM1_TRG_COM_IRQHandler
TIM1_CC_IRQHandler
TIM2_IRQHandler
TIM3_IRQHandler
TIM4_IRQHandler
I2C1_EV_IRQHandler
I2C1_ER_IRQHandler
I2C2_EV_IRQHandler
I2C2_ER_IRQHandler
SPI1_IRQHandler
SPI2_IRQHandler
USART1_IRQHandler
USART2_IRQHandler
USART3_IRQHandler
EXTI15_10_IRQHandler
RTCAlarm_IRQHandler
USBWakeUp_IRQHandler
TIM8_BRK_IRQHandler
TIM8_UP_IRQHandler
TIM8_TRG_COM_IRQHandler
TIM8_CC_IRQHandler
ADC3_IRQHandler
FSMC_IRQHandler
SDIO_IRQHandler
TIM5_IRQHandler
SPI3_IRQHandler
UART4_IRQHandler
UART5_IRQHandler
TIM6_IRQHandler
TIM7_IRQHandler
DMA2_Channel1_IRQHandler
DMA2_Channel2_IRQHandler
DMA2_Channel3_IRQHandler
DMA2_Channel4_5_IRQHandler
        B    .
        ENDP
        ALIGN


; User Stack and Heap initialization
        IF      :DEF:__MICROLIB
        EXPORT    __initial_sp
        EXPORT    __heap_base
        EXPORT    __heap_limit
        ELSE  
        IMPORT    __use_two_region_memory
        EXPORT    __user_initial_stackheap
__user_initial_stackheap
        LDR    R0, =  Heap_Mem
        LDR    R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)
        LDR    R2, = (Heap_Mem +  Heap_Size)
        LDR    R3, = Stack_Mem
        BX    LR
        ALIGN
        ENDIF
        END

（8）修改链接文件与HEX文件的保存路径

单片机

修改HEX的保存路径

单片机

修改链接文件的保存路径

单片机

（9）创建主函数的c文件，创建步骤与步骤7一样，只不过保存的时候，文件后缀变为c，例如1.c。将主函数的c文件保存到User目录下

单片机

（10）在c文件下输入如下代码

#include 
int main()
{
  while( 1 )
  {

  }
}

（11）将刚才创建的2个文件添加进工程

单片机

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