STM32F103单片机概述及环境搭建教程
控制/MCU
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。
1.2 STM32F103ZET6最小系统
1.2.1 原理图
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
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
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
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
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
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
（4）新建工程，输入工程保存路径后点击保存。
（5）选择目标芯片型号，我们使用的芯片型号是STM32F103ZET6
（6）点击工程设置，添加系统文件夹
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。
（7）创建启动汇编文件
点击保存，输入文件名stm32f103x.s后保存进User文件夹。
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
修改HEX的保存路径
修改链接文件的保存路径
（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
（10）在c文件下输入如下代码
#include （11）将刚才创建的2个文件添加进工程
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