STM32F1笔记

STM32F1笔记

中断

NVIC(嵌套向量中断控制器)

NVIC相关寄存器	位数	寄存器个数	备注
ISER（Set Enable, 中断使能寄存器）	32	8	每个位控制一个中断
ICER（Clear Enable, 中断除能寄存器）	32	8	每个位控制一个中断
AIRCR（应用程序中断及复位控制寄存器）	32	1	位[10:8]控制优先级分组
IPR（中断优先级寄存器）	8	240	8个位对应一个中断，而STM32只使用高4位

中断优先级

• 抢占优先级(pre)：高抢占优先级可以打断正在执行的低抢占优先级中断

• 响应优先级(sub)：当抢占优先级相同时，响应优先级高的先执行，但是不能相互打断

  抢占和响应都相同的情况下，自然优先级(中断向量表中的优先级)越高的，先执行

  数值越小，优先级越高

中断优先级分组

优先级分组	AIRCR[10:8]	IPRx bit[7:4]分配	分配结果
0	111	None : [7:4]	0位抢占优先级，4位响应优先级
1	110	[7] : [6:4]	1位抢占优先级，3位响应优先级
2	101	[7:6] : [5:4]	2位抢占优先级，2位响应优先级
……	……	……	……

一个工程中，一般只设置一次中断优先级分组

EXTI（外部（扩展）中断事件控制器）

EXTI(F1)包含20个产生事件/中断请求的边沿检测器，即总共20条EXTI线

中断与事件区别：

• 中断：要进入NVIC，有相应的中断服务函数，需要CPU处理
• 事件：不进入NVIC，仅用于内部硬件自动控制的，如：TIM、DMA、ADC

STM32仅有：7个外部中断服务函数

• EXTI0~4：5个
• EXTI9_5：共用一个
• EXTI15_10：共用一个

串口

比特率：每秒传输的比特数，单位bit/s

波特率：每秒传输的码元（一个码元就是一个脉冲信号）数，单位Baud

比特率：波特率 * \(\log_2^m\)，M（进制数）表示每个码元承载的信息

RS-232电平与COMS/TLL电平对比

	逻辑1	逻辑0
RS232电平	-15V~3V	+3V~+15V
COMS电平（3.3V）	3.3V	0V
TTL电平（5V）	5V	0V

RS-232异步通信协议

• 启动位：必须占1位，保持逻辑0电平
• 有效数据位：可选5~9个位长，LSB（最低有效位）在前，MSB在后
• 校验位：可选占1位长，也可以没有该位
• 停止位：必须有，可选0.5、1、1.5、2个位长，保持逻辑1电平

USART框图

波特率计算公式

通用公式推演过程：\(baud = \frac{f_{ck}}{16 * USARTDIV} \Rightarrow USARTDIV = \frac{f_{ck}}{16 * baud}\)

写入波特率寄存器：\(USART1\to BRR = USARTDIV * 16 + 0.5 = \frac{f_{ck}}{16 * baud} *16 + 0.5 = \frac{f_{ck}}{baud} + \frac{1}{2}\) (四舍五入)

HAL库USART中断回调机制

USART/UART异步通信配置步骤

1. 配置串口工作参数：HAL_UART_Init()
2. 串口底层初始化： HAL_UART_MspInit() 配置GPIO、NVIC、CLOCK等
3. 开启串口异步接收中断：HAL_UART_Receive_IT()
4. 设置中断优先级，使能中断：HAL_NVIC_SetPriority()、HAL_NVIC_EnableIRQ()
5. 编写中断服务函数：USARTx_IRQHandler()、UARTx_IRQHandler()
6. 串口数据发送：USART_DR、HAL_UART_Transmit()

IWDG

IWDG（Indepndent watchdog）：独立看门狗，能产生系统复位信号的计数器 ，主要应用在一些需要高稳定性的产品中，并且对时间精度要求比较低（因为时钟来自RC振荡器）的场合。

特性

• 递减计数器

• 时钟由独立的RC振荡器提供（可在待机和停止模式下运行）

• 看门狗被激活后，当递减计数器计数到0x000时产生复位

• 喂狗：在计数器到0之前，重装载计数器的值，防止复位

作用

异常概念：外界电磁干扰或者自身系统（硬件或软件）异常，造成程序跑飞，如：陷入某个不正常的循环，打断正常程序运行

主要用于检测外界电磁干扰，或者硬件异常造成的程序跑飞

独立看门狗时异常处理的最后手段，不可依赖，应当在设计时尽量避免异常的发生

框图

IWDG溢出时间计算

\[T_{out} = \frac{psc * rlr}{f_{IWDG}} \]

• \(T_{out}\)：看门狗溢出时间
• \(f_{IWDG}\)：看门狗的时钟源频率
• \(psc\)：看门狗预分配系数
• \(rlr\)：看门狗重装载值

配置步骤

1. 取消PR(预分频系数寄存器)/RLR(重装载值寄存器)写保护，设置IWDG预分频系数和重装载值，启动IWDG：HAL_IWDG_Init()
2. 及时喂狗，即写入0xAAAA到IWDG_KR：HAL_IWDG_Refresh()

WWDG

WWDG（Window watchdog）：窗口看门狗，能产生系统复位信号和提前唤醒中断的计数器，主要应用再需要检测程序运行时间的场合（因为使用的时钟源来自系统总线）

特性

• 递减计数器
• 当递减计时器值从0x40减到0x3F时复位（即T6位跳变到0）
• 计时器的值大于W[6:0]值时喂狗会复位
• 提前唤醒中断（EWI）：当递减计数器 等于0x40时可产生

作用

用于检测单片机程序运行时效是否精准，主要检测软件异常

工作原理图

框图

WWDG超时时间计算

\[T_{out} = \frac{4096 * 2^{WDGTB} * (T[5:0] + 1)}{F_{wwdg}} \]

• \(T_{out}\)：WWDG超时时间（没喂狗）
• \(F_{wwdg}\)：WWDG时钟源频率
• \(4096\)：WWDG固定的预分频系数
• \(2^{WDGTB}\)：WWDG_CFR寄存器设置的预分频系数值
• \(T[5:0]\)：WWDG计数器低六位

配置步骤

1. WWDG工作参数初始化：HAL_WWDG_Init()
2. WWDG Msp初始化：HAL_WWDG_MspInit() 配置NVIC、CLOCK等
3. 设置优先级，使能中断：HAL_NVIC_SetPriority()、HAL_NVIC_Enable()
4. 编写中断服务函数：WWDG_IRQHandler()->HAL_WWDG_IRQHandler
5. 重定义提前唤醒回调函数：HAL_WWDG_EarlyWakeupCallback()
6. 在窗口期内喂狗：HAL_WWDG_Refresh()

IWDG与WWDG主要区别

对比点	IWDG	WWDG
时钟源	LSI(40KHz或32KHz)	PCLK1或PCLK3
复位条件	递减计数到0	计数值大于W[6:0]值或减到0x3F
中断	没有中断	计数器减到0x40可产生中断
递减计数器位数	12位（最大计数范围：4096~0）	7位（最大计数范围：127~63）
应用场合	防止程序跑飞，死机，死循环	检测程序时效，防止软件异常

定时器

定时器使用精准的时基，通过硬件的方式，实现定时功能，其核心就是计数器。

分类

特性表

定时器类型	定时器	计数器位数	计数模式	预分频系数（整数）	产生DMA请求	捕获/比较通道	互补输出
基本定时器	TIM6 TIM7	16	递增	1~65535	可以	0	无
通用定时器	TIM2 TIM3 TIM4 TIM5	16	递增、递减、中央对齐	1~65535	可以	4	无
高级定时器	TIM1 TIM8	16	递增、递减、中央对齐	1~65535	可以	4	有

功能区别

定时器类型	主要功能
基本定时器	没有输入输出通道，常用作时基，即定时功能
通用定时器	具有多路独立通道，可用于捕获/输出比较，也可作时基
高级定时器	除具备通用定时器所有功能外，还具备死区控制的互补信号输出、刹车输入等功能（可用作电机控制、数字电源设计等）

计数模式及溢出条件

计数器模式	溢出条件
递增计数模式	CNT = = ARR
递减计数模式	CNT == 0
中心对齐模式	CNT == ARR - 1、CNT == 1

溢出时间计算

\[T_{out} = \frac{(ARR + 1) * (PSC + 1)}{F_t} \]

• \(T_{out}\)：定时器溢出时间
• \(F_t\)：定时器时钟源频率
• \(ARR\)：自动重装载器的值
• \(PSC\)：预分频寄存器的值

基本定时器

• 可用于触发DAC
• 在更新事件（计数器溢出）时，可产生中断/DMA请求

框图

配置步骤

1. 配置定时器基础工作参数：HAL_TIM_Base_Init()
2. 定时器基础MSP初始化：HAL_TIM_Base_MspInit() 配置NVIC、CLOCK等
3. 使能更新中断并启动计数器：HAL _TIM_Base_Start_IT()
4. 设置优先级，使能中断：HAL_NVIC_SetPriority()、HAL_NVIC_EnableIRQ()
5. 编写中断服务函数：TIMx_IRQHandler()等->HAL_TIM_IRQHandler()
6. 编写定时器更新中断回调函数：HAL_TIM_PeriodElapsedCallback()

通用定时器

• 可用于触发DAC、ADC
• 在更新事件、触发事件、输入捕获、输出比较时，会产生中断/DMA请求
• 4个独立通道，可用于：输入捕获、输出比较、输出PWM、单脉冲模式
• 使用外部信号控制定时器且可实现多定时器互连的同步电路
• 支持编码器和霍尔传感器电路等

框图

计时器时钟源

1. 内部时钟(CK_INT)：来自外设总线APB提供的时钟
2. 外部时钟模式1：外部输入引脚(TIx)：来自定时器通道1或者通道2引脚的信号
3. 外部时钟模式2：外部触发输入(ETR)：来自可以复用位TIMx_ETR的IO引脚
4. 内部触发输入(ITRx)：用于芯片内部其他通用/高级定时器级联

外部时钟模式1

外部时钟模式2

使用一个定时器作为另一个定时器的预分频器

PWM

通用定时器输出PWM原理

PWM模式

PWM输出配置步骤

1. 配置定时器基础工作参数：HAL_TIM_PWM_Init()
2. 定时器PWM输出MSP初始化：HAL_TIM_PWM_MspInit() 配置NVIC、CLOCK、GPIO等
3. 配置PWM模式/比较值等：HAL_TIM_PWM_ConfigChannel()
4. 使能输出并启动计数器：HAL_TIM_PWM_Start()
5. 修改比较值控制占空比(可选)：__HAL_TIM_SET_COMPARE()
6. 使能通道预装载(可选)：__HAL_TIM_ENABLE_OCxPRELOAD()

输入捕获

输入捕获脉宽测量原理

配置步骤

1. 配置定时器基础工作参数：HAL_TIM_IC_Init()
2. 定时器输入捕获MSP初始化：HAL_TIM_IC_MspInit() 配置NVIC、CLOCK、GPIO等
3. 配置输入通道映射、捕获边沿等：HAL_TIM_IC_ConfigChannel()
4. 设置优先级，使能中断：HAL_NVIC_SetPriority()、 HAL_NVIC_EnableIRQ()
5. 使能定时器更新中断：__HAL_TIM_ENABLE_IT()
6. 使能捕获、捕获中断及计数器：HAL_TIM_IC_Start_IT()
7. 编写中断服务函数：TIMx_IRQHandler()等 -> HAL_TIM_IRQHandler()
8. 编写更新中断和捕获回调函数：HAL_TIM_PeriodElapsedCallback()、HAL_TIM_IC_CaptureCallback()

脉冲计数

配置步骤

1. 配置定时器基础工作参数：HAL_TIM_IC_Init()
2. 定时器输入捕获MSP初始化：HAL_TIM_IC_MspInit() 配置NVIC、CLOCK、GPIO等
3. 配置定时器从模式等：HAL_TIM_SlaveConfigSynchro()
4. 使能输入捕获并启动计数器：HAL_TIM_IC_Start()
5. 获取计数器的值：__HAL_TIM_GET_COUNTER()
6. 设置计数器的值：__HAL_TIM_SET_COUNTER()

高级定时器

• 重复计数器（计数器每次上溢或者下溢都能使重复计数器减1，减到0时，再发生一次溢出就会产生更新事件）
• 死区时间带可编程的互补输出
• 断路输入，用于将定时器的输出信号置于用户可选的安全配置中

框图

重复计数器特性

输出指定个数PWM实验配置步骤

1. 配置定时器基础工作参数：HAL_TIM_PWM_Init()
2. 定时器PWM输出MSP初始化：HAL_TIM_PWM_MspInit() 配置NVIC、CLOCK、GPIO等
3. 配置PWM模式/比较值等：HAL_TIM_PWM_ConfigChannel()
4. 配置优先级，使能中断：HAL_NVIC_SetPriority()、HAL_NVIC_Enable()
5. 使能定时器更新中断：__HAL_TIM_ENABLE_IT()
6. 使能输出、主输出(仅高级定时器有)、计数器：HAL_TIM_PWM_Start()
7. 编写中断服务函数：TIMx_IRQHandler()等 -> HAL_TIM_IRQHandler()
8. 编写更新中断回调函数：HAL_TIM_PeriodElapsedCallback()

输出比较

实验原理

配置步骤

1. 配置定时器基础工作参数：HAL_TIM_OC_Init()
2. 定时器输出比较MSP初始化：HAL_TIM_OC_MspInit()
3. 配置输出比较模式等：HAL_TIM_OC_ConfigChannel()
4. 使能通道预装载：__HAL_TIM_ENABLE_OCxPRELOAD()
5. 使能输出、主输出、计数器：HAL_TIM_OC_Start()
6. 修改捕获/比较器的值：__HAL_TIM_SET_COMPARE()

带死区控制的互补输出

因为元器件有延迟特性，所以需要加上死区时间控制。

死区时间计算

1. 确定\(t_{DTS}\)的值：\(f_{DTS} = \frac{F_t}{2^{CKD[1:0]}}\)
   

2. 判断DTG[7:5]，选择计算公式
   

3. 代入选择的公式计算

刹车（断路）功能

使能刹车功能：将TIMx_BDTR的BKE位置1，刹车输入信号极性由BKP位设置

使能刹车功能后：由TIMx_BDTR的MOE、OSSI、OSSR位，TIMx_CR2的OISx、OISxN位，TIMx_CCER的CCxE、CCxNE位控制OCx和OCxN输出状态

无论何时，OCx和OCxN输出都不能同时处在有效电平

配置步骤

1. 配置定时器基础工作参数：HAL_TIM_PWM_Init()
2. 定时器PWM输出MSP初始化：HAL_TIM_PWM_MspInit() 配置NVIC、CLOCK、GPIO等
3. 配置PWM模式/比较值等：HAL_TIM_PWM_ConfigChannel()
4. 配置刹车功能、死区时间等：HAL_TIMEx_ConfigBreakDeadTime()
5. 使能输出、主输出、计数器：HAL_TIM_PWM_Start()
6. 使能互补输出、主输出、计数器：HAL_TIM_PWMN_Start

PWM输入模式

工作原理

时序

配置步骤

1. 配置定时器基础工作参数：HAL_TIM_IC_Init()
2. 定时器捕获输入MSP初始化：HAL_TIM_IC_MspInit() 配置NVIC、CLOCK、GPIO等
3. 配置IC1/2映射、捕获边沿等：HAL_TIM_IC_ConfigChannel()
4. 配置从模式，触发源等：HAL_TIM_SlaveConfigSynchro()
5. 配置优先级，使能中断：HAL_NVIC_SetPriority()、HAL_NVIC_EnableIRQ()
6. 使能捕获、捕获中断及计数器：HAL_TIM_IC_Start_IT()、HAL_TIM_IC_Start()
7. 编写中断服务函数：TIMx_IRQHandler()等 -> HAL_TIM_IRQHandler()
8. 编写输入捕获回调函数：HAL_TIM_IC_CaptureCallback()

电容触摸按键

电容触摸按键可以等效为一个电容。

优势：无机械装置，使用寿命长，非接触式感应，面板不用开孔，简洁美观，防水性好。

• 无手指触摸：上电时，电阻作用下，电容Cs进行充电，直到电容充满，这时会有一个充电时间Tcs
• 有手指触摸，上电时，电阻作用下，电容Cs和Cx进行充电，直到电容充满，这时会有一个充电时间Tcx

充电过程可以看成是一个信号从低电平变为高电平的过程，可以利用定时器输入捕获功能计算充电时间（注：电容的初始状态要为0，即一开始就要放电）

先测量到的无触摸时充电时间Tcs作为比较基准，然后定时循环测量充电时间T与Tcs作比较，如果超过一定的阈值就认为有手指触摸。

检测电容触摸按键过程

1. TPAD引脚设置为推挽输出，输出低电平，实现电容放电到地
2. TPAD引脚设置为浮空输入 （IO复位后的状态），电容开始充电
3. 同时开启TPAD引脚的输入捕获功能，开始捕获高电平
4. 等待充电过程中，上升沿触发（充电放到Vth（上升沿的电压值））
5. 计算充电时间（定时器捕获/比较寄存器获取）

OLED

驱动原理

1. 选择驱动芯片时序：8080、6800、SPI、IIC等，根据时序实现数据写入/读取
2. 初始化序列：由厂家提供，用于初始化屏幕
3. 实现画点函数、读点函数（可选）：基于这两个函数可以实现各种绘图功能

8080并口读/写过程

1. 设置DC为高（数据）/低（命令）：根据写入/读取的数据类型

2. 拉低片选：选中芯片

3. 设置RD/WR为低：取决于要读数据还是写数据

4. 准备数据

5. 拉高RD/WR，出现上升沿：在RD的上升沿，将数据锁存到数据线D[7:0]上；在WR上升沿，数据写入到芯片中

写时序示例：

GRAM

GRAM（图形显示数据RAM）是一个位映射静态RAM，保存要显示的位模式。内存大小为128 * 64位，可分为8页，从页0到页7，用于黑白128 * 64点阵显示。

页可以理解为行的选择。8页控制64行，每1页选中8行

三种设置内存地址模式：

• 页地址模式
• 水平地址模式
• 垂直地址模式

页地址模式

对GRAM进行操作时，列地址指针会自动递增。当列地址指针到达列结束地址时，重置为开始地址，但页地址指针不变。用户碧玺设置新的页面和列地址，以便访问下一页GRAM内容。

GRAM与OLED屏幕坐标对应关系表

注：GRAM设定为gram[列数][页数]

一个通用的点(x, y)置1表达式为：GRAM[x][y / 8] |= 1 << (y % 8 )

LCD

LCD屏幕驱动原理与OLED基本一致，详细参考OLED驱动原理

LCD 8080时序信号

信号	名称	控制状态	作用
CS	片选	低电平	选中器件，低电平有效，先选中，后操作
WR	写	↑	写信号，上升沿有效，用于数据/命令写入
RD	读	↑	读信号，上升沿有效，用于数据/命令读取
RS	数据/命令	0：命令 1：数据	表示当前是写数据还是命令，也叫DC信号
D[15:0]	数据线	无	双向数据线，可以写入/读取驱动IC数据

一般只需要6条指令即可完成对LCD的基本使用（以ILI9341为例）

指令（HEX）	名称	作用
0xD3	读ID	用于读取LCD控制器的ID，区分型号用
0x36	访问控制	设置GRAM读取方向，控制显示方向
0x2A	列地址	一般用于设置X坐标
0x2B	页地址	一般用于设置Y坐标
0x2C	写GRAM	用于往LCD写GRAM数据（地址自增，支持连续写入）
0x2E	读GRAM	用于往LCD读GRAM数据（地址自增，支持连续读）

FSMC

FSMC（Flexible Static Memory Controller）灵活静态存储控制器，用于驱动SRAM、NOR FLASH、NAND FLASH及PC卡类型的存储器。配置好FSMC，定义一个指向这些地址的指针，通过对指针操作就可以直接修改存储单元内容，FSMC自动完成读写命令和数据访问操作，不需要程序去实现时序。

框图

FSMC信号	信号方向	功能
FSMC_NE[x]	输出	片选引脚，x=1…4，每个对应不同的内存块
FSMC_CLK	输出	时钟（同步突发模式使用）
FSMC_A[25:0]	输出	地址总线
FSMC_D[15:0]	输出/输入	双向数据总线
FSMC_NOE	输出	输出使能（“N”表明低电平有效信号） 类似于8080 RD读信号
FSMC_NWE	输出	写使能
FSMC_NWAIT	输入	NOR闪存要求FSMC等待的信号
FSMC_NADV	输出	地址、数据线复用时作锁存信号

使用FSMC驱动LCD

时序

FSMC可以产生多种时序来控制外部存储器

NR/PSRAM控制器产生的异步时序就有5种，总体分为两类：一类是模式1，其他为拓展模式

拓展模式相对于模式1来说时序时间参数设置可以不同，满足存储器读写时序不一样的需求

访问模式	对应的外部存储器	时序特性
模式1	SRAM/CRAM	OE在读时序片选过程不翻转，有NBL信号，无NADV信号
模式A	SRAM/PSRAM(CRAM)	OE在读时序片选过程翻转，有NBL信号，无NADV信号
模式B/2	NOR FLASH	OE在读时序片选过程不翻转，无NBL信号，有NADV信号
模式C	NOR FLASH	OE在读时序片选过程翻转，无NBL信号，有NADV信号
模式D	带地址扩展的异步操作	OE在读时序片选过程翻转，无NBL信号，有NADV信号，存在地址保存时间

地址映射

使用FSMC外接存储器，其存储单元是映射到STM32的内部寻址空间的。从FSMC角度看，可以把外部存储器分为固定大小为256M字节的四个存储块；每个存储块分4个区，每个区管理64M字节空间

HADDR总线是转换到外部存储器的内部AHB地址线，简单来说，从CPU通过AHB总线到外部信号线之间的关系，HADDR是字节地址，而存储器访问不都是按字节访问，接到存储器的地址线与其数据宽度相关。

LCD使用16位数据线

数据宽度位16位时，地址存在偏移

8080接口种的RS信号，用FSMC的某根A地址线进行替换。以本人手中的STM32F103ZE开发板为例，FSMC_A10接到RS线上，使用FSMC_NE4片选信号。

• 当FSMC_A10为高电平时（即RS为高电平），FSMC_D[15:0]被理解为数据
• 当FSMC_A10为低电平时（即RS为低电平），FSMC_D[15:0]被理解为命令

确定代替的地址：

1. 确认FSMC_NE4基地址：0x6C00 0000 计算公式NEx(x=1~4)：0x6000 0000 + (0x0400 0000 * (x - 1))
2. 确认FSMC_A10对应地址值：\(2^{10} * 2(双字节数据) = 0x800\) 计算公式：FSMC_Ay(y=0~25): \(2^y * 2\)
3. 确认两个地址：代表LCD命令的地址：0x6C00 0000；代表LCD数据的地址：0x6C00 0800

相关寄存器

寄存器	名称	作用
FSMC_BCR4	片选控制寄存器	包含存储器块的信息（存储器类型/数据宽度等）
FSMC_BTR4	片选时序寄存器	设置读操作时序参数（ADDSET/DATAST） 如果未设置FSMC_BCRx种的EXTMOD位，则读写公用该寄存器
FSMC_BWTR4	写时序寄存器	设置写操作时序参数（ADDSET/DATAST）

在ST官方提供的寄存器定义里面，并没有定义FSMC_BCRx、FSMC_BTRx、FSMC_BWTRx等这个单独的寄存器，而是将他们进行了一些组合，规则如下：

FSMC_BCRx和FSMC_BTRx，组合成BTCR[8]寄存器组，他们的对应关系如下：

BTCR[0]对应FSMC_BCR1，BTCR[1]对应FSMC_BTR1

BTCR[2]对应FSMC_BCR2，BTCR[3]对应FSMC_BTR2

BTCR[4]对应FSMC_BCR3，BTCR[5]对应FSMC_BTR3

BTCR[6]对应FSMC_BCR4，BTCR[7]对应FSMC_BTR4

FSMC_BWTRx则组合成BWTR[7]寄存器组，他们的对应关系如下：

BWTR[0]对应FSMC_BWTR1，BWTR[2]对应FSMC_BWTR2，

BWTR[4]对应FSMC_BWTR3，BWTR[6]对应FSMC_BWTR4，

BWTR[1]、BWTR[3]和BWTR[5]保留，没有用到

RTC

RTC（Real Time Clock 实时时钟），本质是计数器，技术频率通常为秒，专门用来记录时间，能在MCU掉电后运行，功耗低

配置步骤

1. 使能电源时钟并使能后备域访问：__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE 使能电源时钟、__HAL_RCC_BKP_CLK_ENABLE 使能备份时钟、HAL_PWR_EnableBkUpAccess 使能备份访问
2. 开启LSE/选择RTC时钟源/使能RTC时钟：HAL_RCC_OscConfig 开启LSE、HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig 选择RTC时钟源、__HAL_RCC_RTC_ENABLE 使能RTC时钟
3. 初始化RTC，设置分频值以及工作参数：HAL_RTC_Init 初始化RTC、HAL_RTC_MspInit 完成RTC底层初始化工作
4. 设置RTC的日期和时间：操作寄存器方式实现rtc_set_time
5. 获取RTC当前日期和时间：定义rtc_get_time函数

低功耗

STM32具有运行、睡眠、停止和待机四种工作模式。

上电后默认是在运行模式，当内核不需要继续运行时，可以选择后面三种低功耗模式。

• 睡眠模式：内核时钟关闭
  • 对系统影响小
  • 节能效果最差
• 停止模式：内核时钟关闭、 关闭内核逻辑电路的所有时钟、关闭时钟系统
  • 节能效果好，程序不会复位
  • 恢复时间长（要重新起振）
  • 退出停止模式，HSI RC振荡器被选为系统时钟
• 待机模式：内核时钟关闭、 关闭内核逻辑电路的所有时钟、关闭时钟系统、关闭电压调节器
  • 节能效果最好
  • 程序会复位，少数条件才能唤醒
  • 待机模式下所有I/O引脚处于高阻态，除了复位引脚、被使能的唤醒引脚等

配置步骤

• 睡眠模式：

  1. 初始化WKUP为中断触发源：参考外部中断引脚初始化
     外设低功耗处理（可选）
  2. 进入睡眠模式：HAL_PWR_EnterSLEEPMode()
  3. 等待WKUP外部中断唤醒

• 停止模式：

  1. 初始化WKUP为中断触发源：参考外部中断引脚初始化
     外设低功耗处理（可选）
  2. 进入停止模式：HAL_PWR_EnterSTOPMode()
  3. 等待WKUP外部中断唤醒
  4. 重新设置时钟、重新选择滴答时钟源、失能systick中断

• 待机模式：

  1. 初始化WKUP为中断触发源（可选）：参考外部中断引脚初始化
     外设低功耗处理（可选）
  2. 使能电源时钟：__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE()
  3. 使能WKUP的唤醒功能：HAL_PWR_EnableWakeUpPin()
  4. 清除唤醒标记WUF：__HAL_PWR_CLEAR_FLAG()
  5. 进入待机模式：HAL_PWR_EnterSTANDBYMode()

DMA

DMA（Direct Memory Access，直接存储器访问），DMA传输 将数据从一个地址空间复制到另一个地址空间。DMA传输无需CPU直接控制传输，也没有中断处理方式那样保留现场和恢复现场过程，通过硬件为RAM和IO设备开辟一条直接传输数据的通道，使得CPU的效率大大提高。

仲裁器管理DMA通道请求分为两个阶段：软件阶段(1)、硬件阶段(2)

第一阶段（软件阶段）：每个通道的优先级可在DMA_CCRx寄存器中设置，有四个等级：最高、高、中和低优先级。

第二阶段（硬件阶段）：如果两个请求有相同软件优先级，较低编号的通道比较高编号的通道有较高的优先级。

注意：
大容量芯片中，DMA1控制器拥有高于DMA2控制器的优先级
多个请求通过逻辑或输入到DMA控制器，只能有一个请求有效。

传输串口数据配置步骤

1. 使能DMA时钟：__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE
2. 初始化DMA：HAL_DMA_Init函数初始化DMA相关参数、__HAL_LINKDMA函数连接DMA和外设
3. 使能串口的DMA发送，启动传输：HAL_UART_Transmit_DMA
   查询DMA传输状态：__HAL_DMA_GET_FLAG查询通道传输状态、__HAL_DMA_GET_COUNTER获取当前传输剩余数据量
   DMA中断使用：HAL_NVIC_EnableIRQ、HAL_NVIC_SetPriority、编写中断服务函数

IIC

IIC（Inter Integrated Circuit，集成电路总线），是一种同步 串行 半双工通信总线。

IIC协议可以归纳为：

1. 三个信号：起始信号（主机）、停止信号（主机）、应答信号（主机、从机）
2. 两个注意：数据有效性、数据传输顺序
3. 一个状态：空闲状态

IIC时序：

硬件IIC和软件IIC对比：

IIC	用法	速度	稳定性	管脚
硬件IIC	比较复杂	快	较稳定	需使用特定管脚
软件IIC	操作过程比较清晰	较慢	稳定	任意管脚，比较灵活

软件IIC配置步骤

1. 使能SCL和SDA对应时钟：__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()
2. 设置GPIO工作模式：SDA开漏/SCL推挽输出模式，使用HAL_GPIO_Init初始化
3. 编写基本信号：起始信号 停止信号 应答信号 （主机：send ack send nack，从机：wait ack）
4. 编写读和写函数：iic_read_byte、iic_send_byte（注意：发送完成，主机释放SDA）

SPI

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设设备接口），是一种高速、全双工、同步的通信总线

与IIC对比

功能说明	SPI总线	IIC总线
通信方式	同步 串行 全双工	同步 串行 半双工
总线接口	MOSI、MISO、SCL、CS	SDA、SCL
拓扑结构	一主多从/一主一从	多主从
从机选择	片选引脚选择	SDA上设备地址片选
通信速率	一般50MHz以下	100kHz、400kHz、3.4MHz
数据格式	8位/16位	8位
传输顺序	MSB/LSB	MSB

框图

数据收发流程

工作模式

• 时钟极性（CPOL）：没有数据传输时时钟线的空闲状态电平。0：SCK在空闲状态保持低电平；1：SCK在空闲状态保持高电平
• 时钟相位（CPHA）：时钟线在第几个时钟边沿采样数据。0：SCK的第一（奇数）边沿进行数据位采样，数据在第一个时钟边沿被锁存；1：0：SCK的第二（偶数）边沿进行数据位采样，数据在第二个时钟边沿被锁存

SPI工作模式	CPOL	CPHA	SCL空闲状态	采样边沿	采样时刻
0	0	0	低电平	上升沿	奇数边沿
1	0	1	低电平	下降沿	偶数边沿
2	1	0	高电平	下降沿	奇数边沿
3	1	1	高电平	上升沿	偶数边沿

NOR FLASH

FLASH是常用的用于储存数据的半导体器件，它具有容量大，可重复擦写、按“扇区/块”擦除、掉电后数据可继续保存的特性。
FLASH是有一个物理特性：只能写0，不能写1，写1靠擦除。
FLASH主要有NOR Flash和NAND Flash两种类型，NOR和NAND是两种数字门电路。

类型	特点	应用举例
NOR FLASH	基于字节读写，读取速度快，独立地址/数据线，无坏块，支持XIP	25Qxx、程序ROM
NAND FLASH	基于块读写，读取速度稍慢，地址数据线共用，有坏块，不支持XIP	EMMC、SSD、U盘等

驱动步骤

• SPI配置步骤：
  1. SPI工作参数配置初始化：工作模式、时钟极性、时钟相位等 HAL_SPI_Init
  2. 使能SPI时钟和初始化相关引脚：GPIO模式设为复用推挽输出模式 HAL_SPI_MspInit
  3. 使能SPI：__HAL_SPI_ENABLE
  4. SPI传输数据：HAL_SPI_Transmit发送数据、HAL_SPI_Receive接收数据、HAL_SPI_TransmitReceive进行发送与接收
  5. 设置SPI传输速度（可选）：操作SPI_CR1寄存器中的波特率控制位（注：设置前需要先使能SPI，设置完成后再使能SPI）
• NOR FLASH(NM25Q128)配置步骤：
  1. 初始化片选引脚与SPI接口：相关GPIO初始化、SPI初始化（模式、位数、分频、MSB等）
  2. NM25Q128读取：0x03指令 + 24位地址 + 读取数据
  3. NM25Q128扇区擦除：0x06指令 + 等待空闲 + 0x20指令 + 24位地址 + 等待空闲
  4. NM25Q128写入：擦除扇区（可选） + 0x06指令 + 0x02指令 + 24位地址 + 写入数据 + 等待空闲

写数据需要注意：

1. 是否需要擦除？
2. 写入数据（是否需要换页？是否需要换扇区？）
3. 遵循：读、改、写的原则（解释：读取扇区原数据，在一个大数组中改写需要变动的数据，然后再擦除扇区数据，将大数组中的数据写回扇区中）

RS485

RS485是串行通信标准，使用差分信号传输，抗干扰能力强，常用于工控领域，具有强大的组网功能，在串口基础协议之上还制定了MODBUS协议。

串口基础协议：仅指封装了基本数据包格式的协议（基于数据位）
MODBUS协议：使用基本数据包组成通讯帧格式的高层应用协议（基于数据包或字节）

通信接口	通信方式	信号线	电平标准	拓扑结构	通信距离	通讯速率	抗干扰能力
TTL	全双工	TX/RX/GND	逻辑1 : 2.4~5 V 逻辑0 : 0~0.4 V	点对点	1米	100kbps	弱
RS232	全双工	TX/RX/GND	逻辑1 : -(15~3) V 逻辑0 : +(3~15) V	点对点	100米	20kbps	较弱
RS485	半双工	差分线AB	逻辑1 : +(2~6)V 逻辑0 : -(2~6)V	多点双向	1200米	100kbps	强

配置步骤

1. 配置串口工作参数：HAL_UART_Init()
2. 串口底层初始化：配置GPIO、NVIC、CLOCK等
3. 开启串口异步接收中断：__HAL_UART_ENABLE_IT()
4. 设置优先级、使能中断：HAL_NVIC_SetPriority、HAL_NVIC_EnableIRQ()
5. 编写中断服务函数：USARTx_IRQHandler()、HAL_UART_Receive()
6. 串口数据发送：USART_DR、HAL_UART_Transmit()

ADC

ADC（Analog-to-Digital Converter，模拟/数字转换器）

常见ADC类型

ADC电路类型	优点	缺点
并联比较型	转换速度最快	成本高、功耗高，分辨率低
逐次逼近型	结构简单，功耗低	转换速度较慢

• 并联比较型：

  • 优点：转换速度快
  • 缺点：成本高、功耗高、分辨率低

  

• 逐次逼近型（STM32所用）：

  • 优点：结构简单、低功耗
  • 缺点：转换速度慢
  • 特点：分辨率和采样速度相互矛盾，分辨率越高，采样速率越低

  

ADC特性参数

• 分辨率：表示ADC能辨别的最小模拟量，用二进制位数表示，比如：8、10、12、16位等
• 转换时间：表示完成一次A/D转换所需要的时间，转换时间越短，采样率就可以越高
• 精度：最小刻度基础上叠加各种误差的参数，精度受ADC性能、温度和气压等影响
• 量化误差：用数字量近似表示模拟量，采用四舍五入原则，此过程产生的误差为量化误差

框图

转换序列

A/D转换被组织为两组：规则组（常规转换组）和注入组（注入转换组）

规则组最多可以有16个转换，注入组最多有4个转换

注入组可以打断规则组的转换

触发源

1. ADON位触发转换(仅限F1系列)：当ADC_CR2寄存器的ADON位为1时，再单独给ADON位写1，只能启动规则组转换
2. 外部事件触发转换：外部事件触发转换分为规则组外部触发和注入组外部触发

转换时间

ADC转换时间\(T_{CONV} = 采样时间 + 12.5个周期\)

采样时间可通过SMPx[2:0]位设置，x=0~17

• SMP = 000：1.5 个 ADC 时钟周期
• SMP = 001：7.5 个 ADC 时钟周期
• SMP = 010：13.5 个 ADC 时钟周期
• SMP = 011：28.5 个 ADC 时钟周期
• SMP = 100：41.5 个 ADC 时钟周期
• SMP = 101：55.5 个 ADC 时钟周期
• SMP = 110：71.5 个 ADC 时钟周期
• SMP = 111：239.5 个 ADC 时钟周期

中断

ADC中断事件汇总表：

中断事件	事件标志	使能控制位
规则通道转换结束	EOC	EOCIE
注入通道转换结束	JEOC	JEOCIE
设置了模拟看门狗状态位	AWD	AWDIE
溢出（F1没有）	OVR	OVRIE

DMA请求（只适用于规则组）：规则组每个通道转换结束后，除了可以产生中断外，还可以产生DMA请求，我们利用DMA及时把转换好的数据传输到指定的内存里，防止数据被覆盖。

转换模式

转换组/转换模式	单次转换模式(只触发一次转换)	连续转换模式(自动触发下一次转换) 注意：只有规则组才能触发该模式
规则组	转换结果被储存在ADC_DR EOC（转换结束）标志位被置1 如果设置了EOCIE位，则产生中断然后ADC停止	转换结果被储存在ADC_DR EOC（转换结束）标志位被置1 如果设置了EOCIE位，则产生中断
注入组	转换结果被储存在ADC_DRJx JEOC（转换结束）标志位被置1 如果设置了JEOCIE位，则产生中断然后ADC停止	转换结果被储存在ADC_DRJx JEOC（转换结束）标志位被置1 如果设置了JEOCIE位，则产生中断 自动注入：将JAUTO位置1

扫描模式

• 关闭扫描模式：ADC只转换ADC_SQRx或ADC_JSQR选中的第一个通道进行转换
• 使用扫描模式：ADC会扫描所有被ADC_SQRx或ADC_JSQR选中的所有通道

一种比较少用的模式：不连续采样模式（F1手册称为：间断模式），只适用在扫描模式下。若间断模式通道计数设置为2，则每次只会转换两个通道，如1/2->3/4->5/6顺序。

单通道ADC采集实验配置步骤

1. 配置ADC工作参数、ADC校准：HAL_ADC_Init()、HAL_ADCEx_Calibration_Start()
2. ADC MSP初始化：HAL_ADC_MspInit() 配置NVIC、CLOCK、GPIO等
3. 配置ADC相应通道相关参数：HAL_ADC_ConfigChannel()
4. 启动A/D转换：HAL_ADC_Start()
5. 等待规则通道转换完成：HAL_ADC_PollForConversion()
6. 获取规则通道A/D转换结果：HAL_ADC_GetValue()

单通道ADC采集（DMA读取）实验配置步骤

1. 初始化DMA：HAL_DMA_Init()
2. 将DMA和ADC句柄联系起来：__HAL_LINKDMA()
3. 配置ADC工作参数、ADC校准：HAL_ADC_Init()、HAL_ADCEx_Calibration_Start()
4. ADC MSP初始化：HAL_ADC_MspInit() 配置NVIC、CLOCK、GPIO等
5. 配置ADC相应通道相关参数：HAL_ADC_ConfigChannel()
6. 使能DMA数据流传输完成中断：HAL_NVIC_SetPriority()、HAL_NVIC_EnableIRQ()
7. 编写DMA数据流中断服务函数：DMAx_Channely_IRQHandler()
8. 启动DMA，开启传输完成中断：HAL_DMA_Start_IT()
9. 触发ADC转换，DMA传输数据：HAL_ADC_Start_DMA()

通过过采样和求均值提升ADC分辨率

根据要增加的分辨率位数计算过采样频率方程：

\[f_{os} = 4^w * f_s \]

\(f_{os}\)是过采样频率，\(w\)是希望增加的分辨率位数，\(f_s\)是初始采样频率要求

方程推导过程：https://max.book118.com/html/2018/0506/165038217.shtm

举例说明：12位分辨率的ADC提高4位分辨率，采样频率就要提高256倍（即需要256次采集才能得到一次16位分辨率的数据），然后将这256次采集结果求和，求和的结果再右移4位，就得到提高分辨率后的结果。

注意：提高N位分辨率，需要右移N位

内部温度传感器

温度计算方法：

\[T(°C) = \frac{V_{25} - V_{SENSE}}{Avg\_Slope} + 25 \]

• \(V_{25}\)：25°C时的\(V_{SENSE}\)值（典型值：1.43）
• \(Avg\_Slope\)：温度与\(V_{SENSE}\)曲线的平均斜率（单位：mv/°C或uv/°C），典型值：4.3mv/°C
• \(V_{SENSE}\)：ADC采集到内部温度传感器的电压值

光敏二极管

1. 光敏二极管：核心是一个PN结，对光强非常敏感，单向导电性，工作时需加反向电压

2. 暗电流：无光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流

3. 光电流：有光照时，光的强度越大，反向电流也越大，形成光电流（非线性变化）。利用电流变化的特点，串联一个电阻，就可以得到电压的变化，通过ADC读取，从而知道光强变化