STM32知识点记录
1. 调试器
DAP全称Debug Access Port，是ARM提出的调试接口标准，专为Cortex-M系列微控制器设计。
常用的调试接口类型分为：JTAG（Joint Test Action Group，联合测试行动小组）和SWD（Serial Wire Debug，串行调试）。
JLink是SEGGER公司推出的JTAG仿真器。
STLink是意法半导体为STM8/STM32系列设计的集在线仿真与下载为一体的开发工具，支持JTAG/SWD/SWIM三种模式。
2. 烧录
单片机烧录方式可分为：ISP、ICP、IAP
- ISP（In-System Programming 在系统编程）
- 通过单片机内置的引导程序（Bootloader）和标准通信接口（如UART、SPI、I2C、USB等）实现程序烧录。
- 过程：单片机的标准通信接口连接PC的USB -> 拉高BOOT引脚 -> 复位单片机 -> 从Bootloader启动 -> 通过串口发送固件文件 -> Bootloader接收并写入Flash -> 复位/Bootloader自动跳转 -> BOOT引脚恢复低电平 -> 运行新程序
- 烧录时机：系统复位进入Bootloader
- 成本低，速递慢，依赖通用硬件。
- 适合量产后的固件升级。
- ICP （In-circuit programmer 在电路编程）
- 通过专用的编程器/调试器（如J-Link、ST-Link）直接访问单片机的调试接口（如SWD、JTAG），直接读写Flash/ROM。
- 烧录时机：芯片编程时
- 速度快，可靠性高，不能远程升级
- 适合工厂批量烧录程序、开发阶段调试。
- IAP（In-Application Programming 在应用编程）
- 运行时通过APP自行修改Flash中的其他程序区域。
- 烧录时机：APP运行时
- 需要划分Flash为多个区域，支持远程升级。
- 适用手机OTA升级、物联网设备无线更新。
3. 硬件结构
- Cortex-M内核
- 处理器、寄存器、存储器接口都是32位。
- 独立的指令总线和数据总线，取指与数据访问可并行。
- 支持中断和调试
- 寄存器组
- R0 ~ R7 低组寄存器
- R8 ~ R12 高组寄存器
- R13 主堆栈指针MSP和进程堆栈指针PSP
- 堆栈指针的最低两位永远是 0，这意味着堆栈总是 4 字节对齐的
- 任一时刻只能使用其中的一个
- R14 链接寄存器LR ：当呼叫一个子程序时，由 R14 存储返回地址
- R15 程序计数器PC：指向当前的程序地址
- NVIC：管理全部中断源
- MPU：管理存储器的访问权限
- 跟踪系统：实时输出程序运行过程信息，便于调试。
4. 单片机启动流程
① 上电/复位
② 系统从 0x0000 0000 地址读取两项内容：
-
第一个字（偏移 0x00）：设置主堆栈指针 MSP（Main Stack Pointer）。
-
第二个字（偏移 0x04）：设置程序入口地址（即复位中断向量 → Reset_Handler）。
③ startup_stm32f10x_hd.s
- 初始化栈大小、堆大小
- 执行向量表
- 执行SystemInit()函数 (system_stm32f10x.c)
- 初始化Flash接口
- 初始化PLL
- 初始化系统时钟
- 执行_main函数
- 全局/静态变量初始化
- 初始化堆栈
- 库函数初始化
- 程序跳转进入用户main()函数
5. 中断处理流程
| 类别 | 定义 | 示例 | 是否使用EXTI模块 |
| 外部中断 | 芯片外部的信号，通过引脚触发 | GPIO电平变化 | ✅ |
| 内部中断 | 芯片内部的外设或系统异常 | 定时器、USART 接收中断 | ❌ |
- GPIO线路连到EXTI控制器（外部中断控制器）
- EXTI设置触发方式（上升沿、下降沿）
- 中断源发出请求信号（IRQ）（外设拉高其中断请求线IRQx）
- NVIC 判断是否通过
NVIC_EnableIRQ()开启了该中断，优先级是否足够高 - 跳转到中断向量表中对应的 ISR（中断服务函数）
- 执行 ISR
- 清除中断标志防止重复触发
- 返回主程序
前2步是外部中断需要使用EXTI模块多出来的步骤，后面6步是共同步骤。
6. 轮询 vs 中断
都是处理外设事件的机制，但是轮询是主动询问，中断是被动打断。
轮询需要CPU循环检查外设状态，浪费资源等待，中断是外设主动通知CPU，只在需要时打断。
7. 位带操作
通过别名地址直接写入寄存器的某一比特位，不需要传统的“读-改-写”操作，防止在读写过程中被中断打断。
位带别名区把一个比特位膨胀成一个32位的字。
每个位带区的大小是1MB（0x000FFFFF字节）。
别名地址=位带别名区基地址+(字节偏移*32)+(位号*4)
#define BITBAND(addr,bitnum) ((addr & 0xF0000000) + 0x02000000 + ((addr & 0x000FFFFF) << 5) + (bitnum << 2))
8. GPIO和AFIO
GPIO控制每个引脚的模式和电平
AFIO控制每个引脚的复用功能
每个GPIO端口包含：
- 2个32位配置寄存器(GPIOx_CRL，GPIOx_CRH)
- 2个32位数据寄存器 (GPIOx_IDR和GPIOx_ODR)
- 1个32位置位/复位寄存器(GPIOx_BSRR)
- 1个16位复位寄存器(GPIOx_BRR)
- 1个32位锁定寄存器(GPIOx_LCKR) 当在一个端口位上执行了锁定(LOCK)程序，在下一次复位之前，将 不能再更改端口位的配置。
GPIO端口的每个位可以由软件分别配置成多种模式
| 模式 | 简介 | 电气特性 | 常用场景 |
| 🟦浮空输入 | 默认模式 | 容器受干扰 | 按键输入 |
| 🟩上拉输入 | 内部上拉电阻 | 默认高电平，外部可拉低 | 按键接 GND 时使用 |
| 🟨下拉输入 | 内部下拉电阻 | 默认低电平，外部可拉高 | 按键接 VCC 时使用 |
| ⬛模拟输入 | 禁用输入/输出缓冲器 | 抗干扰强 | ADC（模数转换）输入，如传感器 |
| 🟥推挽输出 | 上拉和下拉驱动 | 能输出高/低电平 | LED、蜂鸣器、普通控制输出 |
| 🟫开漏输出 | 只能输出低电平，高电平需外部上拉 | 多设备共享一线通信 | I²C 总线、多个设备输出同一引脚 |
| 🔵推挽复用 | 外设输出高/低电平 | USART TX、SPI SCK、PWM 等 | |
| ⚫开漏复用 | 需外部上拉电阻 | I²C SDA/SCL（典型应用） |
9. PWM
- 通过改变脉冲的宽度（占空比），调节输出电压的有效值。
- 适用于电机转速控制、LED亮度调节
10. DMA 直接存储器存取
- 提供在外设和存储器之间或者存储器和存储器之间的高速数据传输，无须CPU干预。
- 有一个仲裁器来协调各个DMA请求的优先权。
- 每个独立的通道都直接连接专用的硬件DMA请求。
- 每个通道都有3个事件标志(DMA半传输、DMA传输完成和DMA传输出错)。
- 数据区的传输宽度(字节、半字、全字)，源和目标地址必须按数据传输宽度对齐。
访问冲突？
- CPU和DMA同时访问同一目标内存
- 总线仲裁机制会决定谁先访问
- DMA1 和 DMA2 同时访问同一目标
- 总线仲裁机制会决定谁先访问
- DMA1 中的通道1 和 通道2 同时访问同一目标
- 仲裁器处理访问顺序
常见应用场景
| 外设 | 应用场景 |
|---|---|
| USART | 接收大块串口数据 |
| ADC | 连续采样模拟信号、存入内存 |
| SPI/I²C | 批量数据收发 |
| DAC | 需要持续输出音频/波形 |
| 内存-to-内存 | 批量复制内存内容 |
🧩 DMA 和 CPU 的区别
| 项目 | CPU 传输 | DMA 传输 |
|---|---|---|
| 主体 | CPU 手动搬运 | DMA 自动搬运 |
| 效率 | 低（中断+搬运） | 高 |
| 实时性影响 | 高 | 低（CPU 空出做更重要任务） |
| 中断次数 | 多（每个字节） | 少（每次传输完成） |
10. ADC 和 DAC
- ADC 数字信号->模拟信号 传感器数据采集
- 12位分辨率 -> 转换后的数字精度（0~4095）-> 能辨别的最小模拟量 3.3V/2^12 ≈ 0.000806
-
DAC 模拟信号->数字信号 模拟输出、音频
- 转换方法：逐次逼近法（二分比较） 比较结果/(2^12-1) * V(REF) ≈ 电压值
11. 定时器
| 定时器类型 | 名称 | 特点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 🟥 高级控制定时器 | TIM1、TIM8 | 功能最强，支持互补PWM、死区、刹车 | 三相电机控制、高级PWM |
| 🟩 通用定时器 | TIM2、3、4、5 | 支持输入捕获、PWM输出等 | 普通PWM、编码器、电机测速 |
| 🟦 基本定时器 | TIM6、TIM7 | 仅含时间基准，无通道 | DAC 触发、周期性中断、ADC 触发 |
12. 看门狗
用来在系统失控时自动复位。
一种特殊的定时器：当它倒计时结束，如果你没喂狗（重装初值），它就会让系统复位！
- 独立看门狗 IWDG：使用独立的低速时钟 LSI，即使主系统锁死，它也能正常工作，启动后不能关闭，主要用于 防死机自动重启。
- 窗口看门狗 WWDG：运行在主频PCLK1上，需要在指定窗口期内喂狗，若喂得太早/太晚都会触发复位，启动后可软件关闭，用于检测任务调度是否错乱。
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时钟极性 CPOL：空闲时的时钟信号高低
时钟相位 CPHA：哪个跳变沿开始采样 0 上升沿 1 下降沿
| CPOL | CPHA | 说明 |
| 0 | 0 | 空闲时处于低电平，在上升沿采样 |
| 0 | 1 | 空闲时处于低电平，在下降沿采样 |
| 1 | 0 | 空闲时处于高电平，在上升沿采样 |
| 1 | 1 | 空闲时处于高电平，在下降沿采样 |
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| 通信方式 | 发送端和接收端 | 信号流 |
| 单工 | 固定，一端只能发一端只能收 | 单向 |
| 半双工 | 不固定，有切换延迟 | 双向，但不能同时 |
| 全双工 | 固定，双向都可收发 | 双向，允许同时 |
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13. USART 通用同步异步收发器
最常用的点对点串行通信接口，适合芯片与某一外设之间进行稳定可靠的数据传输
基础结构：
| 项目 | 说明 |
|---|---|
| 引脚 | TX（发送）、RX（接收） |
| 波特率 | 9600、115200、1M 等 |
| 数据格式 | 起始位 + 数据位（通常8位）+ 可选奇偶校验 + 停止位 |
⚙️使用步骤：
- 使能 GPIO 和 USART 时钟
- 配置 TX 为复用推挽输出，RX 为浮空输入
- 设置波特率、数据格式
- 启用 USART 和中断或 DMA（可选）
- 收发数据
14. SPI 串行外设接口
芯片与外设之间最快速、最常用的同步通信方式
特点：
- 高速：高达几十 Mbps，远高于 I²C
- 全双工
- 主从同步串行通信
4 根基本信号线：
| 引脚 | 名称 | 作用 | 主设备方向 |
|---|---|---|---|
| SCLK | 时钟线 | 同步发送接收数据 | 输出 |
| MOSI | 主出从入 | 主机发给从机的数据 | 输出 |
| MISO | 主入从出 | 从机返回给主机的数据 | 输入 |
| NSS/CS | 片选信号线 | 确定和哪一个从机通信 | 输出 |
⚙️ 使用步骤
-
配置 SPI 工作模式（主机/从机、CPOL/CPHA 时序）
-
配置波特率、数据位数、方向等
-
配置 GPIO（复用模式 AF_PP）
-
启动 SPI 外设
-
使用发送/接收函数传输数据
15. I²C 内部集成总线
适合芯片和多个低速外设之间的通信
特点：
- 低速
- 半双工
- 多设备共享通信总线
2 根信号线：
| 引脚 | 名称 | 功能 | 特性 |
|---|---|---|---|
| SDA | 数据线 | 双向数据 | 需上拉电阻 |
| SCL | 时钟线 | 主机输出时钟 | 需上拉电阻 |
16. CAN 控制器局域网
适合多个设备之间可靠通信，一般与外部 CAN 收发器芯片 配合使用。
特点：
- 多主机
- 差分通信
- 支持仲裁和自动重发
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| 协议 | 同步性 | 通信方式 | 最少引脚 | 必要信号线 | 速率 | 主从结构 | 适用范围 | 特点 |
| UART | 异步 | 全双工 | 2 | TX、RX | 中等 | 点对点 | 调试、AT指令 | 通信距离短但稳定 |
| USART | 同步+异步 | 全双工 | 3 | TX、RX、CLK | 中等 | 主从 | ||
| SPI | 同步 | 全双工 | 4 | MOSI, MISO, SCLK, NSS/CS | 高 | 主从 | Flash、OLED、音频等大数据交换外设 | 高速 |
| I²C | 同步 | 半双工 | 2 | SDA, SCL | 低~中 | 多主多从 | RTC、EEPROM、传感器 | 节省引脚 |
| CAN | 同步 | 多播 | 2 | CANH, CANL | 中~高 | 多主多从 | 汽车、BMS、工业控制 | 带仲裁，抗干扰 |
信号线类型：
| 信号线 | 含义 |
|---|---|
| TX | Transmit，发送数据 |
| RX | Receive，接收数据 |
| SCLK / CLK | 时钟线（同步通信使用） |
| MOSI | 主设备输出，从设备输入 |
| MISO | 主设备输入，从设备输出 |
| NSS / CS | 从设备片选，主机拉低表示选中 |
| SDA | I²C 数据线，双向 |
| SCL | I²C 时钟线，由主设备控制 |
| CANH / CANL | CAN 差分对（需要收发器转换） |
| AINx | 模拟输入引脚（ADC） |
| DOUTx | 模拟输出引脚（DAC） |
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浙公网安备 33010602011771号