stm32入门篇

HPL111111

314人浏览 · 2026-06-08 21:26:23

HPL111111 · 2026-06-08 21:26:23 发布

基础知识说明

1. 上拉输入

悬空 / 无外接：引脚 = 高电平（平时高）
外接 GND（接地、开关按下）：引脚 = 低电平（按下低）
口诀：默认高，接地变低

2. 下拉输入

悬空 / 无外接：引脚 = 低电平（平时低）
外接 VCC（接电源、开关按下）：引脚 = 高电平（按下高）
口诀：默认低，接电变高

选择原则：模式和外部模块保持默认状态一致，若外部模块默认输出低电平，就选择输入低电平(下拉输入)，若外部模块默认输出高电平，就选择输入高电平(上拉输入) 。

三极管示意图：

左边是基极，带箭头的是发射极，剩下的是发射极

一.STM32所需用到的函数解析：

对于LED闪烁所需要用到的库函数：

可指定GPIOA,GPIOB,调用这个函数后，所指定的GPIO外设就会被复位。

可将指定的端口设置为高电平

可将指定的端口设置为低电平

根据第三个参数的值来设置指定的端口（Bit_RESET是低电平，Bit_SET是高电平)

二.STM32与51外设的逻辑语关系：

2.1LED

LED正极接面包板正极，负极接GPI/O口时输入低电平亮，反之，输入高电平亮，蜂鸣器是低电平发出响声，高电平不发声，且LED初始化模式和频率设置如下

2.2按键

但对于按键是相同的当按键按下时，函数的返回值均为0，初始化模式和频率设置如下

（按键Speed的取值与实际使用无关）

例：if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1）==0)

2.3光敏电阻

光敏电阻的特性：

有光照时：光敏电阻阻值很小（比如几百欧～几千欧）
被遮挡 / 黑暗时：光敏电阻阻值很大（几兆欧甚至更高）

对于光敏电阻，当选择上拉输入时：

被遮挡（光敏电阻阻值大） → 内部上拉主导 → 引脚高电平 → 返回 1
有光照（光敏电阻阻值小） → 光敏电阻拉低主导 → 引脚低电平 → 返回 0

上图符号表示或门，可以有多个输入，但是只能有一个输出，执行的是或的逻辑，在输出端只要有一个是高电平1，就输出的是高电平1，只有全部输入低电平0，才会输出0

上图符号是与门，可以有多个输入，但是只能有一个输出，执行的是与的逻辑，在输出端只要有一个是低电平0，就输出的是低电平0，只有全部输入高电平1，才会输出1

上图符号是非门，只能有一个输入和一个输出，执行的是非的逻辑，在输出端只要有一个是低电平0，就输出的是高电平1，只要有一个是高电平1，就输出的是低电平0，

上图是数据选择器，有多个输入，一个输出

三.GPIO

简介：单片机的引脚，用来读外部信号或控制外部设备

GPIO模式：

LED是浮空

四.EXTI(外部中断）

4.1EXTI简介

简介：STM32 引脚触发中断，外部电平 / 边沿变化触发程序跳转

AFIO的用处：

AFIO 的核心作用：AFIO 主要用于引脚复用功能的选择和重定义，是 STM32 中配置 GPIO 引脚特殊功能的关键模块。
STM32 中 AFIO 的两大核心任务：
- 复用功能引脚重映射：调整外设默认引脚映射关系，解决引脚资源冲突，优化硬件设计。
- 中断引脚选择：确定外部中断线与具体 GPIO 引脚的对应关系，配置外部中断输入源。

4.2步骤：

开启GPIO和AFIO的时钟
GPIO初始化
AFIO选择中断引脚
EXIT初始化
NVIC中断分组
NVIC配置 //若是PX5到PX9,则通道为 EXTI9_5_IRQHandler //若是PX10到PX15,则通道为 EXTI15_10_IRQHandler //NVIC_IRQ通道可在stm32f10x.h文件的297行之后找到

五.TIM定时器

工作图：

5.1TIM定时中断

5.1.1关于定时器的函数

时钟源选择：

时基单元：

中断输出控制：

运行控制：（来决定定时器运行和静止）

写预分频值的函数：

改变计数器的计数模式：

选择是否有预装：

给自动重装器写一个值：

配置时基单元时可通过以下公式定时：

此为定时1s时所配置的函数：

因为预分频器和计数器都有一个数的偏差，所以要减个1（实际分频数=预分频数+1）

ARR 控制 波形长短（周期 / 频率）下图就是设置ARR值的函数
PSC决定定时器的计数频率

清除标志位：

5.1.2步骤：

开启TIM时钟
配置时钟源
时基单元初始化对于计数：当计时器数到ARR的值加一（100）就会清零重新开始计算 (ARR+1)*(PSC+1)/72000000就是每增加一所需要的时间 TIM_Prescaler：决定了 “计数的速度”，数值越大，数得越慢。 TIM_Period：决定了 “数多少个数才溢出”，数值越大，溢出越慢。
中断输出配置硬件只会自动置 1，不会自动清 0！必须软件手动清零（通过TIM_ClearFlag函数来实现）。
NVIC分组和配置（和EXTI一样）
TIM使能

5.2TIM输出比较

5.2.1OC(Output Capture)输出比较

简介：输出比较可以通过比较 CNT 与 CCR 寄存器值的关系，来对输出电平进行置 1、置 0 或翻转的操作，用于输出一定频率和占空比的 PWM 波形。

5.2.2PWM (Pulse Width Modulation) 脉冲宽度调制

PWM的频率越快，它等效模拟的信号就平稳

占空比决定了PWM等效出来的模拟电压的大小

若占空比是以0.1%的速率来变化的，即10%->10.1%->10.2%->10.3%，则分辨率为0.1%

PWM 频率：Freq = CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1)
PWM 占空比：Duty = CCR / (ARR + 1)
PWM 分辨率 ：Reso = 1 / (ARR + 1)

PWM的输出比较模式：

蓝色斜线：代表定时器的计数器 CNT 的值随时间变化的过程。它从 0 开始，一直向上计数，直到达到最大值后自动清零，重新开始计数，形成锯齿状的上升波形。
红色水平线：代表捕获 / 比较寄存器 CCR 的值，这里数值是 30。当 CNT 计数值小于这个值时，输出 PWM 为有效电平；大于等于时则变为无效电平，它决定了 PWM 的占空比。
黄色水平线：代表自动重装载寄存器 ARR 的值，这里数值是 99。当 CNT 计数到这个值时，就会自动清零并重新计数，它决定了 PWM 的周期（频率）。

参数计算：

PWM占空比：Duty=CCR/(ARR+1)

ARR 控制 波形长短（周期 / 频率）下图就是设置ARR值的函数
CCR 控制 高电平长短（占空比） CCR=300->300 个时钟高电平

5.2.3步骤：

开启时钟
配置时钟源(TIM)和初始化(GPIO) GPIO初始化不能使用推挽输出(Mode_Out_PP)，只能使用复用推挽输出(Mode_AF_PP)
实基单元初始化(与上文TIM相同)
输出比较初始化不同通道对应的引脚不同如下图
TIM使能
外部封装一个函数，来设置CCR的值

5.2.4各个通道对应的引脚

5.2.5舵机

舵机的内部图：

工作原理：PWM信号输入到控制板，给控制板一个指定的目标角度，电位器就会检测目标当前角度，如果大于目标角度就会反转，反之就会正转

输入 PWM 信号要求：周期为 20ms，高电平宽度为 0.5ms~2.5ms

周期20ms:从一个上升沿到下一个上升沿的时间为20ms。

舵机分为两种：旋转角度180和360

旋转角度180：输入不同信号脉冲宽度旋转角度不同

旋转角度360：输入不同信号脉冲宽度旋转方向和速度不同

电机驱动板的硬件电路:

5.2.6函数解读

用来配置输出比较模块的，一个函数对应一个输出单元

给输出比较结构体赋一个默认值

用来配置强制输出模式

单独更改CCR寄存器的值，可用来更改占空比

仅高级定时器使用，在使用高级定时器输出 PWM 时，需要调用这个函数，使能主输出，否则 PWM 将不能正常输出。

用来给结构体赋初始值，当从通用计时器更换为高级定时器时，需要配置的成员变多，如果没有配置，就会导致高级定时器输出PWM时会出现问题，所以我们可以先给所有成员先赋一个初始值，然后修改部分结构体成员的方式来处理问题。

对于普通/开漏推挽输出，引脚的控制权是来自于输出数据寄存器的（GPIO_Mode_Out_PP）

若想让定时器来控制引脚，则需要使用复用开漏/推挽输出的模式，输出控制权将转移给片上外设

（GPIO_Mode_AF_PP），PWM波形才能通过引脚输出

5.2.7重映射

定义：将片上外设（如串口、定时器）的默认 I/O 引脚，切换到芯片上其他备用引脚。（例：

将作用于PA0的功能转移到PA15上）

引脚重映射配置函数

步骤：

开启时钟（必须开启AFIO）
引脚重映射配置

第一行是选择了部分重映射方式一（参考手册上有详细的说明）

对于引脚PA15：上电后默认复用为了调试端口JTDI，若想让其作为普通的GPIO端口，则需解除调试端口

5.3TIM输入捕获

5.3.1IC(Input Capture)输入捕获

简介：输入捕获模式下，当通道输入引脚出现指定电平跳变时，当前 CNT 的值将被锁存到 CCR 中，可用于测量 PWM 波形的频率、占空比、脉冲间隔、电平持续时间等参数。

四个输入捕获和输出比较通道，共用4个CCR寄存器，以及四个通道的引脚（CH1-CH4）也是共用的，所以两者只能使用一个，不能同时使用

5.3.2频率测量

测频法：在闸门时间 T 内，对上升沿计次，得到 N，则频率 fx=N/T
测周法：两个上升沿内，以标准频率fc计次，得到 N，则频率 fx=fc/N
中界频率：测频法与测周法误差相等的频率点 fm=fc/T（令测频法和测周法的N相等，然后将fx解出来）

fc从哪里来？

硬件来源
- 系统时钟（如 HSE 晶振 72MHz）
- 定时器时钟（经过分频后的频率，比如 1MHz）
- 外部高精度晶振（比如 8MHz）
软件配置
- 比如定时器配置为：
  - 时钟源：72MHz
  - 预分频 PSC=71 → 分频系数 72
  - 计数时钟：fc = 72MHz / 72 = 1MHz
- 这个 1MHz 就是你在测周法里用的 fc

高频适合测频法，低频适合测周法

当待测频率小于中界频率时为低频，高于中界频率时为高频

5.3.3主从触发模式

主模式：可将定时器内部的信号映射到TRGO引脚，用于触发别的外设

即：主动发时钟、主动发起通信，说了算

从模式：接收其他外设或者自身外设的信号，用于控制自身定时器的运行

即：被动等时钟、被动响应，听指挥

选择从模式：

触发源选择：选择从模式的触发信号源

选择从模式输入的触发源

选择主模式输出的触发源

5.3.4输入捕获和PWMI基本结构

输入捕获：

先转运CNT到CCR中，再触发从模式使CNT清零

PWMI:

对左上角的图进行分析：

在触发上升沿时，CCR1先赋值CNT，然后令CNT=0，在高电平时间内CNT一直++
在触发下降沿时，给CCR2赋值CNT，这时CNT是在高电平期间的值，然后在低电平时间内CNT也一直++
在触发下一个上升沿时，给CCR1赋值CNT，这时的CNT是一个周期的总值
则CCR1/CCR2=占空比

5.3.5步骤：

IC配置步骤：

开启时钟
配置GPIO，时钟源
时基单元初始化
输入捕获初始化
选择触发源和从模式
TIM使能
封装函数，获得输入捕获的频率

同时要配置PWM

分析：

tim2的psc，arr只负责控制输出的频率，而tim3的psc负责测周法中的fc，arr负责不让计数器溢出
必须将PWM波配置完全（占空比，频率，分辨率），否则无法测量

例子分析：当输入信号为100HZ时

先明确你的定时器配置

TIM3 时钟：72MHz
PSC 预分频：72-1 = 71
计数频率 = 72MHz / (71+1) = 1MHz
意思：计数器每 1μs 加 1

100Hz 信号的周期是多少？

频率 f = 100Hz 周期 T = 1 /f = 0.01 秒 = 10,000 微秒（μs）

计数器会计多少个数？

因为 1μs 计 1 个数 10000μs 就会计 10000 个数

则输入捕获测量的频率值为1MHz/10000

5.3.6各个通道对应的引脚

5.3.7输入捕获和输出比较之间的差别

	输入捕获	输出比较
引脚	输入端口	输出端口
执行流程	接收到输入信号，执行CNT锁存到CCR的动作	根据CCR和CNT的大小关系来执行输出动作

每个通用定时器和高级定时器都有4个输入捕获通道（在输入捕获中，高级定时器和通用定时器没有区别，基本定时器没有输入捕获功能）

函数方面上的差别：

输入捕获下：CCR是只读的，要用GetCapture

输出比较下：CCR是只写的，要用SetCompare

5.4编码器接口（Encoder Interface ）

编码器接口可接收增量（正交）编码器的信号，根据编码器旋转产生的正交信号脉冲，自动控制 CNT 自增或自减，从而指示编码器的位置、旋转方向和旋转速度
每个高级定时器和通用定时器都拥有 1 个编码器接口
两个输入引脚借用了输入捕获的通道 1 和通道 2

5.4.1正交编码器

正转：超前90°

反转：滞后90°

A相 B相

分析：

在TI1和TI2上计数的情况下：若A相上升沿，则相对信号的电平是指B相的电平高低，此时B相高电平，就为向下计数

5.4.2编码器接口基本结构

过程：

输入捕获的前两个通道通过GPIO口接入编码器的A、B相
通过滤波器和边沿检测极性选择产生TI1FP1、TI2FP2通向编码器接口
编码器接口再通过预分频器控制CNT的时钟，同时还根据编码器的旋转方向控制CNT的计数方向

5.4.3步骤：

开启时钟
配置GPIO（因为编码器接口就是一个带方向控制的外部时钟，所以不需要配置内部时钟）
时基单元配置
输入捕获初始化因为只需配置滤波器和极性边沿选择，所以分频选择和选择是否直流的结构体参数可以去掉
编码器接口配置因为此处可以进行极性边沿选择，所以上处进行初始化时可省略，且此处配置会覆盖上面函数的参数；这里的上升沿不代表上升沿有效，因为旋转编码器上升沿和下降沿始终都是有效的，而是代表TI1和TI2是否反相，选择Rising通道不反相，选择Falling通道反相

反相：通道的输入信号直接送入定时器，不做电平翻转
不反向：通道的输入信号先被取反，再送入定时器

配置	含义	效果
Rising, Rising	两个通道都不反相	编码器正转时计数器向上计数
Falling, Rising	CH1 反相，CH2 不反相	计数方向整体反转
Rising, Falling	CH1 不反相，CH2 反相	计数方向整体反转
Falling, Falling	两个通道都反相	相位关系不变，方向和默认一致

六.ADC(模拟-数字转换器)

6.1ADC简介

简介：将模拟电压转换为数字变量，可将ADC看成一个电压表，将引脚的电压值测出，放在一个变量里

ADC：将模拟电压转换为数字变量，是模拟电路到数字电路的桥梁。
DAC：将数字变量转换为模拟电压，是模拟电路到数字电路的桥梁。
12 位（位数越高，量化结果就越精细，对应分辨率越高）逐次逼近型 (ADC的工作模式)ADC，AD转化开始到产生结果的时间为1us(1MHz，此为stm32中，ADC最快转换频率)
输入电压范围：0~3.3V，转换结果范围：0~4095（输入电压和转换结果为一一对应关系）

6.2逐次逼近型ADC

STM32的通道有18个

ADC逐次比较：给DAC一个数据使其生成一个对应的电压（已知），然后与通道输入的一个未知电压进行比较，若DAC的电压比未知电压大，就通过二分法使DAC电压变小，不断重复就得到了未知的电压

6.3ADC的基本结构

分析：

输入通道有18个：16个GPIO口和2个内部通道；
AD转换器里的规则组最多选择16个通道，注入组最多选择4个通道；
转换的结果存放在数据寄存器中，其中规则组有1个寄存器，注入组有四个；
触发控制可分为软件触发和硬件触发，硬件触发主要来自于定时器和外部中断的引脚，RCC是推动ADC逐次比较的时钟；
模拟看门狗用于监测转换结果的范围，若超出设定阈值，就通过中断输出控制向NVIC申请中断
EOF是结束信号

规则组的四种转换模式：

单次转换，非扫描模式只有序列1的通道转换有效
多次转换，非扫描模式
单次转换，扫描模式将前7个序列的通道都转换，将数据结果放在数据寄存器里，并用DMA将数据挪走（防止数据被覆盖）
多次转换，扫描模式

总结：

单次 + 非扫描：单通道、转一次就停（只有第一个通道）
单次 + 扫描：多通道序列跑一遍就停
连续 + 非扫描：单通道高速连续采样（只有第一个通道）
连续 + 扫描：多通道循环采样，高速数据采集

数据对齐：

数据右对齐（一般使用）
数据左对齐（不想要高分辨率时使用）

AD转换时间：

AD 转换的步骤：采样，保持，量化，编码
STM32 ADC 的总转换时间为： TCONV = 采样时间 + 12.5 个 ADC 周期（量化，编码所需时间）
例如：当 ADCCLK=14MHz（最大频率），采样时间为 1.5 个 ADC 周期：TCONV = 1.5 + 12.5 = 14 个 ADC 周期 = 1μs

校准：

ADC 有一个内置自校准模式。校准可大幅减小因内部电容器组的变化而造成的准精度误差。校准期间，在每个电容器上都会计算出一个误差修正码 (数字值)，这个码用于消除在随后的转换中每个电容器上产生的误差
建议在每次上电后执行一次校准
启动校准前， ADC 必须处于关电状态超过至少两个 ADC 时钟周期

硬件电路：

点位器产生可调电压的电路

中间的滑动端可输出一个0~3.3V的可调电压，向上滑电压增大，向下电压减小

传感器输出电压的电路

传出端感器阻值变小，下拉作用变强，输出电压下降，

传出端感器阻值变大，下拉作用变弱，输出电压上升，

电压转换电路

通过串联分压来实现测量VIN电压

6.4步骤

开启RCC时钟
配置GPIO口 AIN模式下，GPIO口是无效的，目的是为了防止GPIO口的输入输出对模拟电压造成干扰，AIN模式是ADC的专属模式
选择规则组的输入通道
规则组通道配置
ADC初始化
ADC使能
ADC校准
封装一个用于得到转换值的函数

以上是选择单次转换，非扫描模式的操作步骤

若选择多次转换，非扫描模式，则如图所示：

大参数稳定，小参数更快

给SWSTART置1，开始转换

返回SWSTART的状态，由于SWSTART在开始转换后立刻就清零了，所以此函数返回值与转换是否结束无关

七.DMA直接存储器存取

7.1DMA简介

简介：不用CPU参与，DMA 自己在内存 ↔ 外设之间和内存 ↔ 内存高速搬数据

12个独立可配置的通道：DMA1（7个通道），DMA2（5个通道）
每个通道都支持软件触发和特定的硬件触发

7.2存储器映像

在stm32中变量是存储在SRAM里面的，用const修饰的常量是存储在Flash里面的
访问ADC1的DR寄存器方式：ADC1->DR

ROM 只读存储器（程序闪存）

断电数据保留
只读为主，可擦写
存放：烧录固件、常量
STM32：片内 Flash

RAM 随机存取存储器（运行内存）

断电数据丢失
读写速度快
存放：程序运行变量、栈、堆
STM32：片内 SRAM

7.3DMA基本结构

分析：DMA的数据转运可以是存储器（一般指Flash和SRAM）到外设，也可是外设到存储器，也可是Flash到SRAM，但不能是SRAM到Flash（Flash只读）

当是存储器到存储器时，外设的参数应该写Flash的

数据宽度：可选择字节(Byte)、半字(HalfWord)、字(Word)

地址自增：外设寄存器不需要自增，存储器需要自增

自动重装器：转运完成后是否恢复到未转运前传输计数器的数字

传输计数器：自减计数器，用于设定需要转运几次

M2M:用于选择软件触发（用于存储器到存储器）或硬件触发（方式：ADC、串口、定时器），但软件触发不能和自动重装器一起用，软件触发的目的是为了使传输计数器清零，而自动重装器是防止其清零

DMA转运条件：

DMA必须使能
传输计数器必须大于0，若其等于0，且没有自动重装器，这时就要给DMA_Cmd失能，再给传输计数器一个大于0的数，然后使能开启
触发源必须有触发信号

当传输数据和被传输数据的传输宽度不同时：

大数据传到小数据时，高位会被舍弃
小数据传到大数据时，高位会补0

7.4步骤

开启时钟注：DMA的时钟在AHBP总线上
DMA初始化其中AddrB，AddrA，Size均为自定义变量
DMA使能
封装一个DMA转运函数

当DMA和ADC一起使用时

开启时钟
设置ADC的时钟
GPIO初始化
ADC规则组通道配置和ADC初始化
DMA初始化
DMA和ADC使能
ADC校准
ADC触发

以上为ADC连续扫描模式的配置方法
强制转换 (uint32_t) 就是把 “指针类型的地址” 转换成 “32 位整数”
选择DMA_PeripheralDataSize_HalfWord（低16位数据）是因为低16位数据是规则组的数据，高16位数据是ADC2的（stm32中没有ADC2）
AD_Value为自定义数组