江科大STM32学习笔记 | 第1章综述（完整笔记）

接线类：杜邦线、飞线、面包板，用于硬件电路搭建
下载调试工具：ST‑Link，给STM32下载程序、调试；USB转串口模块，串口调试打印信息
主控最小系统板：C8T6核心板
各类传感器模块
- OLED(I2C)屏幕、电位器（AD采集）、按键、LED灯
- 热敏电阻、光敏电阻、红外对射传感器
- MPU6050（I2C姿态传感器）、W25Q64 Flash（SPI存储）
- 旋转编码器、有源蜂鸣器
执行器件
- SG90舵机：接收PWM占空比信号，转动并锁定到指定角度
- TB6612电机驱动、直流电机：控制电机转动

二、ARM基础概念

ARM两层含义
- ARM公司：全球知名半导体IP知识产权供应商，不生产芯片，只设计处理器内核。
- ARM处理器内核（IP）：给芯片厂商授权使用。
市场地位全球超过95%手机、平板设备采用ARM架构。
Cortex处理器分类

类别	代表内核	用途
Application（A）	Cortex‑A系列	手机、平板，高性能应用处理器
Embedded（R/M）	Cortex‑R、Cortex‑M系列	嵌入式单片机；课程使用Cortex‑M3（M代表Microcontroller微控制器）

Cortex‑M3属于嵌入式微控制器内核，专门面向单片机场景。

三、STM32基本概念

定义 STM32是ST（意法半导体）公司，基于ARM Cortex‑M内核开发的32位微控制器（MCU）。

分工模式：ARM公司只设计内核IP；ST等半导体厂商拿到内核IP，设计外围存储器、外设电路，生产出完整芯片。

应用领域 广泛用于嵌入式领域：智能车、无人机、机器人、无线通信、物联网、工业控制、消费娱乐电子产品。
芯片特点 性能优异、片上资源丰富、功耗低，是经典嵌入式MCU。
江科大课程所用型号：STM32F103C8T6

所属系列：STM32F1主流系列（Mainstream）
CPU内核：ARM Cortex‑M3
主频： $72\ \mathrm{MHz}$
RAM（运行内存）： $20\mathrm{K}\ \mathrm{SRAM}$ ，程序运行时临时存放变量
ROM（程序存储）： $64\mathrm{K}\ \mathrm{Flash}$ ，掉电不丢失，存放编译好的程序代码
供电电压： $2.0\sim3.6\mathrm{V}$ ，标准3.3V供电；和5V供电的51单片机不同，5V电源必须经过稳压转为3.3V才能给STM32供电
封装：LQFP48，一共48个引脚

四、芯片命名规则（STM32F103C8T6为例）

STM32 F 103 C 8 T 6

字段	含义
STM32	基于ARM内核的32位MCU
F	通用类型
103	增强型子系列
C	48引脚
8	64K字节Flash
T	LQFP封装
6	工业级温度`‑40℃ ~ 85℃`

另例：STM32F103RCT6

R：64引脚；C：256K Flash；T：LQFP；6：‑40~85℃

五、F103不同型号外设对比

以STM32F103T/C/R/V（引脚分别36/48/64/100脚）

存储器
- T：Flash64K，SRAM20K
- C：Flash64K/128K，SRAM20K
- R/V：Flash64K/128K，SRAM20K
定时器
- 高级定时器：TIM1（1个）
- 通用定时器：TIM2/TIM3/TIM4（3个）
- 注意：无基本定时器
通信外设
- SPI：C/R/V型号2个（SPI1、SPI2）；T型号仅SPI1
- I²C：C/R/V型号2个；T型号仅I²C1
- USART：C/R/V型号3个；T型号2个
- USB、CAN：C/R/V型号具备
GPIO：引脚越多GPIO数量越多，T=26、C=37、R=51、V=80
ADC：T/C：2个ADC，10通道；R/V：2个ADC，16通道

六、STM32片上资源（外设Peripheral）

注意：F1大类有全部外设，但C8T6型号不具备DAC、SDIO、FSMC、USB‑OTG这4个外设。区分：NVIC、SysTick属于Cortex‑M3内核内部外设；其余都是内核之外，ST设计的片上外设。

✨内核内部外设

NVIC 嵌套向量中断控制器 内核内部，专门管理中断，配置中断优先级，处理各类中断请求。
SysTick 系统滴答定时器 给RTOS操作系统（FreeRTOS、UCOS）提供定时，用于任务切换；课程中也会用SysTick实现软件Delay延时函数。

✨内核外部外设

RCC 复位和时钟控制 配置系统时钟；STM32外设上电默认关闭时钟，必须开启时钟，外设才能工作。是使用所有外设的前提。
GPIO 通用IO口 输入输出引脚；可以点亮LED、读取按键电平信号。
AFIO 复用IO口 重定义引脚复用功能，同时配置外部中断引脚。
EXTI 外部中断 引脚电平发生变化，触发外部中断，CPU跳转执行中断服务函数。
TIM 定时器 分为高级、通用、基本定时器；功能：定时中断、测量信号频率、输出PWM波形、正交编码器接口。
ADC 模数转换器 内置12位ADC，直接读取IO口模拟电压，不需要外部AD芯片；可以配合电位器做AD采集。
DMA 直接内存访问 不占用CPU，自主完成大批量数据搬运，减轻CPU负担。
USART 同步/异步串口通信 串口，用于模块、电脑之间数据收发。
I2C、SPI 两套常用串行通信协议；例：OLED屏幕使用I2C通信；W25Q64 Flash模块使用SPI通信。
RTC 实时时钟 芯片内部完成时分秒计时，接后备电池后，主电源掉电依旧继续走时。
CRC 循环冗余校验 数据校验算法，检测传输数据是否出错。
PWR电源控制、BKP备份寄存器 电源管理，备份寄存器配合RTC后备电池保存少量数据。
IWDG独立看门狗、WWDG窗口看门狗 看门狗；程序死机、死循环、电磁干扰跑飞时，自动复位芯片，保障系统稳定。

C8T6没有：DAC数模转换器、SDIO（SD卡接口）、FSMC存储器控制器、USB‑OTG（STM32充当USB主机）。

七、系统架构框图（Cortex‑M3内核）

1. 内核总线

ICode总线：指令总线，读取Flash里存放的程序代码
DCode总线：数据总线，读取常量、调试数据
System系统总线：访问SRAM，存放程序运行时的变量

2. 片上总线

AHB（先进高性能总线）：高速总线挂载：RCC复位时钟控制器、DMA、SDIO、FSMC、Flash接口、SRAM
APB桥接：AHB通过桥接分出APB1、APB2
- APB2：最高72MHz，挂载高速外设：GPIO、USART1、TIM1、ADC、SPI1
- APB1：最高36MHz，挂载低速外设：USART2‑3、I2C、SPI2、TIM2‑4、CAN、USB

3. DMA（直接存储器访问）

作用：CPU的小助手，独立完成大量数据搬运，不占用CPU，避免数据覆盖
DMA1：7个通道；DMA2：5个通道；外设发出DMA请求，触发传输。

存储器相关模块：Flash接口、Flash、SRAM、FSMC、SDIO 外设模块：GPIO、ADC、USART、SPI、I2C、TIM、CAN、USB等

详见：STM32学习 | 第1章综述之STM32F103系统架构（江科大STM32学习笔记）-CSDN博客

八、引脚定义（STM32F103C8T6 LQFP48）

（一）关键引脚说明

1.第1引脚：`VBAT` 备用电池引脚

功能：芯片主电源VDD掉电之后，由VBAT给RTC实时时钟 + 备份寄存器单独供电，维持时间和备份寄存器数据不丢失。
硬件接法：一般接3V纽扣电池；当板子3.3V主电源正常供电时，芯片内部会自动切换，优先使用VDD，断开纽扣电池供电。
注意：
- VBAT不能接大于3.6V电压，否则烧毁备份域电路；
- 如果不接纽扣电池，RTC断电就会丢失时间；
- 备份寄存器是16bit的专用寄存器，不属于片上SRAM，主电源断电依然保存数据。

2.第2引脚 PC13（TAMPER‑RTC）

复用功能：

普通GPIO：可以作为普通IO输入输出，核心板上这个引脚接了一个LED测试灯；
RTC侵入检测TAMPER：安全检测引脚，电平跳变会清空全部备份寄存器；
RTC输出：可以输出RTC的1Hz秒脉冲，用来校准时钟。

3、第3引脚 PC14‑OSC32_IN，第4引脚PC15‑OSC32_OUT（RTC晶振）

专门接32.768KHz低速外部晶振(LSE)，给RTC提供精准计时时钟。32768 = 2^{15}，分频15次正好得到1Hz秒信号。
硬件：晶振两端配20pF起振电容到GND。
注意：
- 32.768K晶振起振慢；电容值不对会不起振；
- PC14、PC15作为RTC晶振使用时，不能当做普通GPIO。

4、第5、6引脚 OSC_IN / OSC_OUT（HSE高速外部晶振）

接8MHz主晶振（HSE），核心板使用8M无源晶振，搭配20pF负载电容。
内部PLL锁相环：把8M输入倍频，STM32F1最大系统时钟72MHz。 f_{SYS}=f_{HSE}\times PLLMUL 例：8M ×9 =72MHz

晶振是无源器件，芯片内部提供振荡电路，外部只需要晶振+匹配电容。如果外部晶振损坏，可以使用芯片内部8MHz高速HSI RC振荡器，精度差。

5、第7引脚 NRST 复位引脚（N=Negative低电平有效）

低电平复位：拉低到GND，芯片立即复位；释放为高电平3.3V芯片开始运行。
核心板复位电路：RC上电复位电路，按键按下把NRST拉低实现手动复位。

复位类型：上电复位、手动按键复位、看门狗复位、软件复位。

6、第8、9引脚 VSSA、VDDA 模拟电源（ADC、RTC、比较器供电）

VSSA：模拟地（负）；VDDA模拟电源正（3.3V），专门给片上模拟电路ADC、RC振荡器供电，隔离数字电路噪声，提升ADC采样精度。

实操：硬件上一般VDDA接3.3V，VSSA接GND，部分板子串磁珠隔离数字噪声。不能悬空！否则ADC无法工作。

7、第10-19引脚

普通GPIO；
第10号引脚还是WKUP唤醒引脚：STM32进入待机模式，PA0上升沿信号，就可以把芯片从待机低功耗模式唤醒。

注意：待机模式功耗极低，唤醒只能由WKUP引脚或者RTC闹钟。

8、第20引脚 PB2 / BOOT1；第44引脚 BOOT0

BOOT0、BOOT1 启动模式配置引脚，复位瞬间采样引脚电平，决定芯片从哪块存储区域启动。
第20，21，22，25-33，41-43，45，46都是IO引脚

9、电源引脚：23 VSS_1，24 VDD_1；35 VSS_2，36 VDD_2；47 VSS_3，48 VDD_3

STM32分区供电，多组VDD/VSS电源地引脚，全部都需要供电。

VDD =3.3V，VSS=GND。
每个电源引脚旁边放0.1μF去耦电容，滤除电源噪声，原理图上一般会大量出现C电容标志。

10、第34 PA13 /JTMS‑SWDIO；37 PA14 /JTCK‑SWCLK

调试接口引脚，支持两套调试协议：

SWD（串行调试，只需要两根线SWDIO+SWCLK）：下载调试只需要4根：SWDIO、SWCLK、GND、3.3V。就是ST‑Link常用模式，引脚少。
JTAG：5根调试线，占用更多GPIO；当开启JTAG，PA13 PA14 PB3 PB4会被占用，不能做普通IO。

重点：如果把PA13 PA14配置普通GPIO，会导致SWD下载失效，芯片锁死！

（二）引脚分类

引脚按功能分为三类： 1.🔴电源引脚（类型S）

VDD：主电源+3.3V；VSS：GND地
VDDA/VSSA：模拟部分电源，给ADC、RC振荡供电
VBAT：备用电池引脚，断电时给RTC实时时钟、备份寄存器供电

2.🔵最小系统引脚
OSC_IN / OSC_OUT：接外部8M主晶振，内部PLL倍频到72MHz
NRST：复位引脚，低电平复位
BOOT0 / BOOT1(PB2)：启动模式配置引脚
PA13(JTMS/SWDIO)、PA14(JTCK/SWCLK)：调试下载口，支持JTAG、SWD两种调试方式

3.🟢GPIO功能I/O口（类型I/O）
FT标识：引脚可以容忍5V电压输入；普通IO为3.3V容忍
每个GPIO有主功能、默认复用功能、重定义功能；一个IO口可复用多个外设，冲突时可以重映射到别的引脚。
PA0有特殊唤醒功能WKUP，可以唤醒待机模式芯片。

九、BOOT启动配置（BOOT1、BOOT0）

说明

BOOT1	BOOT0	启动区域	用途
X（任意）	0	主闪存Flash	正常产品运行，程序烧录到Flash，上电直接运行用户代码（最常用）
0	1	系统存储器(System Memory)	串口ISP下载；出厂内置ROM的BootLoader，通过USART1把程序烧写进Flash，不需要仿真器
1	1	内置SRAM	SRAM调试；程序下载运行在内存，断电丢失，用于调试

关键说明：

BOOT引脚只在复位之后SYSCLK第4个上升沿采样锁存，之后BOOT引脚就无效。运行过程中改变BOOT电平，不会改变当前运行区域，必须复位/重新上电才生效。
系统存储器(System Memory)：芯片出厂固化，用户不能改写，专门做串口下载Bootloader。
SRAM启动：SRAM掉电丢失，不能保存程序，只适合调试。
核心板BOOT0/BOOT1用跳线帽配置：
跳线接GND →电平0；跳线接3.3V →电平1。
日常使用：BOOT0接GND（0），直接Flash启动。
串口下载时：BOOT0接3.3V(1)，BOOT1接GND(0)，复位，进入串口Bootloader。

十、STM32最小系统原理图

最小系统必须具备4部分：电源电路、复位电路、晶振电路、BOOT配置电路。

十一、STM32F103C8T6原理图

十二、易错知识总结

ICode取指令，DCode取常量数据，System总线访问SRAM变量。
APB2最大72MHz，APB1最大36MHz。
DMA用来搬运数据，解放CPU。
FT引脚可以承受5V输入；NRST低电平复位；VBAT给RTC备份供电。
BOOT引脚只有复位上电瞬间有效，程序运行时修改BOOT电平完全不起作用；三种启动模式的使用场景。
GPIO复用功能冲突，可以做引脚重映射。
为什么需要多组VDD/VSS？ STM32内部数字逻辑数量大，多电源引脚分散大电流，降低压降；模拟电源VDDA/VSSA独立，隔离数字噪声，保证ADC精度。
SWD下载失败常见原因
① BOOT配置错误；
② PA13/PA14被代码重映射为普通GPIO；
③晶振不起振；
④仿真器接线错误。
RTC不保存时间 VBAT没有接电池；32.768K晶振不起振；备份域没有开启。
PC14 PC15做RTC晶振时不能用作普通IO。
STM32F103C8T6供电3.3V；51单片机是5V系统。
STM32外设上电时钟默认关闭，RCC模块必须开启时钟，外设才会工作。
NVIC、SysTick是Cortex‑M3内核自带，不属于ST片上外设。
手册很重要：同系列不同型号，支持外设不一样，要查数据手册确认。
RAM(SRAM)断电丢失，Flash断电保存程序代码。