ARM单片机与STM32开发环境速成指南：7天上手实战开发，告别新手迷茫

# 1. ARM单片机基础知识**

ARM单片机是一种基于ARM架构的微控制器，它具有高性能、低功耗和低成本的特点。本章将介绍ARM单片机的基本知识，包括其架构、指令集和编程模型。

ARM单片机采用哈佛架构，具有独立的指令存储器和数据存储器。指令集采用RISC（精简指令集）设计，指令数量少、执行速度快。编程模型采用Thumb和ARM两种指令集，Thumb指令集体积小、执行速度快，而ARM指令集功能更强大、执行速度更快。

# 2. STM32开发环境搭建**

**2.1 IDE选择和安装**

STM32开发常用的IDE有Keil MDK、IAR Embedded Workbench、System Workbench for STM32。其中，Keil MDK是ARM官方推荐的IDE，功能强大，使用广泛。

**2.2 开发环境配置**

**2.2.1 工具链安装**

工具链是编译和链接代码所需的软件包，包括编译器、汇编器、链接器等。STM32开发常用的工具链有ARM Compiler、GNU Compiler Collection (GCC)。

**安装ARM Compiler**

1. 下载ARM Compiler安装包。
2. 运行安装程序并按照提示进行安装。
3. 设置环境变量：

ARM_HOME=C:\ARM\ARMCompiler\bin
PATH=%PATH%;%ARM_HOME%

**安装GCC**

1. 下载GCC安装包。
2. 解压安装包到指定目录。
3. 设置环境变量：

GCC_HOME=C:\MinGW\bin
PATH=%PATH%;%GCC_HOME%

**2.2.2 编译器设置**

在IDE中需要配置编译器，包括编译器路径、优化选项等。

**Keil MDK编译器设置**

1. 打开Keil MDK。
2. 点击菜单栏的“Project”->“Options for Target”。
3. 在“Tool Settings”选项卡中，设置编译器路径和优化选项。

**IAR Embedded Workbench编译器设置**

1. 打开IAR Embedded Workbench。
2. 点击菜单栏的“Project”->“Options”。
3. 在“C/C++ Compiler”选项卡中，设置编译器路径和优化选项。

**2.3 调试工具使用**

调试工具用于调试程序，查找错误。STM32开发常用的调试工具有J-Link、ST-Link。

**J-Link调试工具**

1. 连接J-Link调试器到STM32开发板。
2. 在IDE中配置调试设置。
3. 点击调试按钮开始调试。

**ST-Link调试工具**

1. 连接ST-Link调试器到STM32开发板。
2. 在IDE中配置调试设置。
3. 点击调试按钮开始调试。

# 3. STM32基本编程**

**3.1 GPIO编程**

**3.1.1 GPIO配置**

GPIO（通用输入/输出）是STM32单片机上最重要的外设之一，它允许用户与外部世界进行交互。GPIO配置涉及设置引脚的方向（输入或输出）、模式（推挽或开漏）和速度（低速、中速或高速）。

// 设置GPIOA的第5个引脚为输出模式
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

**3.1.2 GPIO读写**

配置GPIO后，即可通过软件读写引脚。读操作使用`HAL_GPIO_ReadPin()`函数，而写操作使用`HAL_GPIO_WritePin()`函数。

// 读GPIOA的第5个引脚
uint8_t pin_value = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_5);

// 写GPIOA的第5个引脚为高电平
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET);

**3.2 定时器编程**

定时器是STM32单片机上另一个重要的外设，它允许用户生成精确的时间间隔和脉冲。STM32具有多个定时器，每个定时器都有不同的特性和功能。

**3.2.1 定时器配置**

定时器配置涉及设置时钟源、预分频器和计数器模式。时钟源可以是内部时钟或外部时钟，预分频器用于降低时钟频率，而计数器模式定义了定时器的行为（例如，向上计数或向下计数）。

// 配置TIM2为向上计数模式，时钟源为内部时钟，预分频器为10000
TIM_HandleTypeDef htim2;
htim2.Instance = TIM2;
htim2.Init.Prescaler = 10000;
htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
HAL_TIM_Init(&htim2);

**3.2.2 定时器中断**

定时器中断允许用户在特定时间间隔或事件发生时执行代码。STM32定时器支持多种中断，包括更新中断、比较中断和触发中断。

// 配置TIM2的更新中断
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);

// 中断服务函数
void TIM2_IRQHandler(void)
{
    // 清除中断标志位
    HAL_TIM_IRQHandler(&htim2);

    // 执行中断处理代码
}

**3.3 ADC编程**

ADC（模数转换器）是STM32单片机上一个重要的外设，它允许用户将模拟信号（例如电压）转换为数字信号。STM32具有多个ADC，每个ADC都有不同的特性和功能。

**3.3.1 ADC配置**

ADC配置涉及设置采样时间、分辨率和通道。采样时间定义了ADC将模拟信号转换为数字信号所需的时间，分辨率定义了数字信号的精度，而通道定义了要转换的模拟信号的来源。

// 配置ADC1，采样时间为12.5周期，分辨率为12位，通道为通道1
ADC_HandleTypeDef hadc1;
hadc1.Instance = ADC1;
hadc1.Init.SampleTime = ADC_SAMPLETIME_12CYCLES;
hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;
hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
hadc1.Init.Channel = ADC_CHANNEL_1;
HAL_ADC_Init(&hadc1);

**3.3.2 ADC数据采集**

配置ADC后，即可通过软件采集数据。数据采集使用`HAL_ADC_Start()`函数启动，然后使用`HAL_ADC_GetValue()`函数获取转换后的数据。

// 启动ADC转换
HAL_ADC_Start(&hadc1);

// 获取转换后的数据
uint16_t adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);

# 4.1 DMA编程

### 4.1.1 DMA配置

DMA（Direct Memory Access）是一种直接存储器访问技术，它允许外设直接访问内存，而无需CPU的干预。这可以大大提高数据传输效率，特别是对于大数据量传输的情况。

**DMA配置步骤：**

1. **选择DMA通道：**每个STM32芯片都有多个DMA通道，需要根据外设选择合适的通道。
2. **配置DMA源和目标地址：**指定数据源地址（外设寄存器地址）和目标地址（内存地址）。
3. **设置DMA传输大小：**指定要传输的数据量（字节数）。
4. **设置DMA传输模式：**选择单次传输或循环传输模式。
5. **设置DMA中断：**配置DMA传输完成或传输错误的中断。

**DMA配置示例代码：**

// 初始化DMA通道1，传输数据从外设地址到内存地址
DMA_InitTypeDef DMA_InitStruct;
DMA_InitStruct.Channel = DMA_Channel_1;
DMA_InitStruct.PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&USART1->DR;
DMA_InitStruct.MemoryBaseAddr = (uint32_t)data_buffer;
DMA_InitStruct.BufferSize = sizeof(data_buffer);
DMA_InitStruct.Mode = DMA_Mode_Normal;
DMA_InitStruct.Priority = DMA_Priority_High;
DMA_InitStruct.FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable;
DMA_InitStruct.FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_Full;
DMA_InitStruct.MemBurst = DMA_MemBurst_Single;
DMA_InitStruct.PeriphBurst = DMA_PeriphBurst_Single;
DMA_Init(&DMA_InitStruct);

### 4.1.2 DMA传输

DMA配置完成后，即可启动DMA传输。

**DMA传输步骤：**

1. **使能DMA通道：**调用DMA_Cmd()函数使能指定的DMA通道。
2. **启动DMA传输：**调用DMA_Start()函数启动DMA传输。
3. **等待DMA传输完成：**可以使用DMA_GetFlagStatus()函数检查DMA传输是否完成。
4. **关闭DMA通道：**传输完成后，调用DMA_Cmd()函数关闭DMA通道。

**DMA传输示例代码：**

// 启动DMA传输
DMA_Cmd(DMA_Channel_1, ENABLE);

// 等待DMA传输完成
while (DMA_GetFlagStatus(DMA_FLAG_TC1) == RESET) {}

// 关闭DMA通道
DMA_Cmd(DMA_Channel_1, DISABLE);

# 5. STM32实战项目**

**5.1 LED闪烁项目**

**5.1.1 硬件连接**

- 将LED正极连接到STM32单片机的GPIO引脚（例如：PB0）
- 将LED负极连接到地线

**5.1.2 软件编写**

// 1. 宏定义LED引脚
#define LED_PIN GPIO_PIN_0

// 2. 配置GPIO
void LED_Config(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    // 设置GPIO引脚为输出模式
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    // 设置GPIO引脚为推挽输出
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    // 设置GPIO引脚为低速
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_LOW;
    // 初始化GPIO引脚
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
}

// 3. LED闪烁函数
void LED_Blink(void) {
    while (1) {
        // 点亮LED
        GPIO_SetBits(GPIOB, LED_PIN);
        // 延时500ms
        Delay_ms(500);
        // 熄灭LED
        GPIO_ResetBits(GPIOB, LED_PIN);
        // 延时500ms
        Delay_ms(500);
    }
}