STM32单片机编程实战：C语言快速上手，打造你的第一个项目

# 1. STM32单片机简介

STM32单片机是意法半导体公司生产的一系列32位微控制器，基于ARM Cortex-M内核，具有高性能、低功耗和丰富的外设。STM32单片机广泛应用于工业控制、物联网、医疗电子等领域。

STM32单片机具有以下特点：

- 基于ARM Cortex-M内核，性能强大
- 低功耗设计，适合电池供电设备
- 丰富的片上外设，如GPIO、定时器、ADC、DAC等
- 易于开发，支持多种开发工具和库

# 2. C语言基础

**2.1 数据类型和变量**

C语言中，数据类型决定了变量可以存储的值的类型和大小。基本数据类型包括：

| 数据类型 | 值类型 | 范围 |
|---|---|---|
| int | 整数 | 取决于编译器 |
| float | 浮点数 | 取决于编译器 |
| double | 双精度浮点数 | 取决于编译器 |
| char | 字符 | ASCII 码值 |

变量用于存储数据，其声明语法为：

数据类型 变量名;

例如：

int age; // 声明一个整数变量 age

**2.2 运算符和表达式**

运算符用于对操作数执行算术或逻辑操作。常见的运算符包括：

| 运算符 | 操作 |
|---|---|
| + | 加法 |
| - | 减法 |
| * | 乘法 |
| / | 除法 |
| % | 取余 |
| == | 等于 |
| != | 不等于 |
| > | 大于 |
| < | 小于 |

表达式是由运算符和操作数组成的，用于计算结果。例如：

int result = 10 + 5; // result 为 15

**2.3 流程控制语句**

流程控制语句用于控制程序的执行流程。常见的流程控制语句包括：

| 语句 | 用途 |
|---|---|
| if-else | 条件判断 |
| switch-case | 多路选择 |
| while | 循环执行 |
| do-while | 先执行再判断的循环 |
| for | 循环执行 |

例如：

if (age > 18) {
  printf("成年");
} else {
  printf("未成年");
}

**2.4 函数和数组**

函数是一组可重用的代码块，可接受参数并返回结果。函数声明语法为：

返回类型 函数名(参数列表);

例如：

int add(int a, int b) {
  return a + b;
}

数组是一种数据结构，用于存储相同类型元素的集合。数组声明语法为：

数据类型 数组名[大小];

例如：

int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};

# 3. STM32单片机开发环境搭建

### 3.1 开发环境介绍

STM32单片机开发环境主要包括以下几部分：

- **集成开发环境（IDE）：**用于编写、编译和调试代码，如Keil MDK、IAR Embedded Workbench、STM32CubeIDE等。
- **编译器：**将源代码编译成机器代码，如ARM Compiler、GCC等。
- **调试器：**用于调试代码，如J-Link、ST-Link等。
- **仿真器：**用于在计算机上模拟单片机运行，如QEMU、GDB等。

### 3.2 开发工具安装和配置

#### 3.2.1 安装Keil MDK

Keil MDK是一个流行的STM32单片机开发环境，安装步骤如下：

1. 下载Keil MDK安装包。
2. 运行安装程序并按照提示进行安装。
3. 安装完成后，打开Keil MDK并注册。

#### 3.2.2 安装ST-Link

ST-Link是一个用于STM32单片机调试和编程的工具，安装步骤如下：

1. 下载ST-Link驱动程序。
2. 将ST-Link连接到计算机。
3. 运行驱动程序安装程序并按照提示进行安装。

#### 3.2.3 配置Keil MDK

配置Keil MDK以使用ST-Link进行调试：

1. 打开Keil MDK，点击“Options for Target”按钮。
2. 在“Debug”选项卡中，选择“ST-Link”作为调试器。
3. 点击“Settings”按钮，配置ST-Link的端口和时钟频率。

### 3.3 项目创建和编译

#### 3.3.1 创建项目

在Keil MDK中创建STM32单片机项目：

1. 点击“File”菜单，选择“New”->“µVision Project”。
2. 在“New Project”对话框中，选择STM32设备型号和项目名称。
3. 点击“OK”按钮创建项目。

#### 3.3.2 编译项目

编译STM32单片机项目：

1. 点击“Build”菜单，选择“Compile”。
2. 编译成功后，会在项目目录下生成hex文件。

#### 3.3.3 下载程序

将hex文件下载到STM32单片机：

1. 点击“Flash”菜单，选择“Download”。
2. 选择hex文件并点击“OK”按钮。
3. 程序下载完成后，单片机将自动运行。

# 4. STM32单片机外设编程

### 4.1 GPIO编程

GPIO（通用输入/输出）是STM32单片机中最重要的外设之一，它允许单片机与外部设备进行交互。GPIO引脚可以配置为输入、输出或模拟功能。

**GPIO寄存器**

STM32单片机的GPIO外设通过一组寄存器进行控制，包括：

- **GPIOx_MODER**：模式寄存器，用于配置引脚模式。
- **GPIOx_OTYPER**：输出类型寄存器，用于配置引脚输出类型（推挽输出或开漏输出）。
- **GPIOx_OSPEEDR**：输出速度寄存器，用于配置引脚输出速度。
- **GPIOx_PUPDR**：上拉/下拉寄存器，用于配置引脚的上拉/下拉电阻。
- **GPIOx_IDR**：输入数据寄存器，用于读取引脚输入状态。
- **GPIOx_ODR**：输出数据寄存器，用于设置引脚输出状态。

**GPIO编程步骤**

1. **配置引脚模式：**使用`GPIOx_MODER`寄存器将引脚配置为输入、输出或模拟模式。
2. **配置输出类型：**使用`GPIOx_OTYPER`寄存器将引脚配置为推挽输出或开漏输出。
3. **配置输出速度：**使用`GPIOx_OSPEEDR`寄存器将引脚配置为低速、中速或高速输出。
4. **配置上拉/下拉电阻：**使用`GPIOx_PUPDR`寄存器将引脚配置为上拉、下拉或无电阻。
5. **读取引脚输入状态：**使用`GPIOx_IDR`寄存器读取引脚输入状态。
6. **设置引脚输出状态：**使用`GPIOx_ODR`寄存器设置引脚输出状态。

**代码示例**

以下代码示例展示了如何配置GPIO引脚为输出模式并输出高电平：

#include "stm32f10x.h"

int main(void)
{
    // 配置GPIOA引脚5为输出模式
    GPIOA->MODER |= (1 << 10);
    GPIOA->MODER &= ~(1 << 11);

    // 设置GPIOA引脚5输出高电平
    GPIOA->ODR |= (1 << 5);

    while (1)
    {
        // 无限循环
    }
}

### 4.2 定时器编程

定时器是STM32单片机中另一个重要的外设，它允许单片机生成精确的时间间隔和脉冲。STM32单片机有多个定时器外设，每个定时器都有不同的功能和特性。

**定时器寄存器**

STM32单片机的定时器外设通过一组寄存器进行控制，包括：

- **TIMx_CR1**：控制寄存器1，用于配置定时器基本功能。
- **TIMx_CR2**：控制寄存器2，用于配置定时器高级功能。
- **TIMx_PSC**：预分频寄存器，用于设置定时器时钟预分频因子。
- **TIMx_ARR**：自动重装载寄存器，用于设置定时器自动重装载值。
- **TIMx_CNT**：计数器寄存器，用于存储定时器当前计数值。

**定时器编程步骤**

1. **配置定时器时钟：**使用`TIMx_CR1`寄存器配置定时器时钟源和预分频因子。
2. **设置定时器自动重装载值：**使用`TIMx_ARR`寄存器设置定时器自动重装载值，该值决定了定时器溢出的时间间隔。
3. **配置定时器模式：**使用`TIMx_CR1`寄存器配置定时器模式，如向上计数、向下计数或中心对齐模式。
4. **启动定时器：**使用`TIMx_CR1`寄存器启动定时器。
5. **读取定时器计数值：**使用`TIMx_CNT`寄存器读取定时器当前计数值。

**代码示例**

以下代码示例展示了如何配置定时器3为向上计数模式并产生1秒的脉冲：

#include "stm32f10x.h"

int main(void)
{
    // 配置定时器3时钟
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM3EN;

    // 配置定时器3为向上计数模式
    TIM3->CR1 |= TIM_CR1_DIR;

    // 设置定时器3自动重装载值
    TIM3->ARR = 84000000 / 1;

    // 启动定时器3
    TIM3->CR1 |= TIM_CR1_CEN;

    while (1)
    {
        // 无限循环
    }
}

### 4.3 串口通信编程

串口通信是STM32单片机与外部设备进行数据传输的一种常见方式。STM32单片机有多个串口外设，每个串口都有不同的功能和特性。

**串口寄存器**

STM32单片机的串口外设通过一组寄存器进行控制，包括：

- **USARTx_CR1**：控制寄存器1，用于配置串口基本功能。
- **USARTx_CR2**：控制寄存器2，用于配置串口高级功能。
- **USARTx_BRR**：波特率寄存器，用于设置串口波特率。
- **USARTx_DR**：数据寄存器，用于发送和接收数据。
- **USARTx_SR**：状态寄存器，用于获取串口状态信息。

**串口编程步骤**

1. **配置串口时钟：**使用`RCC`寄存器配置串口时钟源。
2. **配置串口引脚：**使用`GPIO`寄存器配置串口引脚为串口功能。
3. **配置串口波特率：**使用`USARTx_BRR`寄存器设置串口波特率。
4. **配置串口模式：**使用`USARTx_CR1`寄存器配置串口模式，如数据位、停止位和校验位。
5. **发送数据：**使用`USARTx_DR`寄存器发送数据。
6. **接收数据：**使用`USARTx_DR`寄存器接收数据。

**代码示例**

以下代码示例展示了如何配置串口1为8位数据位、1个停止位、无校验位模式并发送数据：

#include "stm32f10x.h"

int main(void)
{
    // 配置串口1时钟
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_USART1EN;

    // 配置串口1引脚
    GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE8_1 | GPIO_CRH_CNF8_1;

    // 配置串口1波特率
    USART1->BRR = 84000000 / 9600;

    // 配置串口1模式
    USART1->CR1 |= USART_CR1_TE | USART_CR1_RE;

    // 发送数据
    USART1->DR = 'A';

    while (1)
    {
        // 无限循环
    }
}

# 5.1 LED闪烁程序

**目标：**编写一个程序，让STM32单片机的LED灯周期性闪烁。

**材料：**

* STM32单片机开发板
* LED灯
* 电阻

**步骤：**

1. **配置GPIO：**
- 初始化GPIOB的第0引脚为输出模式。
- 设置该引脚的输出类型为推挽输出。

// 配置GPIOB的第0引脚为输出模式
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

2. **循环闪烁LED：**
- 在一个无限循环中，依次设置GPIOB的第0引脚为高电平和低电平，实现LED的闪烁。

while (1)
{
    // 设置GPIOB的第0引脚为高电平，LED点亮
    GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);
    // 延时1秒
    Delay(1000);
    // 设置GPIOB的第0引脚为低电平，LED熄灭
    GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);
    // 延时1秒
    Delay(1000);
}

**结果：**

运行程序后，STM32单片机的LED灯将周期性地闪烁，闪烁周期为2秒。