STM32F405RGT6项目实战：从零开始的全周期开发流程


参考资源链接：[STM32F405RGT6中文参考手册：Cortex-M4 MCU详解](https://wenku.csdn.net/doc/6401ad30cce7214c316ee9da?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. STM32F405RGT6概览与开发环境搭建

## 1.1 STM32F405RGT6引言
STM32F405RGT6作为STMicroelectronics推出的高性能ARM Cortex-M4微控制器，广泛应用于各种嵌入式系统。它以其卓越的性能和丰富的外设接口成为了许多项目和产品的核心。

## 1.2 开发环境搭建
开发STM32F405RGT6需要准备以下环境：

- **硬件**：STM32F405RGT6开发板、USB转串口模块等。
- **软件**：STM32CubeMX配置工具、Keil uVision IDE、STM32驱动安装包、ST-Link驱动程序。

执行步骤如下：

1. **安装IDE与工具链**：
- 下载Keil uVision5最新版。
- 安装Keil uVision并导入对应的STM32库文件。
2. **连接开发板与电脑**：
- 使用USB线连接电脑和开发板上的ST-Link接口。
- 确保已安装正确的ST-Link驱动。

3. **使用STM32CubeMX生成项目代码**：
- 启动STM32CubeMX并创建新项目。
- 选择STM32F405RGT6 MCU，配置必要的外设和参数。
- 点击生成代码，导出到Keil uVision。

通过以上步骤，即可完成开发环境的搭建，为后续开发与调试工作奠定基础。

# 2. STM32F405RGT6硬件基础与接口编程

## 2.1 STM32F405RGT6硬件架构详解

### 2.1.1 核心处理单元与内存布局

STM32F405RGT6基于ARM Cortex-M4核心，其处理速度高达168 MHz，具有浮点运算单元（FPU）和DSP指令集，为复杂运算和信号处理提供强有力支持。核心架构采用哈佛架构，包含独立的数据和指令总线，以实现高效的指令流水线。

内存布局上，STM32F405RGT6拥有256KB的Flash存储器用于程序代码和静态数据，以及32KB的SRAM用于运行时数据存储。它还包含一个灵活的静态存储控制器（FSMC），支持各种外部存储器接口，使得扩展内存变得非常方便。

### 2.1.2 外设接口与功能模块

STM32F405RGT6具有广泛的外设接口，包括多通道的高级控制定时器、串行通信接口、模数/数模转换器（ADC/DAC）、以及USB OTG接口等。这些功能模块不仅支持多样化的外设连接，还提供多种通信协议的实现，使得开发者能够构建复杂的嵌入式系统。

STM32的外设接口通常包含以下几大类：

- **通信接口**：包括UART、SPI、I2C等，用于实现点对点或网络化的通信。
- **定时器**：具有编码器接口模式和脉冲宽度调制（PWM）输出能力，支持复杂的定时操作。
- **模拟外设**：包括多通道ADC和DAC，可以实现高精度的数据采集与控制。
- **电源管理**：有多种电源模式和睡眠模式，有利于实现低功耗设计。

## 2.2 接口编程基础

### 2.2.1 GPIO编程与应用实例

通用输入输出（GPIO）引脚是微控制器与外界交互的基础。在STM32F405RGT6中，几乎所有的外设接口都是通过GPIO引脚来实现的。GPIO编程首先要初始化GPIO端口，然后根据需要配置引脚的模式（输入、输出、复用功能或模拟模式）和输出类型（推挽或开漏）。

#### 代码示例：

#include "stm32f4xx.h"

void GPIO_Configuration(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    // 使能GPIOB端口的时钟
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);

    // 配置GPIOB的第0号引脚为推挽输出模式，速度为100MHz
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}

int main(void) {
    // 系统初始化
    SystemInit();
    // 配置GPIO
    GPIO_Configuration();

    while(1) {
        // 在这里编写应用逻辑代码
    }
}

### 2.2.2 ADC和DAC接口编程

STM32F405RGT6的ADC模块具备出色的性能，拥有多个通道，支持多种分辨率和采样速率，适合各种模拟信号的采集。DAC则允许微控制器输出模拟信号，常用于控制电子设备如电机驱动器。

#### ADC接口编程示例：

#include "stm32f4xx.h"

void ADC_Configuration(void) {
    ADC_ChannelConfTypeDef sConfig;
    ADC_HandleTypeDef hadc;

    // 使能ADC1时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE);

    // ADC初始化结构体配置
    hadc.Instance = ADC1;
    hadc.Init.ClockPrescaler = ADC_Prescaler_Div2;
    hadc.Init.Resolution = ADC_Resolution_12b;
    hadc.Init.ScanConvMode = DISABLE;
    hadc.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
    hadc.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
    hadc.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;
    hadc.Init.DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
    hadc.Init.NbrOfConversion = 1;
    HAL_ADC_Init(&hadc);

    // 配置ADC通道
    sConfig.Channel = ADC_Channel_0;
    sConfig.Rank = 1;
    sConfig.SamplingTime = ADC_SamplingTime_3Cycles;
    HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc, &sConfig);
}

int main(void) {
    // 系统初始化
    SystemInit();
    // 配置ADC
    ADC_Configuration();

    while(1) {
        // 启动转换
        HAL_ADC_Start(&hadc);
        // 等待转换完成
        HAL_ADC_PollForConversion(&hadc, HAL_MAX_DELAY);
        // 读取转换结果
        uint32_t adcValue = HAL_ADC_GetValue(&hadc);
    }
}

### 2.2.3 UART通信编程与调试

通用异步收发传输器（UART）是微控制器中常用的通信接口，用于实现微控制器与PC或其他串行设备的数据交换。

#### UART通信编程示例：

#include "stm32f4xx.h"

void UART_Configuration(void) {
    USART_HandleTypeDef huart;

    // 使能UART4时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART4, ENABLE);

    // UART初始化结构体配置
    huart.Instance = USART4;
    huart.Init.BaudRate = 9600;
    huart.Init.WordLength = USART_WordLength_8b;
    huart.Init.StopBits = USART_StopBits_1;
    huart.Init.Parity = USART_Parity_No;
    huart.Init.Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    huart.Init.HwFlowCtl = USART_HwFlowCtl_None;
    HAL_USART_Init(&huart);
}

int main(void) {
    // 系统初始化
    SystemInit();
    // 配置UART
    UART_Configuration();

    while(1) {
        // 发送数据
        char *msg = "Hello World!\r\n";
        HAL_USART_Transmit(&huart, (uint8_t*)msg, strlen(msg), HAL_MAX_DELAY);
    }
}

## 2.3 中断系统与定时器编程

### 2.3.1 中断机制的工作原理

STM32F405RGT6的中断系统是基于ARM Cortex-M4内核的NVIC（嵌套向量中断控制器）实现的。中断机制允许微控制器在执行主程序任务时，能够响应外