【STM32单片机开发秘籍】：从入门到精通的10大实战案例
发布时间: 2024-07-02 15:19:20 阅读量: 112 订阅数: 53 
STM32开发指南（例子）
# 1. STM32单片机简介及开发环境搭建
STM32是一款基于ARM Cortex-M内核的32位微控制器，广泛应用于嵌入式系统开发。其特点包括：
- **高性能：**基于ARM Cortex-M内核，提供高处理能力和低功耗。
- **丰富的外设：**集成了丰富的片上外设，如GPIO、定时器、ADC和UART，简化了外围设备的连接。
- **低功耗：**提供多种低功耗模式，可延长电池寿命。
# 2. STM32单片机基础编程
### 2.1 C语言基础语法
#### 2.1.1 数据类型和变量
在C语言中，数据类型决定了变量可以存储的值的类型和范围。STM32单片机主要使用以下数据类型：
- **整型：**int、short、long，用于存储整数。
- **浮点型：**float、double，用于存储小数。
- **字符型：**char，用于存储单个字符。
- **布尔型：**bool，用于存储真或假。
变量用于存储数据，其声明语法为：
```c
<数据类型> <变量名>;
```
例如：
```c
int num;
float temp;
char ch;
```
#### 2.1.2 运算符和表达式
运算符用于对数据进行操作，表达式由运算符和操作数组成。STM32单片机中常用的运算符包括：
- **算术运算符：**+、-、*、/、%
- **关系运算符：**==、!=、>、<、>=、<=
- **逻辑运算符：**&&、||、!
表达式用于计算值，其语法为：
```c
<操作数> <运算符> <操作数>
```
例如：
```c
int sum = a + b;
float avg = (x + y) / 2;
bool result = (x > 0) && (y < 0);
```
### 2.2 STM32单片机硬件架构
#### 2.2.1 内核和外设
STM32单片机采用基于ARM Cortex-M内核，该内核具有高性能、低功耗的特点。内核负责执行程序指令，而外设负责与外部设备交互。
STM32单片机的外设包括：
- **GPIO：**通用输入/输出端口，用于连接外部设备。
- **定时器：**用于生成脉冲、测量时间和创建PWM信号。
- **串口：**用于与其他设备进行串行通信。
- **I2C：**用于与I2C设备进行通信。
- **ADC：**用于将模拟信号转换为数字信号。
#### 2.2.2 GPIO和定时器
**GPIO（通用输入/输出端口）**
GPIO端口是STM32单片机上最基本的输入/输出接口，可以配置为输入或输出模式。每个GPIO端口有16个引脚，可以连接外部设备。
GPIO配置和操作函数：
```c
void GPIO_Init(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint32_t Pin, GPIO_Mode_TypeDef Mode);
void GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint32_t Pin, BitAction BitVal);
uint32_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint32_t Pin);
```
**定时器**
定时器是STM32单片机上用于生成脉冲、测量时间和创建PWM信号的外设。每个STM32单片机有多个定时器，每个定时器有不同的功能。
定时器配置和操作函数：
```c
void TIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef *TIMx, TIM_TimeBaseInitTypeDef *TIM_TimeBaseInitStruct);
void TIM_Cmd(TIM_TypeDef *TIMx, FunctionalState NewState);
void TIM_SetCounter(TIM_TypeDef *TIMx, uint32_t Counter);
uint32_t TIM_GetCounter(TIM_TypeDef *TIMx);
```
# 3. STM32单片机外设编程
### 3.1 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。
#### 3.1.1 GPIO配置和操作
**GPIO配置**
```c
// 初始化GPIO端口
RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1ENR_GPIOAEN;
// 设置GPIO引脚模式
GPIOA->MODER &= ~GPIO_MODER_MODE5;
GPIOA->MODER |= GPIO_MODER_MODE5_0;
// 设置GPIO引脚类型
GPIOA->OTYPER &= ~GPIO_OTYPER_OT5;
// 设置GPIO引脚速率
GPIOA->OSPEEDR &= ~GPIO_OSPEEDR_OSPEED5;
GPIOA->OSPEEDR |= GPIO_OSPEEDR_OSPEED5_0;
// 设置GPIO引脚上拉/下拉电阻
GPIOA->PUPDR &= ~GPIO_PUPDR_PUPD5;
GPIOA->PUPDR |= GPIO_PUPDR_PUPD5_0;
```
**参数说明：**
* `RCC_AHB1ENR_GPIOAEN`：使能GPIOA端口时钟
* `GPIO_MODER_MODE5_0`：将PA5引脚设置为输出模式
* `GPIO_OTYPER_OT5`：将PA5引脚设置为推挽输出
* `GPIO_OSPEEDR_OSPEED5_0`：将PA5引脚的输出速率设置为低速
* `GPIO_PUPDR_PUPD5_0`：将PA5引脚的上拉电阻设置为无
**GPIO操作**
```c
// 设置GPIO引脚输出高电平
GPIOA->BSRR |= GPIO_BSRR_BS_5;
// 设置GPIO引脚输出低电平
GPIOA->BSRR |= GPIO_BSRR_BR_5;
// 读取GPIO引脚输入电平
uint32_t input = GPIOA->IDR & GPIO_IDR_ID5;
```
**参数说明：**
* `GPIO_BSRR_BS_5`：将PA5引脚设置为高电平
* `GPIO_BSRR_BR_5`：将PA5引脚设置为低电平
* `GPIO_IDR_ID5`：读取PA5引脚的输入电平
#### 3.1.2 中断处理
STM32单片机支持GPIO中断，当GPIO引脚电平发生变化时，可以触发中断。
**中断配置**
```c
// 使能GPIOA中断
NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
// 配置GPIOA中断
EXTI->IMR |= EXTI_IMR_IM0;
EXTI->RTSR |= EXTI_RTSR_RT0;
```
**参数说明：**
* `EXTI0_IRQn`：GPIOA中断号
* `EXTI_IMR_IM0`：使能GPIOA中断
* `EXTI_RTSR_RT0`：触发GPIOA中断的事件为上升沿
**中断处理函数**
```c
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
// 清除中断标志位
EXTI->PR |= EXTI_PR_PR0;
// 执行中断处理代码
}
```
### 3.2 定时器编程
定时器是STM32单片机中另一个重要的外设，它可以生成精确的时间间隔和脉冲。
#### 3.2.1 定时器配置和操作
**定时器配置**
```c
// 使能定时器2时钟
RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM2EN;
// 设置定时器2预分频器
TIM2->PSC = 7200 - 1;
// 设置定时器2自动重装载值
TIM2->ARR = 1000 - 1;
// 使能定时器2
TIM2->CR1 |= TIM_CR1_CEN;
```
**参数说明：**
* `RCC_APB1ENR_TIM2EN`：使能定时器2时钟
* `TIM2->PSC`：设置定时器2预分频器，时钟频率为72MHz / (7200 + 1) = 10kHz
* `TIM2->ARR`：设置定时器2自动重装载值，定时周期为10kHz / (1000 + 1) = 10ms
* `TIM_CR1_CEN`：使能定时器2
**定时器操作**
```c
// 获取定时器2当前计数值
uint32_t count = TIM2->CNT;
// 设置定时器2比较输出值
TIM2->CCR1 = 500;
```
**参数说明：**
* `TIM2->CNT`：获取定时器2当前计数值
* `TIM2->CCR1`：设置定时器2比较输出值，当计数值达到比较输出值时，将触发中断
#### 3.2.2 PWM和捕获
STM32单片机中的定时器还支持PWM（脉冲宽度调制）和捕获功能。
**PWM配置**
```c
// 设置定时器2通道1为PWM输出模式
TIM2->CCMR1 |= TIM_CCMR1_OC1M_1 | TIM_CCMR1_OC1M_2;
// 设置定时器2通道1比较输出值
TIM2->CCR1 = 500;
```
**参数说明：**
* `TIM_CCMR1_OC1M_1`和`TIM_CCMR1_OC1M_2`：设置定时器2通道1为PWM输出模式
* `TIM2->CCR1`：设置定时器2通道1比较输出值，占空比为50%
**捕获配置**
```c
// 设置定时器2通道2为输入捕获模式
TIM2->CCMR1 |= TIM_CCMR1_CC2S_0;
// 设置定时器2通道2输入滤波器
TIM2->CCMR1 |= TIM_CCMR1_IC2F_0 | TIM_CCMR1_IC2F_1 | TIM_CCMR1_IC2F_2;
```
**参数说明：**
* `TIM_CCMR1_CC2S_0`：设置定时器2通道2为输入捕获模式
* `TIM_CCMR1_IC2F_0`、`TIM_CCMR1_IC2F_1`和`TIM_CCMR1_IC2F_2`：设置定时器2通道2输入滤波器，滤波时间为8个时钟周期
# 4. STM32单片机通信编程
### 4.1 串口通信
**4.1.1 串口配置和操作**
串口是STM32单片机常用的通信外设，用于与其他设备进行数据传输。STM32单片机提供了多个串口，每个串口都有自己的配置寄存器和数据寄存器。
要配置串口，需要设置波特率、数据位、停止位和校验位等参数。波特率表示数据传输速率，单位为比特/秒（bps）。数据位表示每个数据帧中传输的数据位数，通常为8位。停止位表示数据帧结束时发送的停止位数，通常为1或2位。校验位用于检测数据传输过程中的错误，通常为无校验、奇校验或偶校验。
```c
// 配置串口1
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_USART1EN; // 使能串口1时钟
USART1->BRR = 0x683; // 设置波特率为9600bps
USART1->CR1 |= USART_CR1_TE | USART_CR1_RE; // 使能发送器和接收器
USART1->CR2 |= USART_CR2_STOP1; // 设置1个停止位
```
**4.1.2 数据收发**
配置好串口后，就可以进行数据收发操作。数据发送通过发送数据寄存器（USART_DR），数据接收通过接收数据寄存器（USART_DR）。
```c
// 发送数据
USART1->DR = 'A'; // 发送字符'A'
// 接收数据
while (!(USART1->SR & USART_SR_RXNE)) {} // 等待接收数据
char data = USART1->DR; // 读取接收到的数据
```
### 4.2 I2C通信
**4.2.1 I2C配置和操作**
I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信协议，用于连接多个设备。STM32单片机提供了多个I2C接口，每个接口都有自己的配置寄存器和数据寄存器。
要配置I2C接口，需要设置时钟频率、从机地址和通信模式等参数。时钟频率通常为100kHz或400kHz。从机地址是设备在I2C总线上的唯一标识符。通信模式可以为主机模式或从机模式。
```c
// 配置I2C1
RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_I2C1EN; // 使能I2C1时钟
I2C1->CR2 |= I2C_CR2_FREQ_100K; // 设置时钟频率为100kHz
I2C1->OAR1 |= 0x10; // 设置从机地址为0x10
I2C1->CR1 |= I2C_CR1_PE; // 使能I2C接口
```
**4.2.2 传感器和显示器连接**
I2C接口可以连接各种传感器和显示器，如温度传感器、湿度传感器、OLED显示器等。通过I2C协议，可以读取传感器数据或向显示器发送数据。
```c
// 读取温度传感器数据
uint8_t data[2];
I2C1->CR1 |= I2C_CR1_START; // 发送起始信号
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_SB)); // 等待起始信号发送完成
I2C1->DR = 0x40; // 发送从机地址（读）
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_ADDR)); // 等待从机地址发送完成
I2C1->DR = 0x00; // 发送寄存器地址
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_TXE)); // 等待数据发送完成
I2C1->CR1 |= I2C_CR1_STOP; // 发送停止信号
I2C1->CR1 |= I2C_CR1_START; // 发送起始信号
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_SB)); // 等待起始信号发送完成
I2C1->DR = 0x41; // 发送从机地址（读）
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_ADDR)); // 等待从机地址发送完成
I2C1->CR1 |= I2C_CR1_ACK; // 发送ACK信号
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_RXNE)); // 等待数据接收完成
data[0] = I2C1->DR; // 读取数据
I2C1->CR1 |= I2C_CR1_NACK; // 发送NACK信号
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_RXNE)); // 等待数据接收完成
data[1] = I2C1->DR; // 读取数据
I2C1->CR1 |= I2C_CR1_STOP; // 发送停止信号
// 向OLED显示器发送数据
I2C1->CR1 |= I2C_CR1_START; // 发送起始信号
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_SB)); // 等待起始信号发送完成
I2C1->DR = 0x3C; // 发送从机地址（写）
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_ADDR)); // 等待从机地址发送完成
I2C1->DR = 0x00; // 发送命令代码
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_TXE)); // 等待数据发送完成
I2C1->DR = 0x00; // 发送数据
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_TXE)); // 等待数据发送完成
I2C1->CR1 |= I2C_CR1_STOP; // 发送停止信号
```
# 5. STM32单片机实战案例
### 5.1 LED控制
#### 5.1.1 GPIO配置
**代码块：**
```c
/* GPIO初始化 */
void GPIO_Init(void)
{
/* 使能GPIOA时钟 */
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;
/* 配置GPIOA.5为输出模式 */
GPIOA->CRH &= ~(GPIO_CRH_MODE5);
GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE5_0;
}
```
**逻辑分析：**
* RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;：使能GPIOA时钟，确保GPIOA外设可以正常工作。
* GPIOA->CRH &= ~(GPIO_CRH_MODE5);：清除GPIOA.5的模式位，将其复位为输入模式。
* GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE5_0;：设置GPIOA.5的模式位为输出模式。
#### 5.1.2 定时器配置
**代码块：**
```c
/* 定时器初始化 */
void TIM_Init(void)
{
/* 使能TIM2时钟 */
RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM2EN;
/* 配置TIM2为向上计数模式 */
TIM2->CR1 &= ~(TIM_CR1_DIR);
/* 设置TIM2的预分频系数为99 */
TIM2->PSC = 99;
/* 设置TIM2的重装载值 */
TIM2->ARR = 1000;
/* 使能TIM2中断 */
TIM2->DIER |= TIM_DIER_UIE;
/* 启动TIM2 */
TIM2->CR1 |= TIM_CR1_CEN;
}
```
**逻辑分析：**
* RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM2EN;：使能TIM2时钟，确保TIM2外设可以正常工作。
* TIM2->CR1 &= ~(TIM_CR1_DIR);：清除TIM2的计数方向位，将其设置为向上计数模式。
* TIM2->PSC = 99;：设置TIM2的预分频系数为99，即TIM2的时钟频率为系统时钟频率的100分之一。
* TIM2->ARR = 1000;：设置TIM2的重装载值，即TIM2每1000个时钟周期计数一次。
* TIM2->DIER |= TIM_DIER_UIE;：使能TIM2的中断，以便在TIM2计数溢出时产生中断。
* TIM2->CR1 |= TIM_CR1_CEN;：启动TIM2，开始计数。
### 5.2 温度测量
#### 5.2.1 传感器连接
**表格：**
| 传感器 | 引脚 | 连接 |
|---|---|---|
| LM35 | VCC | 5V |
| LM35 | GND | GND |
| LM35 | OUT | PA0 |
**说明：**
* LM35温度传感器通过VCC和GND引脚连接到电源和地。
* LM35的OUT引脚连接到GPIOA.0，用于采集温度数据。
#### 5.2.2 数据采集和处理
**代码块：**
```c
/* 温度采集函数 */
float GetTemperature(void)
{
/* 读取ADC值 */
uint16_t adcValue = ADC_GetConversionValue(ADC1);
/* 计算温度值 */
float temperature = (float)adcValue * 0.48828125;
/* 返回温度值 */
return temperature;
}
```
**逻辑分析：**
* ADC_GetConversionValue(ADC1);：读取ADC1的转换值，即温度传感器的输出电压对应的ADC值。
* float temperature = (float)adcValue * 0.48828125;：将ADC值转换为温度值。LM35温度传感器的输出电压与温度成线性关系，转换系数为0.48828125。
* 返回温度值：返回计算得到的温度值。
# 6.1 实时操作系统（RTOS）
### 6.1.1 RTOS简介和选择
**实时操作系统（RTOS）**是一种专门为嵌入式系统设计的操作系统，它能够保证系统在实时约束下可靠、可预测地运行。RTOS提供了任务管理、调度、同步和通信等基本服务，使开发者能够构建复杂的嵌入式系统。
**选择RTOS时需要考虑以下因素：**
- **实时性要求：**RTOS必须能够满足系统的实时约束，如响应时间和时延。
- **内存占用：**RTOS的内存占用必须与系统的资源限制相匹配。
- **功能特性：**RTOS应提供所需的特性，如任务管理、调度算法、同步机制和通信协议。
- **支持的硬件平台：**RTOS必须与系统的硬件平台兼容。
- **开发工具：**RTOS应提供完善的开发工具，如IDE、调试器和文档。
### 6.1.2 任务管理和调度
**任务管理**是RTOS的核心功能之一，它负责创建、管理和销毁任务。**任务**是一个独立的执行线程，它具有自己的栈和程序计数器。
**调度**是RTOS负责决定哪个任务在某个时刻执行的过程。常见的调度算法包括：
- **先来先服务（FCFS）：**任务按照到达顺序执行。
- **轮转调度（RR）：**任务轮流执行，每个任务获得一个固定的时间片。
- **优先级调度：**任务根据优先级执行，优先级高的任务优先执行。
**任务调度算法的选择取决于系统的实时性要求和资源限制。**
百万级
高质量VIP文章无限畅学
千万级
优质资源任意下载
C知道
免费提问 ( 生成式Al产品 )
0
0
相关推荐
专栏简介
欢迎来到 STM32 单片机专栏，一个全面深入的学习指南，将带您从入门到精通。本专栏涵盖了 STM32 单片机的各个方面，从时钟管理到文件系统操作，从图形显示到网络通信。通过一系列实战案例和深入的讲解，您将掌握 STM32 单片机的核心概念、编程技巧和应用秘诀。无论您是初学者还是经验丰富的开发者，本专栏都会为您提供宝贵的见解，帮助您充分利用 STM32 单片机的强大功能，打造出色的嵌入式系统。
专栏目录
最低0.47元/天 解锁专栏
买1年送3月
百万级
高质量VIP文章无限畅学
千万级
优质资源任意下载
C知道
免费提问 ( 生成式Al产品 )
最新推荐
【数据预处理实战】：清洗Sentinel-1 IW SLC图像
# 摘要
本论文全面介绍了Sentinel-1 IW SLC图像的数据预处理和清洗实践。第一章提供Sentinel-1 IW SLC图像的概述，强调了其在遥感应用中的重要性。第二章详细探讨了数据预处理的理论基础，包括遥感图像处理的类型、特点、SLC图像特性及预处理步骤的理论和实践意义。第三
【PR状态方程完整实施指南】：从理论到实践的每一步
# 摘要
本文全面介绍了PR状态方程的理论基础、数学推导、数值实现及其在工程中的应用。首先阐述了PR状态方程的基本概念、理论框架以及关键参数和修正因子的确定方法。随后，对PR状态方程的数值实现进行了深入讨论，包括数值方法的选择、编程实现以及结果的验证和分析。进一步地，本文探讨了PR状态方程在工程领域的具体应用，重点包括流体相平衡计算、过程模拟与优化以及热力学性质的预测。最后，展望了PR状态方程的进阶应用和未来研究方向，分析了其在可持续能源领域的潜在应用前景以及所面临的科学和技术挑战。
# 关键字
PR状态方程；理论基础；数学推导；数值实现；工程应用；热力学性质预测
参考资源链接：[PR状态
【故障诊断专家】：华为光猫ONT V3_V5 Shell使能问题解决大全
# 摘要
本文对华为光猫ONT V3_V5系列的故障诊断专家系统进行了全面概述，着重分析了Shell使能问题的理论基础和实践诊断流程。文章从光猫和ONT的基本知识入手，深入探讨了Shell使能问题的成因，并提出了针对性的诊断方法和技术要点。针对诊断流程，本文详细介绍了故障诊断前的准备工作、具体的诊断方法以及故障排除的实践操作。此外，本文还探讨了Shell使能问题的解决策略，包括配置优化、固件更新管理以及预防措施。最后，通过多用户环境和高级配置下的故障案例分析，展现了故障诊断和解决的实际应用，并对未来光猫技术与Shell脚本的角色进行了展望。
# 关键字
故障诊断；华为光猫；ONT技术；She
【Qt信号与槽机制详解】：影院票务系统的动态交互实现技巧
# 摘要
本文对Qt框架中的信号与槽机制进行了详细概述和深入分析，涵盖了从基本原理到高级应用的各个方面。首先介绍了信号与槽的基本概念和重要性，包括信号的发出机制和槽函数的接收机制，以及它们之间的连接方式和使用规则。随后探讨了信号与槽在实际项目中的应用，特别是在构建影院票务系统用户界面和实现动态交互功能方面的实践。文章还探讨了如何在多线程环境下和异步事件处理中使用信号与槽，以及如何通过Qt模型-视图结
【函数序列与级数：函数论分析与综合】
# 摘要
函数序列与级数是数学分析中的基础概念，它们在数学理论和实际应用中都具有重要地位。本文首先介绍了函数序列与级数的基本概念和收敛性分析，包括点态收敛与一致收敛的定义和判定方法，以及收敛序列的极限函数性质和收敛级数的和函数分析。随后，本文探讨了函数序列与级数在解微分方程、傅里叶分析和复杂系统建模中的综合应用。最后，文章深入研究了幂级数、特殊函数、复变函数中的级数表示，以及级数的现代理论与计算方
【GY521与STM32F103C8T6通信详解】：掌握I2C通信的7个秘诀
# 摘要
本文详述了GY521模块与STM32F103C8T6微控制器通过I2C通信接口的集成与优化过程。第一章介绍了通信基础，而第二章深入探讨了I2C通信技术，包括其协议原理、时序分析及高级特性。第三章阐述了GY521模块的特性及其配置方法，强调了其与MPU-6050的交互。第四章专注于通信实践，包括STM32F103C8T6的I2C接口配置和与GY52
坐标转换秘籍：从西安80到WGS84的实战攻略与优化技巧
# 摘要
本文全面介绍了坐标转换的相关概念、基础理论、实战攻略和优化技巧，重点分析了从西安80坐标系统到WGS84坐标系统的转换过程。文中首先概述了坐标系统的种类及其重要性，进而详细阐述了坐标转换的数学模型，并探讨了实战中工具选择、数据准备、代码编写、调试验证及性能优化等关键步骤。此外，本文还探讨了提升坐标转换效率的多种优化技巧，包括算法选择、数据处理策略，以及工程实践中的部
【数据恢复与备份秘方】：构建高可用数据库环境的最佳实践
# 摘要
数据恢复与备份在确保企业数据安全和业务连续性方面发挥着至关重要的作用。本文全面阐述了数据恢复与备份的理论基础、备份策略的设计、数据库备份实践技巧以及高可用数据库环境的构建。通过案例分析，揭示了成功数据恢复的关键要素和最佳实践。本文还探讨了新兴技术对备份恢复领域的影响，预测了未来数据恢复和数据库备份技术的发展趋势，并提出了构建未来高可用数据库环境的策略。
#
资源上传下载、课程学习等过程中有任何疑问或建议，欢迎提出宝贵意见哦~我们会及时处理！
点击此处反馈
专栏目录
最低0.47元/天 解锁专栏
买1年送3月
百万级
高质量VIP文章无限畅学
千万级
优质资源任意下载
C知道
免费提问 ( 生成式Al产品 )