k60单片机与STM32：入门到精通，全面技术指南，打造嵌入式系统高手

# 1. 基础架构与核心技术

k60单片机和STM32是两款广泛应用于嵌入式领域的微控制器。它们都基于ARM Cortex-M内核，具有强大的处理能力和丰富的片上外设。本章将从基础架构和核心技术方面对这两款单片机进行比较分析，为读者深入理解它们的差异和优势提供基础。

### 1.1 架构对比

k60单片机采用ARM Cortex-M4内核，主频最高可达120MHz。它拥有128KB的闪存和16KB的SRAM，并集成了丰富的片上外设，包括GPIO、定时器、ADC、DAC和UART等。

STM32单片机则采用ARM Cortex-M3内核，主频最高可达72MHz。它拥有64KB的闪存和20KB的SRAM，片上外设与k60单片机类似，但部分外设的性能和功能有所不同。

# 2. GPIO接口

### 2.1.1 GPIO的配置与使用

GPIO（通用输入/输出）接口是单片机与外部设备通信的重要接口，它允许单片机控制外部设备或读取外部设备的状态。

**GPIO的配置**

* **引脚选择：**选择要使用的GPIO引脚，每个单片机都有特定的GPIO引脚分配。
* **模式设置：**配置引脚的模式，如输入、输出、推挽输出、开漏输出等。
* **速度设置：**配置引脚的输出速度，如低速、中速、高速等。
* **中断使能：**配置引脚的中断功能，如上升沿中断、下降沿中断、电平中断等。

**GPIO的使用**

* **读写操作：**使用`GPIO_Read()`和`GPIO_Write()`函数读写GPIO引脚的状态。
* **中断处理：**当GPIO引脚发生中断时，触发中断服务程序（ISR），在ISR中处理中断事件。

### 2.1.2 GPIO的中断处理

GPIO中断是一种外部中断，当GPIO引脚的状态发生变化时触发。

**中断配置**

* **中断源选择：**选择要中断的GPIO引脚。
* **中断类型选择：**选择中断类型，如上升沿中断、下降沿中断、电平中断等。
* **中断优先级设置：**配置中断优先级，决定中断响应的顺序。

**中断处理**

* **中断服务程序（ISR）：**当GPIO引脚发生中断时，触发ISR，在ISR中处理中断事件。
* **中断处理流程：**通常包括读取中断标志位、清除中断标志位、执行中断处理操作等步骤。

**代码示例**

// GPIO配置
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

// GPIO中断配置
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI15_10_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI15_10_IRQn);

// GPIO中断服务程序
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
    if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_13) == GPIO_PIN_SET) {
        // 上升沿中断处理
    } else {
        // 下降沿中断处理
    }
    HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_13);
}

# 3. FreeRTOS简介

#### 3.1.1 FreeRTOS的架构与特点

FreeRTOS（Free Real-Time Operating System）是一个轻量级、可移植的实时操作系统，专为嵌入式系统设计。它具有以下特点：

- **实时性：** FreeRTOS是一个抢占式操作系统，这意味着优先级较高的任务可以随时抢占优先级较低的任务。这确保了关键任务能够及时执行，满足实时系统的要求。
- **轻量级：** FreeRTOS的内核非常小，仅有几千字节，这使得它可以在资源受限的嵌入式系统中使用。
- **可移植性：** FreeRTOS支持多种处理器架构和编译器，可以轻松移植到不同的嵌入式平台。
- **模块化：** FreeRTOS采用模块化设计，用户可以根据需要选择需要的模块，从而减少代码大小和内存占用。

#### 3.1.2 FreeRTOS的任务管理

任务是FreeRTOS中执行的代码单元。任务具有以下属性：

- **优先级：** 每个任务都有一个优先级，优先级较高的任务优先执行。
- **状态：** 任务可以处于就绪、运行、阻塞或挂起状态。
- **堆栈：** 每个任务都有自己的堆栈，用于存储局部变量和函数调用信息。

FreeRTOS的任务管理包括任务创建、调度、同步和通信等功能。

**任务创建：** 使用`xTaskCreate()`函数创建任务，该函数需要指定任务函数、任务名称、堆栈大小、优先级和参数。

**任务调度：** FreeRTOS使用优先级调度算法对任务进行调度。优先级较高的任务将优先执行，直到完成或被优先级更高的任务抢占。

**任务同步：** FreeRTOS提供了多种同步机制，如互斥锁、信号量和事件标志，以确保任务之间的数据一致性和避免竞争条件。

**任务通信：** FreeRTOS提供了消息队列和管道等通信机制，允许任务之间交换数据和信息。

# 4. 网络通信

### 4.1.1 以太网接口

以太网是一种广泛应用于局域网和广域网中的有线网络技术。k60和STM32单片机都集成了以太网控制器，支持以太网通信。

**k60单片机以太网接口**

k60单片机集成了一个以太网控制器ENET，支持IEEE 802.3 10/100Mbps以太网标准。ENET控制器具有以下特点：

- 符合IEEE 802.3 10/100Mbps以太网标准
- 支持全双工和半双工模式
- 支持自动协商功能
- 具有16KB接收缓冲区和16KB发送缓冲区

**STM32单片机以太网接口**

STM32单片机集成了一个以太网控制器ETH，支持IEEE 802.3 10/100Mbps以太网标准。ETH控制器具有以下特点：

- 符合IEEE 802.3 10/100Mbps以太网标准
- 支持全双工和半双工模式
- 支持自动协商功能
- 具有16KB接收缓冲区和16KB发送缓冲区

**以太网通信配置**

以太网通信需要配置IP地址、子网掩码、网关等参数。k60和STM32单片机可以通过软件配置这些参数。

以下代码示例演示了k60单片机以太网通信的配置：

// 以太网配置结构体
enet_config_t enet_config;

// 初始化以太网控制器
enet_init(&enet_config);

// 设置IP地址
enet_set_ip_address(&enet_config, IP_ADDRESS);

// 设置子网掩码
enet_set_netmask(&enet_config, NETMASK);

// 设置网关
enet_set_gateway(&enet_config, GATEWAY);

### 4.1.2 无线通信

无线通信是一种通过无线电波进行数据传输的技术。k60和STM32单片机都可以通过外接无线通信模块实现无线通信。

**k60单片机无线通信**

k60单片机可以通过外接无线通信模块实现蓝牙、Wi-Fi、ZigBee等无线通信。常用的无线通信模块有：

- 蓝牙模块：如HC-05、HC-06
- Wi-Fi模块：如ESP8266、ESP32
- ZigBee模块：如CC2530、CC2531

**STM32单片机无线通信**

STM32单片机可以通过外接无线通信模块实现蓝牙、Wi-Fi、ZigBee等无线通信。常用的无线通信模块有：

- 蓝牙模块：如HC-05、HC-06
- Wi-Fi模块：如ESP8266、ESP32
- ZigBee模块：如CC2530、CC2531

**无线通信配置**

无线通信需要配置通信参数，如波特率、信道等。不同的无线通信模块有不同的配置方式。

以下代码示例演示了k60单片机通过HC-05蓝牙模块进行无线通信的配置：

// 蓝牙模块通信串口
UART_HandleTypeDef huart1;

// 初始化UART串口
HAL_UART_Init(&huart1);

// 设置波特率
HAL_UART_SetBaudRate(&huart1, 9600);

// 设置数据位、停止位、校验位
HAL_UART_SetConfig(&huart1, 8, UART_STOPBITS_1, UART_PARITY_NONE);

# 5. 项目实战与综合应用

### 5.1 k60单片机与STM32：智能家居控制

#### 5.1.1 系统架构设计

智能家居控制系统一般采用分布式架构，由多个传感器、执行器和网关组成。传感器负责采集环境数据，执行器负责控制电器设备，网关负责数据处理和通信。

#### 5.1.2 硬件电路设计

智能家居控制系统的硬件电路主要包括传感器、执行器和网关。

- 传感器：常用的传感器包括温湿度传感器、光照传感器、运动传感器等。
- 执行器：常用的执行器包括继电器、电机、伺服电机等。
- 网关：网关一般采用单片机或嵌入式系统，负责数据处理和通信。

#### 5.1.3 软件程序设计

智能家居控制系统的软件程序主要包括传感器驱动、执行器驱动、通信协议和应用逻辑。

- 传感器驱动：传感器驱动负责采集传感器数据。
- 执行器驱动：执行器驱动负责控制执行器动作。
- 通信协议：通信协议负责网关与传感器、执行器之间的通信。
- 应用逻辑：应用逻辑负责处理传感器数据，控制执行器动作，实现智能家居控制功能。