【STC单片机和STM32从入门到精通】：揭秘单片机核心技术，助你快速掌握单片机开发

# 1. STC单片机基础知识**

STC单片机是一种8位微控制器，广泛应用于嵌入式系统中。其特点包括低功耗、高性能和易于使用。

STC单片机具有丰富的片上外设，包括定时器、中断、ADC和DAC等。这些外设使STC单片机能够处理各种任务，例如数据采集、电机控制和通信。

STC单片机采用哈佛架构，具有独立的程序存储器和数据存储器。这使得STC单片机能够同时执行程序和访问数据，从而提高了执行效率。

# 2. STC单片机编程技巧

### 2.1 STC单片机开发环境和工具链

#### 2.1.1 Keil uVision5开发环境介绍

Keil uVision5是一款功能强大的集成开发环境（IDE），专门针对嵌入式系统开发。它提供了一个直观的用户界面、强大的调试功能和丰富的软件库。

**特点：**

* 支持多种STC单片机型号
* 集成编辑器、编译器、调试器和仿真器
* 提供丰富的软件库和示例代码
* 具有图形化界面，易于使用

#### 2.1.2 STC单片机编译器和调试器

STC单片机编译器将源代码编译成机器代码，而调试器则用于调试和分析程序。

**STC单片机编译器：**

* 支持STC单片机指令集
* 优化代码性能和代码大小
* 提供错误和警告信息

**STC单片机调试器：**

* 支持单步调试、断点设置和寄存器查看
* 提供内存和外设访问功能
* 允许在目标板上执行和调试程序

### 2.2 STC单片机寄存器和指令集

#### 2.2.1 STC单片机寄存器结构

STC单片机具有丰富的寄存器，用于存储数据、控制程序执行和配置外设。

**主要寄存器：**

* 程序计数器（PC）：存储当前执行的指令地址
* 累加器（ACC）：用于算术和逻辑运算
* 数据指针（DPTR）：指向数据存储器的地址
* 堆栈指针（SP）：指向堆栈的顶部

#### 2.2.2 STC单片机指令集详解

STC单片机指令集包括各种指令，用于执行算术、逻辑、数据传输和控制流操作。

**指令类型：**

* 算术指令：加、减、乘、除
* 逻辑指令：与、或、非
* 数据传输指令：移动、加载、存储
* 控制流指令：跳转、分支、返回

### 2.3 STC单片机中断和定时器

#### 2.3.1 STC单片机中断系统

STC单片机具有一个中断系统，允许外部事件触发程序执行的暂停和跳转。

**中断源：**

* 外部中断：来自外部引脚的信号
* 内部中断：来自定时器、ADC等外设

**中断处理：**

* 中断向量表：存储中断服务程序的地址
* 中断服务程序：处理中断事件的代码

#### 2.3.2 STC单片机定时器功能

STC单片机具有多个定时器，用于生成精确的时间间隔和脉冲。

**定时器功能：**

* 定时模式：生成可编程时间间隔
* 脉冲模式：生成可编程脉冲宽度
* 捕获模式：捕获外部事件的时间戳

**定时器配置：**

// 初始化定时器0为定时模式
TMOD &= ~0x0F;  // 清除TMOD寄存器低4位
TMOD |= 0x01;  // 设置定时器0为定时模式

# 3. STC单片机实践应用

### 3.1 STC单片机I/O端口操作

#### 3.1.1 STC单片机I/O端口配置

STC单片机的I/O端口配置寄存器主要包括P0M0、P0M1、P1M0、P1M1、P2M0、P2M1、P3M0和P3M1。这些寄存器用于配置I/O端口的模式和功能。

| 寄存器 | 功能 |
|---|---|
| P0M0 | P0端口0~3位模式配置寄存器 |
| P0M1 | P0端口4~7位模式配置寄存器 |
| P1M0 | P1端口0~3位模式配置寄存器 |
| P1M1 | P1端口4~7位模式配置寄存器 |
| P2M0 | P2端口0~3位模式配置寄存器 |
| P2M1 | P2端口4~7位模式配置寄存器 |
| P3M0 | P3端口0~3位模式配置寄存器 |
| P3M1 | P3端口4~7位模式配置寄存器 |

**配置步骤：**

1. 确定要配置的I/O端口。
2. 根据需要配置P0M0~P3M1寄存器的相应位。
3. 0表示输入模式，1表示输出模式。

**示例：**

// 将P0.0配置为输入模式
P0M0 &= ~(1 << 0);

#### 3.1.2 STC单片机I/O端口读写

STC单片机的I/O端口读写寄存器主要包括P0、P1、P2和P3。这些寄存器用于读写I/O端口的数据。

| 寄存器 | 功能 |
|---|---|
| P0 | P0端口数据寄存器 |
| P1 | P1端口数据寄存器 |
| P2 | P2端口数据寄存器 |
| P3 | P3端口数据寄存器 |

**读操作：**

// 读取P0.0的值
uint8_t data = P0 & (1 << 0);

**写操作：**

// 将0x55写入P0.0~P0.7
P0 = 0x55;

### 3.2 STC单片机ADC和DAC

#### 3.2.1 STC单片机ADC模块

STC单片机的ADC模块用于将模拟信号转换为数字信号。主要寄存器包括ADCCFG、ADCRES、ADCCON和ADCDATA。

| 寄存器 | 功能 |
|---|---|
| ADCCFG | ADC配置寄存器 |
| ADCRES | ADC结果寄存器 |
| ADCCON | ADC控制寄存器 |
| ADCDATA | ADC数据寄存器 |

**配置步骤：**

1. 配置ADCCFG寄存器，选择参考电压和采样时间。
2. 配置ADCCON寄存器，开启ADC模块和选择转换通道。
3. 启动ADC转换。
4. 读取ADCDATA寄存器获取转换结果。

**示例：**

// 配置ADC模块，使用内部参考电压，采样时间为12个时钟周期
ADCCFG = 0x00;

// 开启ADC模块，选择通道0
ADCCON = 0x80;

// 启动ADC转换
ADCCON |= 0x40;

// 读取ADC转换结果
uint16_t adc_data = ADCDATA;

#### 3.2.2 STC单片机DAC模块

STC单片机的DAC模块用于将数字信号转换为模拟信号。主要寄存器包括DACCON和DACDATA。

| 寄存器 | 功能 |
|---|---|
| DACCON | DAC控制寄存器 |
| DACDATA | DAC数据寄存器 |

**配置步骤：**

1. 配置DACCON寄存器，选择参考电压和输出模式。
2. 将数据写入DACDATA寄存器。

**示例：**

// 配置DAC模块，使用内部参考电压，输出模式为电压输出
DACCON = 0x00;

// 将0x55写入DACDATA寄存器，输出电压为VREF * 0x55 / 256
DACDATA = 0x55;

### 3.3 STC单片机通信接口

#### 3.3.1 STC单片机UART通信

STC单片机的UART模块用于串口通信。主要寄存器包括SCON、SBUF、SMOD和SM2。

| 寄存器 | 功能 |
|---|---|
| SCON | UART控制寄存器 |
| SBUF | UART数据缓冲寄存器 |
| SMOD | UART波特率发生器寄存器 |
| SM2 | UART模式寄存器 |

**配置步骤：**

1. 配置SCON寄存器，选择数据位、停止位和奇偶校验。
2. 配置SMOD和SM2寄存器，设置波特率。
3. 将数据写入SBUF寄存器发送数据。
4. 从SBUF寄存器读取数据接收数据。

**示例：**

// 配置UART模块，使用8位数据位，1个停止位，无奇偶校验，波特率为9600bps
SCON = 0x50;
SMOD = 0x67;
SM2 = 0x00;

// 发送数据
SBUF = 'A';

// 接收数据
uint8_t data = SBUF;

#### 3.3.2 STC单片机I2C通信

STC单片机的I2C模块用于I2C总线通信。主要寄存器包括I2CADR、I2CDAT和I2CCON。

| 寄存器 | 功能 |
|---|---|
| I2CADR | I2C地址寄存器 |
| I2CDAT | I2C数据寄存器 |
| I2CCON | I2C控制寄存器 |

**配置步骤：**

1. 配置I2CADR寄存器，设置设备地址。
2. 配置I2CCON寄存器，选择I2C模式和波特率。
3. 将数据写入I2CDAT寄存器发送数据。
4. 从I2CDAT寄存器读取数据接收数据。

**示例：**

// 配置I2C模块，设备地址为0x55，波特率为100kbps
I2CADR = 0x55;
I2CCON = 0x00;

// 发送数据
I2CDAT = 'A';

// 接收数据
uint8_t data = I2CDAT;

# 4. STM32单片机基础知识**

**4.1 STM32单片机架构和特性**

**4.1.1 STM32单片机内核结构**

STM32单片机采用ARM Cortex-M系列内核，具有高性能、低功耗的特点。常见的内核类型包括Cortex-M0、Cortex-M3、Cortex-M4和Cortex-M7。这些内核具有不同的性能和外设资源，满足不同的应用需求。

STM32单片机的内核结构主要包括：

* **程序计数器（PC）：**存储当前正在执行的指令的地址。
* **堆栈指针（SP）：**存储函数调用和中断处理过程中保存寄存器值的位置。
* **寄存器组：**包括通用寄存器（R0-R15）、程序状态寄存器（PSR）和控制寄存器。
* **浮点单元（FPU）：**用于进行浮点运算（仅在某些内核中可用）。

**4.1.2 STM32单片机外设资源**

STM32单片机集成了丰富的片上外设，包括：

* **通用输入/输出（GPIO）：**用于控制外部设备和传感器。
* **定时器：**用于生成脉冲、测量时间和创建延时。
* **中断控制器：**用于处理外部事件和内部中断。
* **串行通信接口：**包括UART、I2C和SPI，用于与其他设备通信。
* **模数转换器（ADC）：**用于将模拟信号转换为数字信号。
* **数模转换器（DAC）：**用于将数字信号转换为模拟信号。

**4.2 STM32单片机编程环境和工具链**

**4.2.1 STM32CubeIDE开发环境介绍**

STM32CubeIDE是STM官方提供的集成开发环境（IDE），专为STM32单片机开发而设计。它集成了代码编辑器、编译器、调试器和外设配置工具，提供了友好的开发体验。

**4.2.2 STM32单片机编译器和调试器**

STM32单片机使用ARM编译器（如ARM Compiler 6）进行编译，并使用ARM调试器（如ARM Debugger）进行调试。这些工具可以帮助开发者快速定位和修复代码中的错误。

**代码块：STM32CubeIDE代码模板**

// STM32CubeIDE代码模板
#include "stm32f1xx_hal.h"

int main(void)
{
  HAL_Init();

  // 初始化GPIO
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

  // 循环点亮LED
  while (1)
  {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(500);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_Delay(500);
  }
}

**逻辑分析：**

这段代码使用HAL库函数初始化GPIO引脚并循环点亮LED。

* `HAL_Init()`：初始化STM32单片机的硬件抽象层（HAL）。
* `GPIO_InitStruct`：定义GPIO引脚配置参数。
* `HAL_GPIO_Init()`：初始化GPIO引脚。
* `HAL_GPIO_WritePin()`：设置或复位GPIO引脚。
* `HAL_Delay()`：产生延时。

**参数说明：**

* `GPIO_InitStruct.Pin`：要配置的GPIO引脚。
* `GPIO_InitStruct.Mode`：GPIO引脚模式（输入、输出、中断等）。
* `GPIO_InitStruct.Pull`：GPIO引脚上拉/下拉电阻。
* `GPIO_InitStruct.Speed`：GPIO引脚速度（低速、中速、高速）。
* `GPIOC`：GPIO端口（C端口）。
* `GPIO_PIN_13`：GPIO引脚（13号引脚）。
* `GPIO_PIN_SET`：设置GPIO引脚为高电平。
* `GPIO_PIN_RESET`：设置GPIO引脚为低电平。
* `500`：延时时间（单位：毫秒）。

# 5. STM32单片机实践应用**

**5.1 STM32单片机GPIO操作**

STM32单片机的通用输入/输出（GPIO）端口是单片机与外部设备进行数据交互的重要接口。GPIO端口可以配置为输入、输出或模拟输入等多种模式，为用户提供了灵活的应用选择。

**5.1.1 STM32单片机GPIO配置**

GPIO端口的配置主要涉及以下几个方面：

- **端口选择：**STM32单片机有多个GPIO端口，需要根据具体应用选择合适的端口。
- **引脚选择：**每个GPIO端口有多个引脚，需要选择要使用的引脚。
- **模式配置：**GPIO引脚可以配置为输入、输出、推挽输出、开漏输出或模拟输入等模式。
- **速率配置：**GPIO引脚可以配置为不同的速率，以满足不同的应用需求。
- **上拉/下拉电阻：**GPIO引脚可以配置上拉或下拉电阻，以防止引脚悬空。

GPIO端口的配置可以通过寄存器操作来实现。STM32单片机提供了丰富的GPIO寄存器，可以对GPIO端口的各个方面进行精细的控制。

**5.1.2 STM32单片机GPIO读写**

GPIO端口的读写操作非常简单，可以通过寄存器操作来实现。STM32单片机提供了以下几个寄存器来进行GPIO读写：

- **数据寄存器（GPIOx_ODR）：**用于读写GPIO端口的数据。
- **输出数据寄存器（GPIOx_ODR）：**用于设置GPIO端口的输出数据。
- **输入数据寄存器（GPIOx_IDR）：**用于读取GPIO端口的输入数据。

GPIO端口的读写操作可以通过以下步骤进行：

1. 配置GPIO端口的模式和速率。
2. 读写GPIOx_ODR寄存器来设置或读取GPIO端口的数据。

**代码示例：**

// 配置GPIOA的第5个引脚为输出模式
RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1ENR_GPIOAEN;
GPIOA->MODER &= ~GPIO_MODER_MODE5;
GPIOA->MODER |= GPIO_MODER_MODE5_0;

// 设置GPIOA的第5个引脚输出高电平
GPIOA->ODR |= GPIO_ODR_OD5;

// 读取GPIOA的第5个引脚输入数据
uint8_t data = GPIOA->IDR & GPIO_IDR_ID5;