STM32F103ZET6编程基础


参考资源链接：[STM32F103ZET6原理图](https://wenku.csdn.net/doc/646c29ead12cbe7ec3e3a640?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. STM32F103ZET6微控制器概述

## 1.1 微控制器简介

STM32F103ZET6是STMicroelectronics（意法半导体）生产的一款基于ARM Cortex-M3处理器的高性能微控制器。它集成了丰富的外设接口和存储资源，具有出色的处理性能和能效比，广泛应用于工业控制、医疗设备、汽车电子等领域。

## 1.2 核心特性

该微控制器具有72MHz的主频，最高可达1MB的Flash和96KB的SRAM，这为开发者提供了灵活的程序存储和运行空间。同时，内置的多种通信接口，例如USART, SPI, I2C等，使得它能够轻松实现与外部设备的数据交换。

## 1.3 应用前景

STM32F103ZET6的高性能和丰富的外设资源使其成为中高端应用的理想选择。从简单的传感器数据采集到复杂的通信网络控制，STM32F103ZET6都能提供强大的支持，满足各种开发需求。

# 2. 开发环境与工具链搭建

### 2.1 硬件开发环境配置
#### 2.1.1 STM32F103ZET6开发板介绍

STM32F103ZET6开发板是ST公司推出的一款基于ARM Cortex-M3内核的高性能微控制器(MCU)。这款开发板以其出色的性能、丰富的外设接口以及适中的价格受到众多开发者的青睐。它通常用于嵌入式系统、工业控制、医疗设备以及许多其他需要处理能力强大且能效高的应用场合。

开发板一般包括以下几个核心组件：
- STM32F103ZET6微控制器
- 256KB的闪存和64KB的SRAM
- 多种通信接口，如USART、I2C、SPI、CAN等
- USB接口和电源管理
- 多个用于模拟输入的ADC通道
- 丰富的GPIO接口，方便外接各种传感器和执行器件
- 调试和下载接口，如ST-Link

#### 2.1.2 必备的硬件工具和连接方式

要开始使用STM32F103ZET6开发板，你需要一些基本的硬件工具来辅助开发和调试，具体如下：

- **ST-Link调试器**：用于连接电脑和开发板，通过SWD接口进行程序的下载、调试和运行。

- **电源适配器**：为开发板提供稳定的电源，通常为5V。

- **USB数据线**：连接ST-Link调试器和电脑的USB接口，用于数据传输。

- **JTAG/SWD转接板**（可选）：一些开发环境可能会使用JTAG接口，而ST-Link使用的是SWD接口，因此可能需要转接板。

- **其他外围设备**：如LED灯、按钮、数码管、传感器等，用于测试程序。

连接方式通常很简单，按照以下步骤进行：

1. 将ST-Link调试器通过USB数据线连接到电脑。
2. 使用SWD接口将ST-Link调试器连接到开发板的调试接口。
3. 将开发板的电源开关打开，连接电源适配器。
4. 连接其他外围设备到开发板上的适当接口。

### 2.2 软件开发环境搭建

#### 2.2.1 安装Keil uVision IDE

Keil uVision是由Keil Elektronik GmbH开发的集成开发环境（IDE），专门用于嵌入式系统开发。它提供了包括编译器、调试器以及闪存编程器在内的全套开发工具。要开发STM32F103ZET6应用，需要安装Keil uVision5或更高版本。以下是安装Keil uVision IDE的基本步骤：

1. 访问Keil官网下载最新版本的Keil uVision IDE安装包。
2. 双击下载的安装包，启动安装向导。
3. 选择安装路径，点击"Next"继续。
4. 等待安装过程完成，并启动Keil uVision IDE。

安装完成后，Keil IDE应该包含必要的编译器、调试器、模拟器以及STM32F103ZET6的初始设备文件。

#### 2.2.2 配置ST-LINK驱动程序

ST-LINK是ST公司提供的用于下载程序和调试STM32系列微控制器的硬件工具。要使用ST-LINK与Keil uVision IDE配合工作，需要先配置ST-LINK的驱动程序。以下是配置ST-LINK驱动程序的步骤：

1. 连接ST-Link调试器到电脑的USB接口。
2. 安装ST-Link驱动程序。可以从ST官网或者Keil IDE的安装目录中找到相应的安装包。
3. 运行驱动安装程序并遵循提示完成安装。
4. 安装完成后，电脑会识别到ST-LINK驱动，并显示在设备管理器中。

确保驱动程序正确安装，可以通过在设备管理器中查看是否有ST-Link USB Device来验证。

#### 2.2.3 STM32F103ZET6固件库的导入与配置

STM32F103ZET6固件库是ST公司提供的用于简化STM32系列微控制器编程的软件库。包含各种外设的驱动和函数库，使开发者能够专注于应用层的开发。以下是导入和配置STM32F103ZET6固件库的步骤：

1. 从ST官网下载STM32F103ZET6的固件库文件。
2. 在Keil uVision IDE中创建一个新项目，并命名为你的项目名称。
3. 在项目视图中，右键点击"Target 1"，选择"Options for Target"。
4. 在弹出的窗口中，切换到"Target"标签页，设置晶振频率。
5. 在"Output"标签页中，勾选"Create HEX File"，以便生成烧录文件。
6. 切换到"C/C++"标签页，导入STM32F103ZET6的固件库文件夹。

完成以上步骤后，你的Keil uVision IDE开发环境就配置好了，可以开始STM32F103ZET6的项目开发了。

graph LR
    A[开始配置固件库] --> B[创建新项目]
    B --> C[设置项目名称]
    C --> D[右键点击"Target 1"]
    D --> E[选择"Options for Target"]
    E --> F[设置晶振频率]
    F --> G[生成烧录文件选项]
    G --> H[导入固件库文件夹]
    H --> I[结束配置]

### 2.3 开发工具链的使用

#### 2.3.1 代码编辑与编译流程

代码编辑和编译是开发STM32F103ZET6应用过程中最基本的部分。以下是使用Keil uVision IDE进行代码编辑和编译的基本步骤：

1. 打开Keil uVision IDE，并打开你的项目。
2. 在项目视图中，双击"Source Group 1"下的"main.c"文件进行代码编辑。
3. 输入或粘贴你的代码。
4. 编写完毕后，点击工具栏上的"Rebuild"按钮，开始编译和链接过程。
5. 如果编译成功，IDE会显示"0 Errors, 0 Warnings"，并且在"Build Output"视窗中可以找到生成的HEX文件。

#include "stm32f10x.h"

int main(void) {
    // 初始化代码
    SystemInit();
    // 主循环
    while(1) {
        // 应用代码
    }
}

在上面的示例代码中，我们首先包含了针对STM32F103ZET6系列的头文件"stm32f10x.h"。随后在main函数中，进行了系统初始化，并进入了无限循环等待其他操作。

#### 2.3.2 调试工具的使用与固件下载

在代码编写完成后，接下来的步骤是使用调试工具来检查程序的功能是否符合预期，这通常包括单步调试、变量监视、断点设置等功能。以下是使用Keil uVision IDE进行调试和固件下载的基本步骤：

1. 确保开发板已经连接到电脑，并且ST-Link驱动程序已经安装。
2. 在Keil IDE中，点击工具栏上的"Debug"按钮启动调试会话。
3. 使用"Step Over"、"Step Into"、"Step Return"等工具条按钮进行单步调试。
4. 使用变量监视窗口观察变量值的变化。
5. 如果需要停止调试，点击"Stop"按钮。

完成以上调试步骤后，使用ST-Link工具下载固件到开发板。

void __iar_program_start(void);

在上面的示例代码中，我们使用了特殊的函数`__iar_program_start`，这是为了确保程序从正确的入口点开始执行。Keil IDE提供了相应的启动代码，所以开发者通常不需要对此代码进行修改。

graph LR
    A[开始调试] --> B[连接开发板]
    B --> C[点击"Debug"]
    C --> D[使用调试工具]
    D --> E[观察变量值]
    E --> F[下载固件]
    F --> G[结束调试]

通过以上步骤，你可以完成STM32F103ZET6微控制器的开发环境和工具链的搭建，并进行基本的编程和调试。

# 3. 基础编程概念和实践

## 3.1 STM32F103ZET6的内存映射

### 3.1.1 内存结构和地址空间

STM32F103ZET6的内存结构是典型的ARM Cortex-M3内存布局，具有一个固定的32位宽的地址空间。地址从0x00000000到0xFFFFFFFF共4GB，按功能被分为几个部分，包括代码区域、静态数据区域、外部RAM、外部设备和特殊功能寄存器(SFRs)。

#### Flash和RAM的使用方法

在STM32F103ZET6中，Flash用于存储程序代码和非易失性数据，而RAM则用于程序运行时的变量存储和堆栈。Flash的默认起始地址是0x08000000，这个区域通常被分为多个页，每页大小依赖于具体的STM32系列型号。编写程序时，需要将代码和非易失性数据烧写入Flash区域。

RAM通常位于地址0x20000000开始的位置，程序员可以通过编程访问这个区域来存储临时数据和运行时变量。STM32F103ZET6的RAM大小通常为64KB，但是型号不同可能有所变化。

// 示例代码：访问Flash和RAM
#define FLASH_BASE 0x08000000
#define RAM_BASE 0x20000000

void access_flash_and_ram(void) {
    // 假设已知一个变量存储在Flash中
    const uint32_t *flash_var_ptr = (uint32_t *)FLASH_BASE;
    // 访问Flash中的变量
    uint32_t flash_var = *flash_var_ptr;
    // 假设我们想要存储一个变量到RAM中
    uint32_t ram_var = 0x12345678;
    // 将变量写入RAM的特定位置
    uint32_t *ram_ptr = (uint32_t *)(RAM_BASE + 0x1000);
    *ram_ptr = ram_var;
}

在上述代码中，我们定义了Flash和RAM的基地址，并展示了如何访问Flash中的数据以及如何向RAM中写入数据。

### 3.1.2 Flash和RAM的配置

在STM32F103ZET6中配置Flash和RAM，涉及到初始化代码的编写，这通常由固件库函数自动完成。了解如何配置Flash和RAM对于优化程序性能和内存使用至关重要。

// 示例代码：Flash和RAM配置函数
void flash_and_ram_configuration(void) {
    // 初始化Flash
    // 例如，配置Flash时钟、访问权限等
    FLASH->KEYR = 0x45670123;
    FLASH->OPTKEYR = 0xCDEF89AB;
    FLASH->CR |= FLASH_CR_LOCK;
    // 初始化RAM
    // 通常无需特别配置，但可能会有针对特定应用场景的优化设置
}

在上面的代码中，我们演示了如何通过写入特定的寄存器来解锁Flash，这是编程中常见的配置步骤，尤其是在执行Flash擦除和编程操作时。

## 3.2 基本输入输出编程

### 3.2.1 GPIO接口的操作与配置

通用输入输出（GPIO）是微控制器中最基本的接口。STM32F103ZET6提供了多达112个GPIO引脚，每个引脚都可以独立地配置为输入、输出、复用功能或