一、引言

STM32 是一款基于 ARM Cortex-M 内核的 32 位微控制器，是由ST公司使用ARM公司设计的内核在通过完善外围电路，整个封装起来就做成了STM32，现在STM32广泛应用于嵌入式领域。本文将详细介绍 STM32 的特点、内核、系列、外设、命名规则、系统结构、引脚定义、启动配置和最小系统电路等内容。

二、STM32 简介

• 名称含义：STM32 是意法半导体（ST）公司基于 ARM Cortex-M 内核开发的 32 位微控制器。其中，“ST” 代表 ST 公司，“M” 是微控制器（Microcontroller）的首字母，“32” 表示这是一款 32 位的单片机。
• 性能对比：与 8 位的 51 单片机相比，STM32 的性能更强。ST 公司也推出了 8 位单片机 STM8。
• 内部核心：STM32 内部的核心部分是 ARM Cortex-M 内核，由 ARM 公司设计。程序指令的执行、加减乘除的运算等都在内核里完成，相当于整个芯片的 CPU。
  
  

三、STM32 的应用领域

STM32 常应用于嵌入式领域，如智能车、无人机、机器人、无线通信、物联网、工业控制和娱乐产品等。

• 智能车：可以用 STM32 做一辆循迹小车，读取光电传感器或摄像头的数据，然后驱动电机前进和转弯。
  
• 无人机：用 STM32 读取陀螺仪，根据控制算法控制电机速度，保证飞机稳定飞行。
  
• 机器人：用 STM32 驱动舵机，控制机器人关节，让机器人运动。
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• 无线通信：给 STM32 连接 2.4G 无线模块、蓝牙或 WiFi 模块，使其具备无线通信能力。
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• 物联网：借助无线模块通信，通过 STM32 驱动继电器控制 220 伏电路通断。
  
• 工业控制：国产 PLC(工厂进行内部控制的) 内部主控可能是一块 STM32。
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• 娱乐产品：可以用 STM32 做爱心流水灯等娱乐电子产品。
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四、STM32 家族系列

目前 STM32 主要有四个系列：高性能系列、主流系列、超低功耗系列和无线系列。

• 高性能系列：有 STM32 F2、F4、F7、H7 等，如 STM32 H7 芯片是目前最强的 STM32 芯片，拥有双核微控制器。
  
• 主流系列：本次教程使用的是 STM32 F1 系列，如 STM32 F103 C8T6，内核是 ARM Cortex-M3，主频 72 兆赫兹，RAM 大小 20K，ROM 大小 64K，供电电压 2.0 - 3.6 伏，标准 3.3 伏供电。
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• 超低功耗系列：有 L0、L1、L4、L5 等型号。
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• 无线系列：有 STM32 WL 和 STM32 WB。
  
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* h. R2 S2 g) ]2 p  q补充：图片中的CoreMark是内核跑分，一般数字越大，性能越高五、ARM 内核介绍

• ARM 公司：ARM 公司是全球领先的半导体知识产权（IP）提供商，只设计 ARM 内核而不生产实物，授权给各大厂商，收取授权费盈利。
  
• 内核型号：ARM 公司针对不同应用场景生产了各种型号的内核，STM32 使用的 Cortex-M 内核是其中一种。ARM 内核在 ARM 11 之后更改了命名方式，推出了 Cortex 系列，包括 A、R、M 三个子系列，分别适用于高端应用、实时性高的场景和单片机领域。
  
  

六、STM32F103C8T6的相关介绍

• 内核：ARM Cortex-M3 内核，具有 177 的内核跑分，主频为 72 兆赫兹。
  
• 存储：RAM（运行内存，实际的存储介质是SRAM） 大小 20K，ROM（程序存储器，实际存储介质为 flash 闪存）大小 64K。
  
• 供电：供电电压为 2.0 - 3.6 伏，标准 3.3 伏供电。与 51 单片机的 5 伏供电不同，若有 5 伏电压输入，需加稳压芯片降至 3.3 伏后再给芯片供电。
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• 封装：采用 LQFP48 封装，共有 48 个引脚。
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七、STM32 F103 C8T6 的片上资源和外设

STM32F103C8T6 的片上资源丰富，又称为外设（peripheral），可通过程序配置外设来完成各种功能。以下是对其片上资源的详细介绍：

位于 Cortex-M3 内核里面的外设

NVC（嵌套向量中断控制器）：用于管理中断，比如配置中断优先级等。

CS（系统定时器）：主要给操作系统提供定时服务，STM32 可以加入操作系统如 FreeRTOS、UCOS等，若使用这些操作系统，需要此定时器提供定时来进行任务切换功能。在本课程不使用操作系统的情况下，也可以用这个定时器完成类似 delay 函数的功能。

位于 Cortex-M3 内核以外的外设

RCC（复位和时钟控制）：可以对系统的时钟进行配置，并且使能各模块的时钟。在 STM32 中，其他外设在上电的情况下默认是没有时钟的，不给时钟的情况下操作外设是无效的，外设也不会工作，这样的目的是降低功耗。所以在操作外设之前，必须要用 RCC 来完成时钟的使能。

GPIO（通用 I/O 口）：可以用 GPIO 来点灯、读取按键等，这是单片机最基本的功能之一。

AFIO（复用 I/O 口）：可以完成复用功能端口的重定义，还有中断端口的配置。

EXTI（外部中断）：配置好外部中断后，当引脚有电平变化时，可以触发中断，让 CPU 来处理任务。

TIM（定时器）：这是整个 STM32 最常用、功能最多的外设。TIM 分为高级定时器、通用定时器、基本定时器三种类型。其中高级定时器最为复杂，常用的是通用定时器。这个定时器不仅可以完成定时中断的任务，还可以完成测频率、生成 PWM 波形、配置成专用的编码器接口等功能。PWM 波形是电机驱动、舵机驱动最基本的要求。

ADC（模数转换器）：STM32 内置了 12 位的 ADC 转换器，可以直接读取 IO 口的模拟电压值，无需外部连接 ADC 芯片，使用非常方便。

DMA（直接内存访问）：可以帮助 CPU 完成搬运大量数据这样的繁杂任务。

USART（同步或异步串口）：平时用的 USART 是异步串口的意思，这里的 USART 既支持异步串口，也支持同步串口，实际还是用异步串口比较多。

I2C 和 SPI（通信协议）：STM32 也内置了它们的控制器，可以用硬件来输出时序波形，使用起来更高效。当然用通用 IO 口来模拟时序波形也是没有问题的。

CAN:一般由于汽车领域的通信。

USB：利用 STM32 的 USB 外设，可以做一个模拟鼠标、模拟 U 盘等设备。

RTC（实时时钟）：在 STM32 内部完成年月日时分秒的计时功能，而且可以接外部备用电池，即使掉电也能正常运行。

CRC（校验）：是一种数据的校验方式，用于判断数据的正确性，有了这个外设的支持，进行 CRC 校验就会更加方便一些。

PWR（电源控制）：可以让芯片进入睡眠模式等状态，来达到省电的目的。

BKP（备份寄存器）：这是一段存储器，当系统掉电时，仍可有备用电池保持数据，根据需要可以完成一些特殊功能。

IWDG（独立看门狗）\ WWDG（窗口看门狗）：当单片机因为电池干扰死机或者程序设计不合理出现死循环时，看门狗可以及时复位芯片，保证系统的稳定。

DAC（数模转换器）：可以在 IO 口直接输出模拟电压，是 ADC 模数转换的逆过程。

SDIO（SD 卡接口）：可以用来读取 SD 卡。

FSMC（可变静态存储控制器）：可以用于扩展内存或者配置成其他总线协议，用于某些硬件的操作。

USB OTG（USB 主机接口）：用 OTG 功能，可以让 STM32 作为 USB 主机，去读取其他 USB 设备。

需要注意的是，这是 STM32F1 整个系列的所有外设，并不是所有型号都拥有全部外设，比如 STM32F103C8T6 就没有后面四个外设（SDIO、FSMC、USB OTG、DAC）。

3 Y% Q/ C3 @$ \. j0 F1 ?八、STM32 F103 C8T6 的命名规则和系统结构

• 命名规则：STM32 代表基于 ARM 核心的 32 位微控制器，F 代表通用类型，103 代表增强型，C 代表引脚数目是 48，8 代表 flash 闪存容量是 64K，T 代表封装类型是 LQFP，6 代表温度范围为 -40 - 85 摄氏度。
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• 系统结构：STM32 F103 C8T6 的系统结构分为四个部分，左上角是 Cortex-M3 内核，引出三条总线连接 flash 闪存和其他外设。内核还通过系统总线连接 RAM、FMC 等。AHB（先进高性能总线）用于挂载主要外设，通过桥接连接到 APB（先进外设总线），APB2 性能比 APB1 高。右下角是外设种类和分布，左下角是 DMA（直接内存访问），可以作为内核 CPU 的小秘书，负责数据搬运等简单重复的工作。
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九、STM32F103C8T6的系统结构1.整体结构划分
可以将 STM32 的系统结构分为四个部分：
左上角：Cortex-M3 内核。内核引出三条总线，分别是 ICode 的指令总线、DCode 的数据总线和 System 系统总线。
ICode 总线主要用于加载程序指令，连接到 Flash 闪存，Flash 中存储着编写的程序。
DCode 总线用于加载数据，如常量和调试参数等。
; Q  E+ ^" H0 D左下角：DMA（直接内存访问）部分。DMA 可以看作是内核 CPU 的小秘书，主要负责一些简单且反复的数据搬运工作。DMA 通过 DMA 总线连接到总线矩阵上，它可以拥有和 CPU 一样的总线控制权，用于访问外设。当需要 DMA 搬运数据时，外设会通过请求线发送 DMA 请求，然后 DMA 获得总线控制权，访问并转运数据，整个过程不需要 CPU 的参与，节省了 CPU 的时间。
8 M' t* h9 H! U" u0 h8 n$ R7 a% C( n右下角：主要介绍外设种类和分布。

中间部分：包括连接内核与外设的各种总线和桥接。

2.总线系统

AHB（先进高性能总线）：用于挂载主要的外设，一般是最基本的或者性能比较高的外设，比如复位和时钟控制等最基本的电路，以及 SD 卡控制器（SDIO）也挂载在 AHB 上。
) k: p) S/ p3 n4 W4 t0 T! a两个桥接：连接到 APB2 和 APB1 两个外设总线上。由于 APB2 和 APB1 的总线协议、总线速度以及数据传送格式存在差异，所以需要这两个桥接来完成数据的转换和缓存。
APB2（先进外设总线 2）：性能比 APB1 高一些，一般和 AHB 同频率，都是 72 兆赫兹。连接的都是一些外设中稍微重要的部分，比如 GPIO 端口，还有一些外设的 1 号选手，如 USART、SPI、TIM（高级定时器 TIM8 和其他通用定时器等）、ADC、EXTI、AFIO 等也接在 APB2 上面。
- }% K& Y$ q! i' \- M- Q' RAPB1（先进外设总线 1）：一般是 36 兆赫兹。连接的是一些相对次要一点的外设，如 DAC、PWR、BKP 等。

/ O8 P2 j1 @3 W+ e十、STM32 F103 C8T6 的引脚定义和启动配置

• 引脚定义：引脚分为电源相关、最小系统相关和 I/O 口功能口。其中，VBAT 是备用电池供电引脚，可接 3 伏电池为 RTC 和备份寄存器供电；多个引脚可作为 I/O 口、侵入检测或 RTC 引脚；系统复位引脚 NIST 是低电平复位；多个引脚可作为启动配置引脚（BOOT0 和 BOOT1）、调试端口或普通 I/O 口。
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• 启动配置：通过配置 BOOT0 和 BOOT1 引脚选择启动模式。一般情况下，程序在 flash 程序存储器开始执行；也可以配置为系统存储器模式，用于串口下载程序；还可以配置为内置 SRAM 驱动S
  
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十一、STM32 最小系统电路

一般来说，单片机只有一个芯片是没有办法工作的，需要为它连接最基本的电路，这些最基本的电路就叫做最小系统电路。STM32 最小系统电路包括供电部分、晶振部分、复位电路和启动配置部分、下载端口。

1.供电部分：芯片四周有多个供电引脚，采用分区供电。主电源和模拟部分电源连接供电引脚，VSS 接地，VDD 接 3.3 伏，之间可连接滤波电容保证供电稳定。VBAT 可接备用电池，为 RTC 和备份寄存器服务，若不需要此功能可悬空或接 3.3 伏。
晶振部分：主时钟晶振一般为 8 兆赫兹，经过内部锁相环倍频得到 72 兆赫兹主频。晶振引脚通过网络标号连接到 STM32 的特定引脚，并接两个 20pF 的电容作为起振电容，另一端接地。若需要 RTC 功能，还需接一个 32.768 千赫兹的晶振。
2.复位电路：由 10k 电阻和 0.1 微法电容组成，为单片机提供复位信号。上电瞬间电容短路，NIST 引脚产生低电平，电容充满电后相当于断路，NIST 被上拉为高电平，完成上电复位。电容左边并联按键可实现手动复位。
. c6 n9 [8 P: J) r! ^. {启动配置：使用跳线帽或拨码开关配置 BOOT 引脚的高低电平，选择启动模式。
# l  h1 S3 g/ ]* R3 y下载端口：使用 ST-Link 下载程序时，需引出 SWDIO 和 SWCLK 引脚，以及 3.3 伏和接地引脚。
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' ?  f" W( C$ e) K3 c# b十二、总结

本文详细介绍了 STM32 的基本情况、ARM 内核参数、外设命名规则、系统结构、引脚定义、启动配置和最小系统电路等内容。STM32 功能强大、性能优异、片上资源丰富，是一款经典的嵌入式微控制器。要深入了解 STM32，可查看官方提供的文档资料。