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。
  
• 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。
  
• 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。
  
• 娱乐产品：可以用 STM32 做爱心流水灯等娱乐电子产品。
  
  

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。
  
• 超低功耗系列：有 L0、L1、L4、L5 等型号。
  
• 无线系列：有 STM32 WL 和 STM32 WB。
  
  

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。
  
• 封装：采用 LQFP48 封装，共有 48 个引脚。
  
  

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）。

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。
  
• 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。
  
  

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。
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。
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。
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。
APB1（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。

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。
  
• 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
  
  

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。
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。
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。

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。