STM32：从菜鸟到牛人就是如此简单！

时间：2020-05-06 10:18:06

关键字： STM32 BSP GPIO 开漏输出

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[导读]为了学习单片机而去学习单片机的思路是不对的你问如何系统地入门学习stm32？本身就是一个错误的问题假如你会使用8051 会写C语言那么STM32本身并不需要刻意的学习。你要考虑的是我可以用STM32实现什么？为什么使用STM32而不是8051？是因为51的频率太低

为了学习单片机而去学习单片机的思路是不对的

你问
如何系统地入门学习stm32？

本身就是一个错误的问题
假如你会使用8051
会写C语言
那么STM32本身并不需要刻意的学习。

你要考虑的是
我可以用STM32实现什么？

为什么使用STM32而不是8051？是因为51的频率太低，无法满足计算需求？是51的管脚太少，无法满足众多外设的IO？是51的功耗太大，电池挺不住？是51的功能太弱，而你要使用SPI、I2C、ADC、DMA？是51的内存太小而你要存储的东西太多？

当你需要使用STM32某些功能，而51实现不了的时候，那STM32自然不需要学习，你会直接去寻找STM32某方面的使用方法。比如要用spi协议的网卡、要使用串口通信、要使用rtos等等……

01
从菜鸟到牛人的学习步骤

我们假定大家已经对STM32的书籍或者文档有一定的理解。如不理解，请立即阅读STM32的文档，以获取最基本的知识点。

英文好的同学，请不要以为你很牛，可以只看英文文档。毕竟你是中国人，你最熟悉的，理解最好的还是中文。看英文的速度还是比看中文慢一些，我们要的是最短的时间，而不是追求短时间内记住所有细节。当然，如果是一篇论文，建议看英文原版还是有好处的。

STM32处理器进入国内市场时候，ST官方（或者第三方）的推广工作做的非常好。翻译了大量的英文文档，迎合了国内的很多工程师的思维。

学习的时候，关注两个比较重要的文档：《STM32F103xxx参考手册》，《STM32固件库使用手册》。这是针对有充足的时间、精力的同学，建议去下载需要查阅的文档，以获取更多信息。

阅读《STM32F103xxx参考手册》，一定要注意，不需要全部阅读——没有时间的。建议选读，但是前几章必读。存储器和总线架构、电源控制、备份寄存器、复位和时钟控制，通用和复用功能I/O，中断和时间等等前几章一定要花时间阅读。

后面章节，讲述的是具体的功能模块设计。如果我们用到哪个模块，就可以去阅读哪个模块。比如在使用AD的时候，就需要去阅读第10章ADC。其他不举例。相信每个初学者都有自己的研究方向和判断。

阅读《STM32固件库使用手册》，主要是为了简化编程。STM32给我们提供了一个非常好的固件函数库，我们只要去调用即可。当然，我们也可以不去碰这些固件库——传说使用它会使得代码效率变低，是有道理的。网络上也出现了很多网友自己写的代码，没有使用带固件库函数。如何取舍，在于您的选择。

这里我主要强调的是，阅读《STM32固件库使用手册》的时候，前面几章也是必须阅读的。比如第一章文档和库规范中的命名规则，编码规则，这些都是需要注意的。第二章是最关键的，希望大家熟读。第二章描述了固件库的架构，我们如何去使用固件库的步骤等。有了第二章的基础，我们就可以借助固件库写出自己的代码了。第四章开始之后，就可以根据大家的需要来阅读。实际上，后续的章节，都是描述某个模块有什么什么函数，每个函数如何使用等。

关于后面的章节，建议对GPIO库函数、中断部分库函数、复位和时钟设置的库函数要比较熟悉，因为平时经常会用到。

以上提到的这两个文档，已经足够您看的了，呵呵。希望您能从中获取大量的STM32基础知识。

02
设定一个不错的两周入门计划

（1）这里所谓的“入门”，指的是能理解并掌握一些常用的STM32外设，真正想掌握一款处理器，两周根本说明不了什么问题。只能说，你已经有所了解了。但是，这对我们初学者来说已经足够了。

（2）这里所谓的“两周”，根据每个人的时间安排不同而不同。

如果您每天有充足的时间学习，那么可以规定自己尽快地能独立地进行简单的STM32开发。

如果您每天只有业余时间来学习STM32，建议根据您的具体情况安排时间。毕竟计划时间如果安排太紧，反而收不到良好的效果，只能进入恶性循环，这是我们要避免的。

但是建议，不管您有无充足的时间，都必须给自己做一个计划！！

这里列出一个思路，仅供参考。

步骤一， 安装完STM32学习的软件，比如J-Link、Keil for ARM（MDK）、ISP（如果需要从串口下载的话）。这些软件安装的详细步骤，可以参考我们推出的相应教程进行。

步骤二， 挑选部分例程的HEX，比如LED灯的例程HEX文件，下载到芯达STM32开发板中，观察两个LED灯的闪烁情况。这部分的操作，可以参考我们推出的相应的教程进行。

实际上，以上两个步骤，是为了熟悉要使用的工具软件而已。属于找感觉的阶段。其实我们还没开始STM32的学习呢！

步骤三， 准备几个常用的文档，比如《STM32的用户手册》，《STM32固件库使用手册》等文档。用于平时查阅。这些文档，在光盘中的芯片手册目录中均可找到。

步骤四， 开始查看例程的编写，看看例程是如何写的，自己可否修改下例程，达到自己想要的效果呢？

步骤五， Ucos-II的移植，是否需要试一下？

恭喜你，至此，你已经可以自如进行独立的开发了。最后一步，给自己一个目标（项目），把它实现出来！

再次强调，以上只是一个学习STM32的思路，供大家参考。下面列出了前面关键的步骤，希望大家能尽快入门。

第1步：熟悉调试软件

对初学者来说，我们至少需要安装两个软件：J-Link驱动软件、MDK（就是原来的Keil）软件。

这两个软件在安装软件的过程可以查看神舟开发板用户手册，这里不再重复，大家可以参考我们推出的教程《如何安装J-Link驱动软件》以及《如何安装MDK（Keil）软件》。如何验证自己已经熟悉调试软件的操作了呢？很简单，神舟STM32开发板光盘里附带了很多HEX格式的文件，可以选择一些HEX文件，来观察运行结果。

该步骤要达到的目标：熟悉调试软件，如烧写HEX出现问题，可简单判别问题所在，并独立解决。

第2步：GPIO编程

这是第一次接触固件库的编程，一定要硬着头皮去了解固件库。建议大家尽量去用固件库。而不是避开固件库自己写代码——这样只能在学习中才会发生。实际的项目中，代码成百上千个，如何一个一个自己写？调用固件库中的函数来完成，才是王者之道。

GPIO本身的编程实际上很简单

1、设置GPIO口的引脚为输入或者输出模式。我们在进行点灯代码的时候，一般设置为推挽输出模式。

2、操作寄存器，往寄存器里置1或者清零操作——这个步骤，固件库已经提供了专门的GPIO_SetBits函数和GPIO_ResetBits函数，我们只要去调用即可实现对IO口的置1和清零。

3、实现多种花样的LED闪动，使得自己熟悉GPIO的编程过程。

该步骤要达到的目标：熟悉调试软件，如烧写HEX出现问题，可简单判别问题所在，并独立解决。

第3步：开始全新的STM32深入研究

经过以上调试软件的熟悉和GPIO口的编程调试后，相信您已经对STM32有一定的了解。

至少知道如何利用STM32的固件库去写一个代码。在这个阶段，将要接触到串口编程、TFT液晶屏驱动编程、定时器编程、串行外设接口SPI编程、存储器编程、SD卡与文件系统移植、USB读写、UCOS移植等，有精力还可以研究其他外设。

03
GPIO的8种工作模式详解

推挽输出

可以输出高、低电平，连接数字器件；推挽结构一般是指两个三极管分别受两个互补信号的控制，总是在一个三极管导通的时候另一个截止。高低电平由IC的电源决定。

推挽电路是两个参数相同的三极管或MOSFET，以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形放大任务，电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小、效率高。输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。推拉式输出级既提高电路的负载能力，又提高开关速度。

开漏输出

输出端相当于三极管的集电极，要得到高电平状态需要上拉电阻才行。适合于做电流型的驱动，其吸收电流的能力相对强（一般20mA以内）。开漏形式的电路有以下几个特点：

1、利用外部电路的驱动能力，减少IC内部的驱动。当IC内部MOSFET导通时，驱动电流是从外部的VCC流经上拉电阻、MOSFET到GND。IC内部仅需很小的栅极驱动电流。

2、一般来说，开漏是用来连接不同电平的器件，匹配电平用的，因为开漏引脚不连接外部的上拉电阻时，只能输出低电平，如果需要同时具备输出高电平的功能，则需要接上拉电阻，很好的一个优点是通过改变上拉电源的电压，便可以改变传输电平。比如加上上拉电阻就可以提供TTL/CMOS电平输出等。（上拉电阻的阻值决定了逻辑电平转换的速度。阻值越大，速度越低功耗越小，所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度。）

3、开漏输出提供了灵活的输出方式，但是也有其弱点，就是带来上升沿的延时。因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电，所以当电阻选择小时延时就小，但功耗大；反之延时大功耗小。所以如果对延时有要求，则建议用下降沿输出。

4、可以将多个开漏输出连接到一条线上。通过一只上拉电阻，在不增加任何器件的情况下，形成“与逻辑”关系，即“线与”。可以简单的理解为：在所有引脚连在一起时，外接一上拉电阻，如果有一个引脚输出为逻辑0，相当于接地，与之并联的回路“相当于被一根导线短路”，所以外电路逻辑电平便为0，只有都为高电平时，与的结果才为逻辑1。

关于推挽输出和开漏输出，最后用一幅最简单的图形来概括：该图中左边的便是推挽输出模式，其中比较器输出高电平时下面的PNP三极管截止，而上面NPN三极管导通，输出电平VS+；当比较器输出低电平时则恰恰相反，PNP三极管导通，输出和地相连，为低电平。右边的则可以理解为开漏输出形式，需要接上拉。

浮空输入

对于浮空输入，一直没找到很权威的解释，只好从以下图中去理解了

由于浮空输入一般多用于外部按键输入，结合图上的输入部分电路，我理解为浮空输入状态下，IO的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定，如果在该引脚悬空的情况下，读取该端口的电平是不确定的。

上拉输入/下拉输入/模拟输入

这几个概念很好理解，从字面便能轻易读懂。

复用开漏输出、复用推挽输出

可以理解为GPIO口被用作第二功能时的配置情况（即并非作为通用IO口使用）

总结在STM32中选用IO模式

1、浮空输入GPIO_IN_FLOATING ——浮空输入，可以做KEY识别，RX1

2、带上拉输入GPIO_IPU——IO内部上拉电阻输入

3、带下拉输入GPIO_IPD—— IO内部下拉电阻输入

4、模拟输入GPIO_AIN ——应用ADC模拟输入，或者低功耗下省电

5、开漏输出GPIO_OUT_OD ——IO输出0接GND，IO输出1，悬空，需要外接上拉电阻，才能实现输出高电平。当输出为1时，IO口的状态由上拉电阻拉高电平，但由于是开漏输出模式，这样IO口也就可以由外部电路改变为低电平或不变。可以读IO输入电平变化，实现C51的IO双向功能

6、推挽输出GPIO_OUT_PP ——IO输出0-接GND， IO输出1 -接VCC，读输入值是未知的

7、复用功能的推挽输出GPIO_AF_PP ——片内外设功能（I2C的SCL,SDA）

8、复用功能的开漏输出GPIO_AF_OD——片内外设功能（TX1,MOSI,MISO.SCK.SS）

STM32设置实例

1、模拟I2C使用开漏输出_OUT_OD，接上拉电阻，能够正确输出0和1；读值时先GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0)；拉高，然后可以读IO的值；使用GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_0)；

2、如果是无上拉电阻，IO默认是高电平；需要读取IO的值，可以使用带上拉输入_IPU和浮空输入_IN_FLOATING和开漏输出_OUT_OD；

通常有5种方式使用某个引脚功能

它们的配置方式如下：

1、作为普通GPIO输入：根据需要配置该引脚为浮空输入、带弱上拉输入或带弱下拉输入，同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。

2、作为普通GPIO输出：根据需要配置该引脚为推挽输出或开漏输出，同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。

3、作为普通模拟输入：配置该引脚为模拟输入模式，同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。

4、作为内置外设的输入：根据需要配置该引脚为浮空输入、带弱上拉输入或带弱下拉输入，同时使能该引脚对应的某个复用功能模块。

5、作为内置外设的输出：根据需要配置该引脚为复用推挽输出或复用开漏输出，同时使能该引脚对应的所有复用功能模块。

注意如果有多个复用功能模块对应同一个引脚，只能使能其中之一，其它模块保持非使能状态。比如要使用STM32F103VBT6的47、48脚的USART3功能，则需要配置47脚为复用推挽输出或复用开漏输出，配置48脚为某种输入模式，同时使能USART3并保持I2C2的非使能状态。如果要使用STM32F103VBT6的47脚作为TIM2_CH3，则需要对TIM2进行重映射，然后再按复用功能的方式配置对应引脚。

-END-