第4章 初識STM32

4.1 什么是STM32

STM32，從字面上來理解，ST是指意法半導體公司，M是Microelectronics的縮寫，32表示32位，合起來理解，STM32就是指ST公司開發的32位微控制器。在如今的32位控制器當中，STM32可以說是最璀璨的新星，它深受工程師和市場的青睞，無其他芯片能出其右。

STM32誕生的背景

51單片機是嵌入式學習中一款入門級的經典MCU，因其結構簡單，易于教學，且可以通過串口編程而不需要額外的仿真器，所以在單片機教學中被大量采用，至今很多大學在嵌入式教學中用的還是51單片機。它誕生于20世紀70年代，屬于傳統的8位單片機，如今，久經歲月的洗禮，既有其輝煌又有其不足。現在的市場產品競爭越來越激烈，對成本極其敏感，相應地對MCU的性能要求也更苛刻：更多功能，更低功耗，易用界面和多任務。面對這些要求，51單片機現有的資源就顯得得力不從心。所以無論是高校教學還是市場需求，都急需一款新的MCU來為這個領域注入新的活力。

基于這樣的市場需求，ARM公司推出了其全新的基于ARMv7架構的32位Cortex-M3微控制器內核。緊隨其后，ST公司推出了基Cortex-M3內核的MCU-STM32。STM32憑借其產品線的多樣化、極高的性價比、簡單易用的庫開發方式，迅速在眾多Cortex-M3 MCU中脫穎而出，成為最閃亮的一顆新星。STM32一上市就迅速占領了中低端MCU市場，受到了市場和開發人員的無比青睞，頗有星火燎原之勢。

作為一名合格的嵌入式工程師，面對新出現的技術，我們不是充耳不聞，而是要盡快契合市場的需要，跟上技術的發展潮流。如今STM32的出現就是一種趨勢，一種潮流，我們要做的就是搭上這趟快車，讓自己的技術更有競爭力。

4.2 STM32能做什么

STM32屬于一個微控制器，自帶了各種常用通信接口，比如USART、I2C、SPI等，可連接非常多的傳感器，可以控制很多的設備。現實生活中，我們接觸到的很多電器產品中都有STM32的身影，比如智能手環、微型四軸飛行器、平衡車、移動POST機、智能電飯鍋、3D打印機等。下面我們以近兩年最為火爆的兩個產品來講解下：一個是手環，一個是飛行器。

4.2.1 智能手環

三星Gear Fit智能手環見圖4-1。

①STM32F439ZIY6S處理器，2048k B Flash，256k B RAM，WLCSP143封裝。

② Macronix MX69V28F6416MB閃存，基于MCP封裝的存儲器，是一種包含了NOR和SRAM的閃存，在手環、手機這種移動設備中經常使用，其優點是體積小，可以減小PCB的尺寸。這個閃存用439的FSMC接口驅動。

③Inven Sense MPU-6050陀螺儀/加速度計，用439的I2C接口驅動。

④博通BCM4334WKUBG芯片，支持802.11n，藍牙4.0+HS以及FM接收芯片，用439的SDIO或者SPI接口驅動。

⑤ 1.84"可彎曲屏幕（Super AMOLED），432×128像素。觸摸部分用439的I2C接口驅動，OLED顯示部分用LTDC接口驅動。

三星Gear Fit和秉火STM32F103資源對比見表4-1。

除了這幾個重要資源以外，STM32F103指南者開發板上還板載了EEPROM、USB轉串口、蜂鳴器、LED、普通按鍵、電容按鍵等外設資源，還可以擴展VS1053 MP3模塊、W5500以太網模塊，利用這些可以更充分地學習STM32F103VET6這個芯片。在板子上面，還可以運行系統μcosiii，學習圖形界面emwin，見圖4-2。如果功夫所至，學完之后，甚至可以自己做一個類似Gear Fit這樣的手環。可很多人又會說，Gear Fit涉及硬件和軟件，整個系統這么復雜，并不是一個人可以完成的。說的沒錯，我們可能做不了手環，但是我們的能力可以無限接近，多學點不無裨益，俗話說：技多不壓身。

4.2.2 微型四軸飛行器

現在無人機在業內非常火，高端的無人機用STM32做不了，但是微型四軸飛行器用STM32做還是綽綽有余的。如圖4-3所示的飛行器基本都可以用STM32完成。

上面的是屬于產品，如果想自己DIY，可以在入門STM32之后，買一本飛行器DIY的書，邊學邊做。入門級的書籍推薦《四軸飛行器DIY——基于STM32微控制器》。

4.2.3 淘寶眾籌

學會了STM32，想自己做產品，如何實現自己的夢想呢？淘寶眾籌吧，見圖4-4。自己做出產品原型，用別人的錢為自己的夢想買單。

淘寶眾籌科技類網址如下，這里面有很多小玩意都可以用STM32實現，只要你有創意，就會有人買單，前提是我們要先學會STM32。

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4.3 STM32怎么選型

4.3.1 STM32分類

STM32有很多系列，可以滿足市場的各種需求，從內核上分有Cortex-M0、M3、M4和M7這幾種，每個內核又大概分為主流、高性能和低功耗，具體見表4-2。

單純從學習的角度出發，可以選擇F1和F4，F1代表了基礎型，基于Cortex-M3內核，主頻為72MHz；F4代表了高性能，基于Cortex-M4內核，主頻180MHz。

與F1相比，F4（429系列以上）除了內核不同和主頻的提升外，升級的明顯特色就是帶了LCD控制器和攝像頭接口，支持SDRAM，這個區別在項目選型上會被優先考慮。但是就大學教學和用戶初學而言，還是首選F1系列，目前在市場上資料最多、產品占有量最多的就是F1系列的STM32。

4.3.2 STM32命名方法

我們以秉火F103指南者用的型號STM32F103VET6，來講解下STM32的命名方法，見表4-3。

更詳細的命名方法見圖4-5，摘自《STM8和STM32選型手冊》。

4.3.3 選擇合適的MCU

了解了STM32的分類和命名方法之后，就可以根據項目的具體需求先大概選擇哪類內核的MCU。普通應用、不需要接大屏幕的一般選擇Cortex-M3內核的F1系列；如果追求高性能，需要大量的數據運算，且需要外接RGB大屏幕的則選擇Cortex-M4內核的F429系列。

明確了大方向之后，接下來就是細分選型。先確定引腳數，引腳多的功能就多，價格也貴，具體得根據實際項目中需要使用到什么功能，夠用就好。確定好了引腳數目之后再選擇Flash大小，相同引腳數的MCU會有不同的Flash大小可供選擇，這個也是根據實際需要選擇，程序大的就選擇大點的Flash，也是夠用就好。有些月出貨量以KK（百萬數量級）為單位的產品，不僅是MCU，連電阻、電容能少用就少用，更有甚者連PCB的過孔的多少都要算計。項目中的元器件的選型很有學問。

1．如何分配原理圖IO

在畫原理圖之前，一般的做法是先把引腳分類好，然后才開始畫原理圖。引腳分類具體見表4-4。

2．如何尋找IO的功能說明

要想根據功能來分配IO，那就得先知道每個IO的功能說明，這個可以從官方的數據手冊里面找到。在學習的時候，有兩個官方資料我們會經常用到，一個是參考手冊（Reference Manual），另外一個是數據手冊（Data Sheet），兩者的具體區別見表4-5。

一句話概括：數據手冊主要在芯片選型和設計原理圖時參考，參考手冊主要在編程的時候查閱。官方的這兩個文檔可以從官方網址下載：http://www.stmcu.org/document/list/index/category-150，也可以從我們配置的資料里面找到。

在數據手冊中，有關引腳定義的部分在Pinouts and pin description小節中，具體定義見表4-6，更詳細的解釋見表4-7。

3．開始分配原理圖I/O

比如我們的F103指南者使用的MCU型號是STM32F103VET6，封裝為LQFP100。我們在數據手冊中找到這個封裝的引腳定義，然后根據引腳序號，一個一個復制出來，整理成Excel表。具體整理方法按照表4-4畫原理圖時的引腳分類即可。分配好之后就開始畫原理圖。