STM32 外设使用教程

以F411CEU6为例

总架构图：

优化项

STM32 F4 系列具备指令缓存、数据缓存和预取缓冲区功能。

// 启用指令缓存、数据缓存、预取缓冲区
FLASH->ACR |= FLASH_ACR_ICEN | FLASH_ACR_DCEN | FLASH_ACR_PRFTEN;

• FLASH->ACR：FLASH 是一个指向闪存控制寄存器组的结构体指针，ACR 即闪存访问控制寄存器（Access Control Register）。借助对该寄存器进行操作，能够对闪存的访问行为进行配置。
• FLASH_ACR_ICEN：这是一个宏定义，代表指令缓存使能位。当该位被置为 1 时，指令缓存功能会被启用。指令缓存的作用是把频繁访问的指令存储起来，这样在后续需要执行这些指令时，就无需再从闪存中读取，从而加快指令的执行速度。
• FLASH_ACR_DCEN：这同样是一个宏定义，代表数据缓存使能位。当该位被置为 1 时，数据缓存功能会被启用。数据缓存用于存储频繁访问的数据，减少对闪存的访问次数，进而提高数据访问的速度。
• FLASH_ACR_PRFTEN：此宏定义代表预取缓冲区使能位。当该位被置为 1 时，预取缓冲区功能会被启用。预取缓冲区能够提前从闪存中读取指令，在 CPU 需要执行指令时可以更快地提供指令，从而提升指令的执行效率。

在 STM32 F1 系列中，只有大容量产品（如 STM32F103xE 等）具备预取缓冲区（Prefetch Buffer）功能，不过并没有指令缓存（Instruction Cache）和数据缓存（Data Cache）功能。

配置时钟源

以下图中时钟配置为例：

// 配置使用外部高速时钟 HSE 作为时钟源
void SystemClock_Config(void) {
	ErrorStatus HSEStartUpStatus;
	RCC_DeInit();	// 复位 RCC 时钟配置为默认值

	RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);	// 使能 HSE
	HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();	// 等待 HSE 启动

	if (HSEStartUpStatus == SUCCESS) {
		// 配置 PLL 锁相环
		RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE, 12, 96, 2, 4);
		// 使能 PLL 锁相环
		RCC_PLLCmd(ENABLE);
		
		while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET) {
			// 等待 PLL 启动
		}

		// 配置系统时钟
		RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
		// 配置 APB1 和 APB2 时钟
		RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
		RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);
		// 设置系统时钟
		RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);

		// 等待系统时钟切换到 PLL
		while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08) {}
	} else {
		while (1) {}
		// 配置失败，死循环
	}
}

配置完毕之后可以通过一个函数获取到当前芯片的系统时钟频率：

// 获取当前系统时钟频率
void get_clock_info(void) {
	RCC_ClocksTypeDef RccClocks;
	RCC_GetClocksFreq(&RccClocks);

	printf("SYSCLK Frequency: %lu Hz\r\n", RccClocks.SYSCLK_Frequency);
	printf("HCLK Frequency: %lu Hz\r\n", RccClocks.HCLK_Frequency);
	printf("PCLK1 Frequency: %lu Hz\r\n", RccClocks.PCLK1_Frequency);
	printf("PCLK2 Frequency: %lu Hz\r\n", RccClocks.PCLK2_Frequency);
}

GPIO

作为输出

// LED硬件GPIO初始化
void led_init() {
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC, ENABLE);

    GPIO_InitTypeDef blue_led_pin;
    blue_led_pin.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
    blue_led_pin.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
    blue_led_pin.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
    blue_led_pin.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    blue_led_pin.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
    
    GPIO_Init(GPIOC, &blue_led_pin);    
}

读取外部电平信号

以按键电路为例

首先初始化GPIO口

void Key_Init(void) {
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);

    GPIO_InitTypeDef GPIO_Key_InitStructure;
    GPIO_Key_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_Key_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;
    GPIO_Key_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
    GPIO_Key_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Key_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_Key_InitStructure);
}

UART/USART

使用串口，看芯片的引脚发现，UART1需要复用GPIOA的Pin9和Pin10。

所以总体流程是：

• 使能GPIO
• 使能UART
• 配置GPIO Pin脚属性及Pin复用（引脚复用这里要注意，F1系列中使用GPIO_Init函数就完成复用功能了，但是F4系列引脚复用功能更强大，所以要使用单独的GPIO_PinAFConfig函数指定复用功能）
• 配置Pin脚UART属性
• 使能UART接收中断
• 使能UART
• 配置UART接收中断的NVIC
• 重写UART接收中断服务程序

#include "stm32f4xx.h"
#include "usart.h"

// Reuse GPIOA Pin9 and Pin10 as UART1 TX/RX pins
void usart1_gpio_init(void) {
    
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);   // enable GPIOA clock
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);  // enable USART1 clock

    // initialize USART1 TX pin
    GPIO_InitTypeDef usart1_tx_pin;
    usart1_tx_pin.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    usart1_tx_pin.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
    usart1_tx_pin.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    usart1_tx_pin.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    usart1_tx_pin.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
    GPIO_Init(GPIOA, &usart1_tx_pin);

    // initialize USART1 RX pin
    GPIO_InitTypeDef usart1_rx_pin;
    usart1_rx_pin.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    usart1_rx_pin.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
    usart1_rx_pin.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    usart1_rx_pin.GPIO_OType = GPIO_OType_OD;
    usart1_rx_pin.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
    GPIO_Init(GPIOA, &usart1_rx_pin);

    // REMAP USART1 TX/RX pins
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_USART1);
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource10, GPIO_AF_USART1);

    // initialize USART1
    USART_InitTypeDef usart1_init;
    usart1_init.USART_BaudRate = 115200;
    usart1_init.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    usart1_init.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    usart1_init.USART_Parity = USART_Parity_No;
    usart1_init.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    usart1_init.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1, &usart1_init);

    // enable USART1 RX interrupt
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
    // enable USART1
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);

    // enable USART1 interrupt
    NVIC_InitTypeDef nvic_init;
    nvic_init.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    nvic_init.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 6;
    nvic_init.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    nvic_init.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&nvic_init);
}

// USART1中断服务程序
// USART1 interrupt service program
void USART1_IRQHandler(void) {
    if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) {
        char ch = USART_ReceiveData(USART1);
        USART_SendData(USART1, ch);
        USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
    }
}

TIM（Timer）

TIM是一个计数器，当计数器的输入是一个准确可靠的基准时钟的时候，计数的过程就是计时的过程，所以也叫做定时器。

除了基本的定时中断功能，还有内外时钟源选择、输入捕获、输出比较、编码器接口、主从触发模式等多种功能。

TIM根据复杂度和应用场景可以分为高级定时器、通用定时器、基本定时器三种类型。

ADC

Analog-to-Digital Converter的缩写。指模/数转换器或者模拟/数字转换器。是指将连续变量的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。

ADC的主要特征

• 12位逐次逼近型的模拟数字转换器；
• 最多带3个ADC控制器，可以单独使用，也可以使用双重模式提高采样率；
• 最多支持23个通道，可最多测量21个外部和2个内部信号源；
• 支持单次和连续转换模式；
• 转换结束，注入转换结束，和发生模拟看门狗事件时产生中断；
• 通道0到通道n的自动扫描模式；
• 自动校准；
• 采样间隔可以按通道编程；
• 规则通道和注入通道均有外部触发选项；
• 转换结果支持左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器；
• ADC转换时间：最大转换速率 1us（最大转换速度为1MHz，在ADCCLK=14M，采样周期为1.5个ADC时钟
• 得到）；
• ADC供电要求：2.4V-3.6V；
• ADC输入范围：VREF- ≤ VIN ≤ VREF+。

F411ceu6中的adc

该款芯片中只有一个12位的adc，挂载在APB2总线上，内部总线、外设联系：

F411xC/xE有1个ADC，16个外部输入通道，有single-shot mode和 scan mode两种采样模式，也交代了可以使用DMA, 并且在电压采样的时候会产生中断。

ADC的时钟可以通过PCLK2通过分频得到，不过ADCCLK存在一个最大值，在供电电压在2.4V~3.6V时，ADCCLK最大可以是36MHz,典型值是30MHz。