STM32

作者:华清远见王老师

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上,但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件:CPU、内存、内部和外部总线系统,目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器,实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。

早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。我们说的51一般是指51系列的单片机,型号有很多,常见的有 STC89C51、 AT89S51 ,其中国内用的最多的是STC89C51/2  

随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用,32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位,并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高,处理能力比起80年代提高了数百倍。目前,高端的32位单片机主频已经超过300MHz,性能直追90年代中期的专用处理器,而普通的型号出厂价格跌落至1美元,最高端的型号也只有10美元。

当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。其中ST公司的32位微处理器STM32系列占据了大量的市场份额(华清远见近期与ST公司也有STM32项目方向的合作,主要是STM32MP1多核微处理器系列,ST公司最新推出的第一款MPU产品,感兴趣的朋友也可关注这里)。

那么作为开发者在开发51系列单片机与stm32系列单片机时存在什么样的差异性呢,下面就以国内用的最多STC89C51为51系列单片机代表和stm32对比讨论下。

1. 编程语言

由于51单片机结构相对简单,所以通常多使用汇编语言和C语言编程。而STM32系列的开发工作,不会采用汇编语言,因为工程量巨大,寄存器太多了,位数也多。

2. 编程方式

51单片机的任何器件只需要配置寄存器打开就可以进行编程,而STM32系列单片机则需要先打开对应的时钟,包括开启后打开外部时钟(晶振)才开始工作。

3. 库函数不同

由ST厂商推出的STM32系列单片机,ST厂商给了丰富的函数库,可以直接使用库函数,所以比起普通的51单片机在程序编写方面要更加的省时。

4. 资源不同

STM32的内部资源(寄存器和外设功能)较普通的51单片机都要多,基本上接近于计算机的CPU了,所以在程序编写上能有更多的选择。

结论:

通过上边的对比可以看到,虽然可以使用相同的编程语言进行程序编写,但是在编程方式和编程的快捷程度上均是STM32比较优秀。

51确实是经典,但也确实有点过时了。而无论是51系列还STM32系列,都同属于单片机,可以说STM32系列是51系列的继任者,随着现在技术发展,对硬件的拓展性和处理能力上有了更高的要求。STM32无论是内核部分还是总线宽度;无论是速度、功耗、外设都比51系列强大。

延展阅读:嵌入式与单片机的渊源

用一句话来说:单片机是属于嵌入式的一个分支。

从嵌入式的发展史上看:早在20世纪60年代,嵌入式技术就开始应用于通信领域。70年代,微处理器的广泛应用形成了一个广阔的嵌入式应用市场。80年代,单片机成为嵌入式计算机系统异军突起的一支新秀。其后发展的DSP产品则进一步提升了嵌入式计算机系统的技术水平。到了21世纪PC互联网时代及移动互联网时代,嵌入式计算机系统应用到了各类网络。而在万物智联的今天,物联网、人工智能产业的正在快速的发展,也再次带火了嵌入式,软硬件结合的浪潮将嵌入式带入了更广阔的应用舞台。

来源: 华清远见

围观 3

众所周知STM32有5个时钟源HSI、HSE、LSI、LSE、PLL,其实他只有四个,因为从上图中可以看到PLL都是由HSI或HSE提供的。

其中,高速时钟(HSE和HSI)提供给芯片主体的主时钟.低速时钟(LSE和LSI)只是提供给芯片中的RTC(实时时钟)及独立看门狗使用,图中可以看出高速时钟也可以提供给RTC。

内部时钟是在芯片内部RC振荡器产生的,起振较快,所以时钟在芯片刚上电的时候,默认使用内部高速时钟。而外部时钟信号是由外部的晶振输入的,在精度和稳定性上都有很大优势,所以上电之后我们再通过软件配置,转而采用外部时钟信号.

高速外部时钟(HSE):以外部晶振作时钟源,晶振频率可取范围为4~16MHz,我们一般采用8MHz的晶振。

高速内部时钟(HSI):由内部RC振荡器产生,频率为8MHz,但不稳定。

低速外部时钟(LSE):以外部晶振作时钟源,主要提供给实时时钟模块,所以一般采用32.768KHz。

低速内部时钟(LSI):由内部RC振荡器产生,也主要提供给实时时钟模块,频率大约为40KHz。

OSC_OUT和OSC_IN开始,这两个引脚分别接到外部晶振8MHz,第一个分频器PLLXTPRE,遇到开关PLLSRC(PLL entry clock source),我们可以选择其输出,输出为外部高速时钟(HSE)或是内部高速时钟(HSI)。这里选择输出为HSE,接着遇到锁相环PLL,具有倍频作用,在这里我们可以输入倍频因子PLLMUL,要是想超频,就得在这个寄存器上做手脚啦。

经过PLL的时钟称为PLLCLK。倍频因子我们设定为9倍频,也就是说,经过PLL之后,我们的时钟从原来8MHz的 HSE变为72MHz的PLLCLK。紧接着又遇到了一个开关SW,经过这个开关之后就是STM32的系统时钟(SYSCLK)了。通过这个开关,可以切换SYSCLK的时钟源,可以选择为HSI、PLLCLK、HSE。

我们选择为PLLCLK时钟,所以SYSCLK就为72MHz了。PLLCLK在输入到SW前,还流向了USB预分频器,这个分频器输出为USB外设的时钟(USBCLK)。回到SYSCLK,SYSCLK经过AHB预分频器,分频后再输入到其它外设。

如输出到称为HCLK、FCLK的时钟,还直接输出到SDIO外设的SDIOCLK时钟、存储器控制器FSMC的FSMCCLK时钟,和作为APB1、APB2的预分频器的输入端。GPIO外设是挂载在APB2总线上的, APB2的时钟是APB2预分频器的输出,而APB2预分频器的时钟来源是AHB预分频器。因此,把APB2预分频器设置为不分频,那么我们就可以得到GPIO外设的时钟也等于HCLK,为72MHz了。

SYSCLK:系统时钟,STM32大部分器件的时钟来源。主要由AHB预分频器分配到各个部件。

HCLK:由AHB预分频器直接输出得到,它是高速总线AHB的时钟信号,提供给存储器,DMA及cortex内核,是cortex内核运行的时钟,cpu主频就是这个信号,它的大小与STM32运算速度,数据存取速度密切相关。

FCLK:同样由AHB预分频器输出得到,是内核的“自由运行时钟”。“自由”表现在它不来自时钟 HCLK,因此在HCLK时钟停止时 FCLK 也继续运行。它的存在,可以保证在处理器休眠时,也能够采样和到中断和跟踪休眠事件 ,它与HCLK互相同步。

PCLK1:外设时钟,由APB1预分频器输出得到,最大频率为36MHz,提供给挂载在APB1总线上的外设,APB1总线上的外设如下:

RCC_APB1Periph_TIM2 TIM2时钟

RCC_APB1Periph_TIM3 TIM3时钟

RCC_APB1Periph_TIM4 TIM4时钟

RCC_APB1Periph_WWDG WWDG时钟

RCC_APB1Periph_SPI2 SPI2时钟

RCC_APB1Periph_USART2 USART2时钟

RCC_APB1Periph_USART3 USART3时钟

RCC_APB1Periph_I2C1 I2C1时钟

RCC_APB1Periph_I2C2 I2C2时钟

RCC_APB1Periph_USB USB时钟

RCC_APB1Periph_CAN CAN时钟

RCC_APB1Periph_BKP BKP时钟

RCC_APB1Periph_PWR PWR时钟

RCC_APB1Periph_ALL 全部APB1外设时钟

PCLK2:外设时钟,由APB2预分频器输出得到,最大频率可为72MHz,提供给挂载在APB2总线上的外设,APB2总线上的外设如下:

RCC_APB2Periph_AFIO 功能复用IO时钟

RCC_APB2Periph_GPIOA GPIOA时钟

RCC_APB2Periph_GPIOB GPIOB时钟

RCC_APB2Periph_GPIOC GPIOC时钟

RCC_APB2Periph_GPIOD GPIOD时钟

RCC_APB2Periph_GPIOE GPIOE时钟

RCC_APB2Periph_ADC1 ADC1时钟

RCC_APB2Periph_ADC2 ADC2时钟

RCC_APB2Periph_TIM1 TIM1时钟

RCC_APB2Periph_SPI1 SPI1时钟

RCC_APB2Periph_USART1 USART1时钟

RCC_APB2Periph_ALL 全部APB2外设时钟

来源:玩转单片机

围观 5

队列的概念
在此之前,我们来回顾一下队列的基本概念:

队列 (Queue):是一种先进先出(First In First Out ,简称 FIFO)的线性表,只允许在一端插入(入队),在另一端进行删除(出队)。

队列的特点
类似售票排队窗口,先到的人看到能先买到票,然后先走,后来的人只能后买到票

队列的常见两种形式

普通队列

在计算机中,每个信息都是存储在存储单元中的,比喻一下吧,上图的一些小正方形格子就是一个个存储单元,你可以理解为常见的数组,存放我们一个个的信息。

当有大量数据的时候,我们不能存储所有的数据,那么计算机处理数据的时候,只能先处理先来的,那么处理完后呢,就会把数据释放掉,再处理下一个。那么,已经处理的数据的内存就会被浪费掉。因为后来的数据只能往后排队,如过要将剩余的数据都往前移动一次,那么效率就会低下了,肯定不现实,所以,环形队列就出现了。

环形队列

它的队列就是一个环,它避免了普通队列的缺点,就是有点难理解而已,其实它就是一个队列,一样有队列头,队列尾,一样是先进先出(FIFO)。我们采用顺时针的方式来对队列进行排序。

  • 队列头 (Head) : 允许进行删除的一端称为队首。

  • 队列尾 (Tail) : 允许进行插入的一端称为队尾。

环形队列的实现:在计算机中,也是没有环形的内存的,只不过是我们将顺序的内存处理过,让某一段内存形成环形,使他们首尾相连,简单来说,这其实就是一个数组,只不过有两个指针,一个指向列队头,一个指向列队尾。指向列队头的指针(Head)是缓冲区可读的数据,指向列队尾的指针(Tail)是缓冲区可写的数据,通过移动这两个指针(Head) &(Tail)即可对缓冲区的数据进行读写操作了,直到缓冲区已满(头尾相接),将数据处理完,可以释放掉数据,又可以进行存储新的数据了。

实现的原理:初始化的时候,列队头与列队尾都指向0,当有数据存储的时候,数据存储在‘0’的地址空间,列队尾指向下一个可以存储数据的地方‘1’,再有数据来的时候,存储数据到地址‘1’,然后队列尾指向下一个地址‘2’。当数据要进行处理的时候,肯定是先处理‘0’空间的数据,也就是列队头的数据,处理完了数据,‘0’地址空间的数据进行释放掉,列队头指向下一个可以处理数据的地址‘1’。从而实现整个环形缓冲区的数据读写。

看图,队列头就是指向已经存储的数据,并且这个数据是待处理的。下一个CPU处理的数据就是1;而队列尾则指向可以进行写数据的地址。当1处理了,就会把1释放掉。并且把队列头指向2。当写入了一个数据6,那么队列尾的指针就会指向下一个可以写的地址。

从队列到串口缓冲区的实现
串口环形缓冲区收发:在很多入门级教程中,我们知道的串口收发都是:接收一个数据,触发中断,然后把数据发回来。这种处理方式是没有缓冲的,当数量太大的时候,亦或者当数据接收太快的时候,我们来不及处理已经收到的数据,那么,当再次收到数据的时候,就会将之前还未处理的数据覆盖掉。那么就会出现丢包的现象了,对我们的程序是一个致命的创伤。

那么如何避免这种情况的发生呢,很显然,上面说的一些队列的特性很容易帮我们实现我们需要的情况。将接受的数据缓存一下,让处理的速度有些许缓冲,使得处理的速度赶得上接收的速度,上面又已经分析了普通队列与环形队列的优劣了,那么我们肯定是用环形队列来进行实现了。下面就是代码的实现:

定义一个结构体:

typedef struct
{
    u16 Head;           
    u16 Tail;
    u16 Lenght;
    u8 Ring_Buff[RINGBUFF_LEN];
}RingBuff_t;
RingBuff_t ringBuff;//创建一个ringBuff的缓冲区

初始化
初始化结构体相关信息:使得我们的环形缓冲区是头尾相连的,并且里面没有数据,也就是空的队列。

/**
 * @brief  RingBuff_Init
 * @param  void
 * @return void
 * @author 杰杰
 * @date   2018
 * @version v1.0
 * @note   初始化环形缓冲区
 */
void RingBuff_Init(void)
{
   //初始化相关信息
   ringBuff.Head = 0;
   ringBuff.Tail = 0;
   ringBuff.Lenght = 0;
}

初始化效果如下:

写入环形缓冲区的代码实现:

/**
 * @brief  Write_RingBuff
 * @param  u8 data
 * @return FLASE:环形缓冲区已满,写入失败;TRUE:写入成功
 * @author 杰杰
 * @date   2018
 * @version v1.0
 * @note   往环形缓冲区写入u8类型的数据
 */
u8 Write_RingBuff(u8 data)
{
   if(ringBuff.Lenght >= RINGBUFF_LEN) //判断缓冲区是否已满
    {
      return FLASE;
    }
    ringBuff.Ring_Buff[ringBuff.Tail]=data;
//    ringBuff.Tail++;
    ringBuff.Tail = (ringBuff.Tail+1)%RINGBUFF_LEN;//防止越界非法访问
    ringBuff.Lenght++;
    return TRUE;
}

读取缓冲区的数据的代码实现:

/**
 * @brief  Read_RingBuff
 * @param  u8 *rData,用于保存读取的数据
 * @return FLASE:环形缓冲区没有数据,读取失败;TRUE:读取成功
 * @author 杰杰
 * @date   2018
 * @version v1.0
 * @note   从环形缓冲区读取一个u8类型的数据
 */
u8 Read_RingBuff(u8 *rData)
{
   if(ringBuff.Lenght == 0)//判断非空
    {
       return FLASE;
    }
   *rData = ringBuff.Ring_Buff[ringBuff.Head];//先进先出FIFO,从缓冲区头出
//   ringBuff.Head++;
   ringBuff.Head = (ringBuff.Head+1)%RINGBUFF_LEN;//防止越界非法访问
   ringBuff.Lenght--;
   return TRUE;
}

对于读写操作需要注意的地方有两个:

  1. 判断队列是否为空或者满,如果空的话,是不允许读取数据的,返回FLASE。如果是满的话,也是不允许写入数据的,避免将已有数据覆盖掉。那么如果处理的速度赶不上接收的速度,可以适当增大缓冲区的大小,用空间换取时间。

  2. 防止指针越界非法访问,程序有说明,需要使用者对整个缓冲区的大小进行把握。

那么在串口接收函数中:

void USART1_IRQHandler(void)   
{
   if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  //接收中断
                   {
           USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);       //清楚标志位
           Write_RingBuff(USART_ReceiveData(USART1));      //读取接收到的数据
       }
}

测试效果

测试数据没有发生丢包现象

补充
对于现在的阶段,杰杰我本人写代码也慢慢学会规范了。所有的代码片段均使用了可读性很强的,还有可移植性也很强的。我使用了宏定义来决定是否开启环形缓冲区的方式来收发数据,移植到大家的代码并不会有其他副作用,只需要开启宏定义即可使用了。

#define USER_RINGBUFF  1  //使用环形缓冲区形式接收数据
 #if  USER_RINGBUFF
 /**如果使用环形缓冲形式接收串口数据***/
 #define  RINGBUFF_LEN          200     //定义最大接收字节数 200
 #define  FLASE   1 
 #define  TRUE    0 
 void RingBuff_Init(void);
 u8 Write_RingBuff(u8 data);
 u8 Read_RingBuff(u8 *rData);
#endif

当然,我们完全可以用空闲中断与DMA传输,效率更高,但是某些单片机没有空闲中断与DMA,那么这种环形缓冲区的作用就很大了,并且移植简便。

说明:文章部分截图来源慕课网james_yuan老师的课程

原文链接:https://www.cnblogs.com/iot-dev/p/11688770.html

围观 5

众所周知STM32有5个时钟源HSI、HSE、LSI、LSE、PLL,其实他只有四个,因为从上图中可以看到PLL都是由HSI或HSE提供的。

其中,高速时钟(HSE和HSI)提供给芯片主体的主时钟.低速时钟(LSE和LSI)只是提供给芯片中的RTC(实时时钟)及独立看门狗使用,图中可以看出高速时钟也可以提供给RTC。内部时钟是在芯片内部RC振荡器产生的,起振较快,所以时钟在芯片刚上电的时候,默认使用内部高速时钟。而外部时钟信号是由外部的晶振输入的,在精度和稳定性上都有很大优势,所以上电之后我们再通过软件配置,转而采用外部时钟信号.

高速外部时钟(HSE):以外部晶振作时钟源,晶振频率可取范围为4~16MHz,我们一般采用8MHz的晶振。

高速内部时钟(HSI):由内部RC振荡器产生,频率为8MHz,但不稳定。

低速外部时钟(LSE):以外部晶振作时钟源,主要提供给实时时钟模块,所以一般采用32.768KHz。

低速内部时钟(LSI):由内部RC振荡器产生,也主要提供给实时时钟模块,频率大约为40KHz。

OSC_OUT和OSC_IN开始,这两个引脚分别接到外部晶振8MHz,第一个分频器PLLXTPRE,遇到开关PLLSRC(PLL entry clock source),我们可以选择其输出,输出为外部高速时钟(HSE)或是内部高速时钟(HSI)。这里选择输出为HSE,接着遇到锁相环PLL,具有倍频作用,在这里我们可以输入倍频因子PLLMUL,要是想超频,就得在这个寄存器上做手脚啦。经过PLL的时钟称为PLLCLK。倍频因子我们设定为9倍频,也就是说,经过PLL之后,我们的时钟从原来8MHz的 HSE变为72MHz的PLLCLK。紧接着又遇到了一个开关SW,经过这个开关之后就是STM32的系统时钟(SYSCLK)了。通过这个开关,可以切换SYSCLK的时钟源,可以选择为HSI、PLLCLK、HSE。我们选择为PLLCLK时钟,所以SYSCLK就为72MHz了。PLLCLK在输入到SW前,还流向了USB预分频器,这个分频器输出为USB外设的时钟(USBCLK)。回到SYSCLK,SYSCLK经过AHB预分频器,分频后再输入到其它外设。如输出到称为HCLK、FCLK的时钟,还直接输出到SDIO外设的SDIOCLK时钟、存储器控制器FSMC的FSMCCLK时钟,和作为APB1、APB2的预分频器的输入端。GPIO外设是挂载在APB2总线上的, APB2的时钟是APB2预分频器的输出,而APB2预分频器的时钟来源是AHB预分频器。因此,把APB2预分频器设置为不分频,那么我们就可以得到GPIO外设的时钟也等于HCLK,为72MHz了。

SYSCLK:系统时钟,STM32大部分器件的时钟来源。主要由AHB预分频器分配到各个部件。

HCLK:由AHB预分频器直接输出得到,它是高速总线AHB的时钟信号,提供给存储器,DMA及cortex内核,是cortex内核运行的时钟,cpu主频就是这个信号,它的大小与STM32运算速度,数据存取速度密切相关。

FCLK:同样由AHB预分频器输出得到,是内核的“自由运行时钟”。“自由”表现在它不来自时钟 HCLK,因此在HCLK时钟停止时 FCLK 也继续运行。它的存在,可以保证在处理器休眠时,也能够采样和到中断和跟踪休眠事件 ,它与HCLK互相同步。

PCLK1:外设时钟,由APB1预分频器输出得到,最大频率为36MHz,提供给挂载在APB1总线上的外设,APB1总线上的外设如下:

RCC_APB1Periph_TIM2 TIM2时钟

RCC_APB1Periph_TIM3 TIM3时钟

RCC_APB1Periph_TIM4 TIM4时钟

RCC_APB1Periph_WWDG WWDG时钟

RCC_APB1Periph_SPI2 SPI2时钟

RCC_APB1Periph_USART2 USART2时钟

RCC_APB1Periph_USART3 USART3时钟

RCC_APB1Periph_I2C1 I2C1时钟

RCC_APB1Periph_I2C2 I2C2时钟

RCC_APB1Periph_USB USB时钟

RCC_APB1Periph_CAN CAN时钟

RCC_APB1Periph_BKP BKP时钟

RCC_APB1Periph_PWR PWR时钟

RCC_APB1Periph_ALL 全部APB1外设时钟

PCLK2:外设时钟,由APB2预分频器输出得到,最大频率可为72MHz,提供给挂载在APB2总线上的外设,APB2总线上的外设如下:

RCC_APB2Periph_AFIO 功能复用IO时钟

RCC_APB2Periph_GPIOA GPIOA时钟

RCC_APB2Periph_GPIOB GPIOB时钟

RCC_APB2Periph_GPIOC GPIOC时钟

RCC_APB2Periph_GPIOD GPIOD时钟

RCC_APB2Periph_GPIOE GPIOE时钟

RCC_APB2Periph_ADC1 ADC1时钟

RCC_APB2Periph_ADC2 ADC2时钟

RCC_APB2Periph_TIM1 TIM1时钟

RCC_APB2Periph_SPI1 SPI1时钟

RCC_APB2Periph_USART1 USART1时钟

RCC_APB2Periph_ALL 全部APB2外设时钟

来源:21ic电子网

围观 4

页面

订阅 RSS - STM32