stm32实验指导书

1 / 21stm32 实验指导书STM32 综合开发平台实验指导书中国海洋大学自动化及测控系XX 年 5 月序 言STM32 家族是意法半导体公司的基于 Cortex-M3内核性价比非常高的微处理器，应用领域非常广泛。为了初学者比较容易的学习该系列的芯片，我们设计了 STM32系列的开发平台，并且编写了配套的实验指导书。为了本平台尽可能兼容更多的芯片，本设计采用了核心板+基板的方案。基板上有一个的 MCU 标准插槽，该标准插槽有一个详细定义的物理接口和引脚定义。核心板设计了符合标准插槽定义的插针，可以查结在基板上使用。基板可以由 USB 或者 7V-40V 直流电源两种方式供电，包含通用电路，如以太网，USB，时钟芯片，OLED,IRDA，RS232,RS485,CAN 总线，音频，SD 卡等20 多种常用的模块电路；MCU 保准插槽并且有一个扩展插槽，可以外扩设备。核心板是单片机最小系统，包括晶振，看门狗电路等等，标准插针等。我们的核心板采用了兼容2 / 21STM32F105，STM32F107，STM32F205，STM32F207四种芯片的设计。本设计方案在将来芯片升级的时候，可以只升级核心板，而基板还可以继续使用，有很强的灵活性，并可以节约成本。同时，本平台还包含详细的开发范例，包括单元测试，系统自检，操作系统范例以及基于Labview 的上位机软件。在焊接篇，详细的介绍的核心板和实验班的焊接流程，注意事项和检测方法。可以用于实习项目，也可以使实验者自己 DIY 使用。在硬件篇，指导书还会详细介绍各个单元模块的电路设计和布线原则。供实验者在自己做项目的时候参考和借鉴。另外，硬件篇还会介绍单元模块常见的故障和排除方法，使实验者能够在硬件电路出现故障的时候，迅速查找原因和修复。软件是嵌入式设计的灵魂。软件篇由单元驱动，操作系统和软件框架三部分组成。单元驱动包含各个模块电路的驱动代码，使实验者能够在将来熟练使用各个模块电路。另外，在操作各个模块电路的过程中，实验者也同时掌握了 STM32 系列芯片的使用。操作系统部分，以 FreeRTOS 为主，介绍了操作系统的原理，并距离说明如何使用。另外，对 uC/OS-ii 和 RT-Thread 两款操作系统软件也做了相应的介绍。在3 / 21软件框架部分，介绍了量子平台的原理和使用。本平台有相应的上位机软件，用于系统自检，单元测试等，可以为实验者提供良好的人机接口和开发环境。目录概论第一部分：焊接篇 1 焊接工艺回流焊机焊接 手工焊接贴片手工焊接 接插件手工焊接2 焊接工序焊接图 BOM 单3 焊接管理 4 实物效果图5 测试STM32 自检程序 第二部分：硬件篇1. 实验板资源 2. 电路板配置 3. 单元电路第三部分：工具篇1. IDE 开发环境 IAR Keil coIEDKeil 工程和 IAR 工程的相互转换 2. 仿真器 3. ISP和 IAP4. 上位机演示软件 5.第四部分：实验篇单元实验、高级实验和应用实验 1. 基本实验GPIO 实验4 / 21音频播放器)实验一 基于 STM32 的嵌入式软件开发基础实验一、实验目的1 、掌握嵌入式软件开发流程2 、学会使用嵌入式软件开发工具3 、学会使用无限循环架构开发简单的嵌入式应用程序4 、学会使用单步 全速运行、设置断点和观察变量寄存器等方法调试嵌入式应用程序 5 、掌握通用数字输入输出和系统定时器的软件开发方法6 、理解发光二极管和按键的驱动原理7 、掌握常用的延时实现技巧二、实验环境1 、硬件：ALIENTEK STM32F103 嵌入式开发板2 、软件：REALVIEW MDK 或 IAR EWARM三、实验内容1 、LED 点亮实验：使用 GPIO 的相关知识，设计基于无限循环架构的嵌入式应用程序，点亮开发板上绿色 LED 和红色 LED；5 / 212 、流水灯实验一：使用 GPIO 和延时循环，设计基于无限循环架构的嵌入式应用程序，使开发板上的绿色 LED 和红色 LED 先后轮流闪烁；3 、按键控制 LED 实验：使用 GPIO 的相关知识，设计基于无限循环架构的嵌入式应用程序，实现以下功能： 1 ）当按下 WK_UP 按键时，开发板上的绿色 LED 点亮；当释放 WK_UP 按键时，开发板上的绿色 LED 熄灭；2 ）当按下 KEY1 按键时，开发板上的红色 LED 点亮；当释放 KEY1 按键时，开发板上的红色 LED 熄灭；3 ）当同时按下 WK_UP 和 KEY1 按键时，开发板上的红色 LED 和黄色 LED 同时点亮；当同时释放 WK_UP和 KEY1 按键时，开发板上的红色 LED 和黄色 LED 同时熄灭；4 、流水灯实验二：使用 GPIO 和 SysTick 的相关知识，设计基于无限循环架构的嵌入式应用程序，使开发板上的绿色 LED 和红色 LED 先后轮流闪烁，每个 LED 点亮和熄灭的时间各为1s，并在程序中定义一个 8 位无符号变量来记录红色 LED闪烁的次数；调试程序，在 REALVIEW MDK 或 IAR EWARM6 / 21的调试界面中，通过在程序中设置断点，并打开变量观察窗口，加入对应的变量，全速运行，随着红色 LED 的闪烁，跟踪用来记录红色 LED 闪烁次数的 8 位无符号变量的变化情况；四、硬件设计1 、发光二极管与嵌入式微控制器的接口电路2 、按键与嵌入式微控制器的接口电路五、软件设计1 、LED 点亮实验程序：程序2 、流水灯实验一程序：程序3 、按键控制 LED 实验程序：程序4 、流水灯实验二程序：程序六、实验结果1 、LED 点亮实验结果：用文字或图片描述该程序运行的结果2 、流水灯实验一结果：用文字或图片描述该程序运行的结果3 、按键控制 LED 实验结果：7 / 21用文字或图片描述该程序运行的结果4 、流水灯实验二结果：用文字或图片描述该程序运行的结果实验二 基于 STM32 的嵌入式软件开发高级实验一、实验目的1 、了解中断控制器的内部结构和工作原理2 、深入理解中断机制，学会编写中断服务函数3 、学会使用中断服务函数开发基于前后台架构的较复杂的嵌入式应用程序4 、掌握串行通信的原理，掌握通用同步串行收发器的软件开发方法5 、熟悉模数转换的过程和性能指标，掌握模数转换器的软件开发方法二、实验环境1 、硬件：ALIENTEK STM32F103 嵌入式开发板2 、软件：REALVIEW MDK 或 IAR EWARM三、实验内容1 、LED 闪烁实验：使用 NVIC 和 GPIO 的相关知识，编写中断服务函数，并开发基于前后台架构的嵌入式应用程序，使开发板8 / 21上绿色 LED 每 1s 闪烁一次；2 、串口输出实验：使用 USART 的相关知识，设计基于无限循环架构的嵌入式应用程序，通过 USART1 向 PC 的串口发送“Hello World!”，其中 USART1 和串口的波特率设置为115200bps，数据格式设置为 8 位数据位、无奇偶校验位、1 位停止位和无数据流控制；在 PC 上运行串口调试助手，找到对应的 COM 口并作设置波特率和数据格式后打开，再运行开发板上的程序，观察串口调试助手中接收区的数据，验证程序的运行结果； 3 、MCU 温度检测实验：使用 NVIC、USART 和 ADC 的相关知识编写程序，编写中断服务函数，并开发基于前后台架构的嵌入式应用程序，每隔 1s 通过片内温度传感器和模数转换器检测MCU 的温度并通过 USART1 将其输出到 PC 的串口上；在 PC 上运行串口调试助手，找到对应的 COM 口并作相应设置后打开，再运行开发板上的程序，观察 PC 上串口调试助手中接收区的数据变化情况，验证程序的运行结果；四、硬件设计1 、发光二极管与嵌入式微控制器的接口电路2 、按键与嵌入式微控制器的接口电路9 / 213 、嵌入式微控制器的温度传感器和 ADC 的模块图五、软件设计1 、LED 闪烁实验：程序2 、串口输出实验：程序3 、MCU 温度检测实验：程序六、实验结果1 、LED 闪烁实验：用文字或图片描述该程序运行的结果2 、串口输出实验：用文字或图片描述该程序运行的结果 3 、MCU 温度检测实验：用文字或图片描述该程序运行的结果目录目录 . 1第 1 章 STM32F4 实验系统的资源介绍 . 310 / 21系统功能概述 . 3系统硬件资源 . 4第 2 章 开发环境安装使用说明 . 20一、RealView 集成开发环境与 J-link 驱动安装mdk . 20第 3 章 基于 STM32F407 的 Cortex-M4 系统资源实验 . 25第 4 章 基于 STM32F4 教学系统 A 实验 . 26实验一 GPIO-KEY 实验 . 27实验二 EXTI 实验 . 29实验三 AD 实验 .11 / 21. 30实验四 Eeprom_24C02 实验 . 31实验五 Uart3 实验 . 32实验六 WWDG 实验 . 33实验七 PWR 实验 . 34实验 8 SysTick 实验 . 35实验 9 SD_CARD 实验 .36实验 10 SRAM 实验 . 37实验 11 TIME 实验 12 / 21. 38 实验 12 基于 CAN 总线通信实验. 错误！未定义书签。实验 12_1 基于 USB 设备的 DEVICE 实验 . 39实验 12_2 基于 USB 设备的 HOST 实验 . 40实验 13 基于以太网的 Web 服务器实验 . 43第 5 章 基于 STM32F4 教学系统 B 实验 . 45实验 1 Lcd 刷屏实验 . 46实验 2 TFT API 实验 . 47实验 3 TFT touch 实验 . 48实验 4 TFT 字库实验 .13 / 21. 49实验 5 Ucosii+ucgui+ucgui_demo 实验 . 50第 6 章 基于 STM32F4 教学系统 C 实验 . 52实验 1 继电器实验 . 53实验 2 步进直流电机 . 54实验 3 点阵实验 . 55实验 4 LED 键盘实验 . 56实验 5 气体人体实验 . 57实验 6 DTH11 实验 .14 / 21. 58实验 7 BMP085 实验 . 60实验 8 RFID 实验 . 61实验 9 MMA7455 实验 .62实验 10 音频实验 . 63第 7 章 相关软件设置 . 64第 1 章 STM32F4 实验系统的资源介绍系统功能概述STM32F4 教学实验系统是属于一种综合的教学实验系统，该系统基于 Cortex-M4 内核的 32 位群星系列ARM 处理器，实现了多模块的应用实验。它是集学习、应用编程、开发研究于一体多功能创新平台。用户可根据自己的需求选用不同类型的 CPU 适配板本系统标配是15 / 21STM32F407 核心板，同时，实验系统上的扩展模块接口能够拓展较为丰富的实验接口板。用户在了解扩展模块的接口定义后，更能研发出满足自身需求的实验接口板。除此之外，在实验板上有丰富的外围扩展资源。实验箱底板的平面框图如下图 1-1 所示：图 1-1 STM32F4 系统的底板资源平面图系统硬件资源一、CPU 板接口该实验系统采用外设底板加 CPU 最小系统板的结构方式，CPU 通过双排针扩展槽扩展。用户可根据自己的需求选用不同类型的 CPU 板。不同类型的 CPU 板在实验箱的硬件资源上是完全兼容的。支持不同种类的 CPU 板混合使用。1、STM32F4CPU 核心板 PCB 布局图：图 1-2 核心板意图CPU 最小系统板主要由以下几个模块组成： CPU 芯片部分 时钟产生部分 复位电路部分 扩展接口部分 电源变换部分 UART 接口部分16 / 21 USB 主从接口部分 以太网接口部分JTAG 接口 ：EXP-LM3SXXXX 的 JTAG 接口，符合 ARM 的 JTAG 接口标准，引脚分配图如下图 1-3 所示：图 1-3 JTAG 原理图POWER：电源接口，CPU 板单独使用时，从此接口给 CPU 板供电，+5V，内正外负。CPU 板插在实验箱底板上时，不需要从 POWER电源插口供电。REST：复位按钮，按下系统复位。接口技术实验创新研究型实验指导书北京交通大学计算机学院目录目录 . 2 一、概述 . 3 二、STM32 开发环境简介 . 3 三、工作原理 17 / 21. 4 四、硬件设计 . 4 五、软件设计 . 8采集模块实现 . 8 时钟控制模块实现 . 9 定时控制模块 . 10 中断模块 .11 六、实验项目 . 13 参考文献 . 18 附录：部分源程序 . 19一、概述18 / 21接口技术实验的教学和实验还是以早期的接口芯片电路和以 8086 汇编为语言开发仿真平台为主展开，虽然可以对接口技术的学习起到教学实践的目的，也可以完成教学任务，对学习本专业的接口技术基础知识已经足够。但缺陷是，一是实验工具陈旧，不能紧跟接口新技术的发展；二是不能结合当下运用的技术和手段，对新技术和新工具的了解、使用没有涉及。针对上述问题，结合创新实验项目的开展，我们设计研制出一个集早期接口电路和当下最新接口技术结合的教学平台，既能完成教学任务，又能紧跟接口新技术和新工具的发展，开展研究型实验。该平台具有一下特点：1、运用高级 C 语言开发早期的接口电路，为接口技术研究性教学和创新实验教学提供硬件和软件环境；2、早期接口电路和当下接口最新技术结合学习，提高学生的学习能力和兴趣； 3、本平台是跨课程的教学平台，涉及接口技术、嵌入式技术和 C 语言的教学平台，能够提高学生的综合运用知识的能力和动手开发的能力，为就业做充分的技术业务准备；4、 采用的技术和工具是现在流行的，培养的学生马上可以参与产品的开发和科研项目的实际工作，具有实用性和实际意义。19 / 21本项目以 A/D 和 D/A 采集系统为重点实现对象，将 DVCC8086J实验系统和 STM32 开发系统融合互补，基于嵌入式 STM32F103 CPU、IAR 开发环境,使用 C 语言编程，搭建适合于接口技术研究性教学的开发实验平台环境，实现了由 STM32 CPU 控制接口技术实验内容中关键接口芯片，为接口技术研究性教学提供紧跟接口新技术发展和学生研究性实验的合理、全方位、多渠道选题提供了平台，培养提高了学生学习兴趣，经过教学实践效果良好。二、STM32 开发环境简介STM32F103 是意法 ST 公司出品的、使用高性能的 ARM Cortex-M3 32 位的 RISC 内核的高性能嵌入式高级接口芯片，工作频率为72MHz，内置高速存储器，丰富的增强 I/O 端口和联接到两条 APB 总线的外设。芯片内包含 2 个 12 位的 ADC、3个通用 16 位定时器和一个 PWM 定时器，还包含标准和先进的通信接口：多达2 个 I2C 和 SPI