STM32F103C8T6蓝色药丸入门 -【STM32教程】

在这个项目中，我们将快速浏览STM32F103C8T6开发板，该板基于意法半导体的ARM Cortex-M3微控制器。我将向您展示该板卡的一些重要功能，如何配置现有的Arduino环境以与该板卡一起使用，并编写第一个程序，不过没什么，是的，您猜对了，它是Blinky。因此，让我们开始吧。

在过去的十年中，Arduino成为快速原型开发，爱好项目的首选板，或者是初学者的开发板，可以快速启动他们的电子事业。但是我们都知道Arduino开发板的局限性（让我们讨论Arduino UNO，因为它是目前最流行的Arduino），即它运行缓慢，仅以16 MHz运行，内部硬件非常有限，并且没有足够的处理能力或RAM和Flash来运行基于FreeRTOS的应用程序（从技术上讲，您可以在Arduino上运行FreeRTOS，但这并不理想）。

Arduino的替代产品是基于STM32F103C8T6微控制器的开发板，通常被称为Blue Pill（矩阵参考）。该微控制器基于STMicroelectronics制造的ARM Cortex-M3体系结构。

STM32F103C8T6是一款功能非常强大的微控制器，具有32位CPU，可以轻松击败Arduino UNO。另外，您可以使用Arduino IDE轻松对该板进行编程（尽管有一些调整和其他编程器，例如USB到U（S）ART转换器）。

STM32F103C8T6开发板简要说明

下图显示了典型STM32蓝色药丸板的正面和背面。如您所见，开发板的布局非常简单，甚至可能使Arduino Nano感到困惑。

这些板的重要一点是它们非常便宜，比Arduino UNO的克隆版本便宜。我在当地的电子产品商店以约2.5美元（180卢比）的价格购买了该板。因此，它显然是一个克隆版本（可能是伪造的STM32 MCU？），并且市场上有很多该板的克隆版本。

来到Blue Pill电路板本身时，您会得到电路板和两个公头带，以便您将其焊接到电路板上（可耻的是它们没有预先焊接）。

评估板的其他功能如下：

• 它包含四方扁平封装的主要MCU – STM32F103C8T6。

• 重置开关–重置微控制器。

• microUSB端口–用于串行通信和电源。

• BOOT选择器跳线– BOOT0和BOOT1跳线，用于选择引导存储器。

• 两个LED –用户LED和电源LED。

• 8 MHz晶振– MCU的主时钟。

• 32.768KHz振荡器– RTC时钟。

• SWD接口–用于使用ST-Link进行编程和调试。

• 3.3V稳压器（在底部）–将5V转换为3.3V，以为MCU供电。

在电路板的任一长边上，都有用于连接各种模拟，数字IO和电源相关内容的引脚。下图显示了电路板的引脚配置以及每个引脚支持的不同功能。

从上图可以看出，STM32F103C8T6 MCU的每个引脚都可以具有多种功能（但仅需选择一个）。另外，请注意，某些IO引脚可以承受5V电压，这意味着您可以在这些引脚上连接5V兼容IO，而无需担心。

STM32 Blue Pill Board的问题

如果您打算购买更便宜的版本（我们大多数人可能会购买），则必须注意一些已知的主板问题。我已经从各个论坛上获取了这些问题，并亲自面对了一些问题（与USB相关）。

• 第一个主要问题是3.3V稳压器。尽管有些板使用了TI的真正LM1117 3.3V稳压器，但大多数便宜的开发板都带有未知制造商的小型仿冒稳压器。这些调节器没有任何热保护，很容易损坏。解决方案是，如果可以选择的话，使用外部稳压电源。

• 接下来的两个问题与USB有关。首先，microUSB端口的焊接质量很差，如果您经常将电缆插入该端口并将其插入，那么microUSB连接器很可能会脱离电路板。您可以使用热胶覆盖连接器。

• 与USB有关的另一个问题是使用了错误的上拉电阻。根据MCU的参考手册，必须使用1.5KΩ电阻将USB D +（名称为USBDP）拉高至3.3V。但是根据几个Blue Pill电路板的原理图，所有这些电路板都使用10KΩ电阻器。如果您打算进行USB数据传输，则可能无法获得准确的结果。如果您迫切需要解决方案，则可以焊接一个与现有10KΩ电阻并联的1.8KΩ电阻。为此，在引脚A12和3.3V引脚之间连接1.8KΩ电阻。

• 其他已知问题包括很难按下重置按钮，将模拟电源连接到数字电源，没有用于USB的肖特基二极管保护等。

STM32F103C8T6 MCU的亮点

既然我们已经对Blue Pill板有了一些了解，那么让我们现在了解板核心的一些重要功能，即STM32F103C8T6微控制器。如前所述，该MCU包含一个ARM 32位Cortex – M3 CPU内核，最大频率为72 MHz。

现在让我们看看在Blue Pill板上实现的该MCU的一些规格。

• 内存：包含64 KB的闪存和20 KB的SRAM

• GPIO引脚– 32个具有外部中断功能

• 计时器– 3个16位计时器，1个16位PWM计时器

• PWM引脚– 15

• 模拟– 10通道12位ADC

• I2C – 2个I2C外围设备

• USART – 3个具有硬件控制的USART外围设备

• SPI – 2个SPI外围设备

• 其他外设– USB 2.0全速，CAN 2.0B

这些是其中的一些亮点，如果您想了解有关外围设备的更多详细信息，则必须参考数据手册和参考手册（强烈建议）。

作为一个额外的主题，让我以STM32F103C8T6为例告诉您STM32 MCU中使用的命名约定。MCU名称中的每个字母表示一个特殊特征。

如何使用BOOT引脚？

如前所述，MCU的BOOT0和BOOT1引脚用于选择启动的存储器。下图显示了基于这些引脚的引导空间的三个不同选项。

当BOOT0和BOOT1引脚均为LOW时，则内部闪存用作主引导空间；而当BOOT0为HIGH而BOOT1为LOW时，系统存储器则用作主引导空间。这两个选项对我们很重要。

要将代码上传到MCU的闪存，必须选择系统内存作为主引导空间。这样做的原因是系统存储器包含嵌入式引导加载程序，该加载程序由意法半导体在生产过程中自行编程。

通过引导进入系统内存，即引导加载程序ROM，您可以使用USART1串行接口通过应用程序对闪存进行重新编程。

(1)总线结构：MCS-51的总线结构是冯-诺依曼型，计算机在同一个存储空间取指令和数据，两者不能同时进行；而PIC的总线结构是哈佛结构，指令和数据空间是完全分开的，一个用于指令，一个用于数据。由于可以对程序和数据同时进行访问，所以提高了数据吞吐率。正因为在PIC系列单片机中采用了哈佛双总线结构，所以与常见的微控制器不同的一点是：程序和数据总线可以采用不同的宽度。数据总线都是8位的，但指令总线位数分别位12、14、16位。

程序上传到闪存后，您可以将BOOT0切换回低电平，以便从下一次复位或加电起，MCU将从闪存启动。如果您注意到这两种情况，即选择闪存和选择系统存储器作为引导空间，则BOOT1引脚为LOW。只有BOOT0在LOW（闪存）和HIGH（系统存储器）之间切换。

为了方便起见，让我们将这些BOOT选项称为编程模式和操作模式。对于编程模式，BOOT0引脚设为高电平；对于工作模式，BOOT0引脚设为低电平（默认）。在两种模式下，BOOT1引脚均保持低电平。

项目的硬件要求

由于这是我们的介绍部分，而我们要做的就是使LED闪烁（该光已经存在于板上），因此就项目和MCU而言，我们不需要太多硬件。

但是，为了对微控制器编程，我们需要一个USB到串行转换器模块，例如FTDI板（或类似的东西）。如BOOT引脚部分所述，可以使用单片机的USART1引脚访问引导加载程序以对闪存进行编程。为了使MCU与USART1通信，我们需要一个USB到串行转换器。

因此，所需组件的最终清单是：

• 基于STM32F103C8T6的STM32 Blue Pill开发板

• USB到串行转换器模块（例如，FTDI编程器）

• 连接线

• 具有Windows OS和Internet连接的PC或笔记本电脑

注意：我没有FTDI风格的编程器，但是有较旧的USB到串行转换器。只要具有VCC（5V），GND，RX和TX引脚，就可以使用任何USB到串行转换器模块。

连线

为了便于表示，我在Fritzing软件中使用FTDI（如USB到串行转换器）来显示连接。

连接应如下所示：

配置Arduino IDE以编程STM32F103C8T6 Blue Pill

我确定您的PC（或笔记本电脑）上已经安装了Arduino IDE。如果不是，请先安装它。之后，打开Arduino IDE并选择File-> Preferences。您会找到一个名为“其他板管理器URL”的选项卡。复制以下链接并将其粘贴到此处。https://github.com/stm32duino/BoardManagerFiles/raw/master/STM32/package_stm_index.json 

如果本节中已有一些URL，则可以通过用逗号分隔它们来添加更多URL。如果您使用过ESP8266开发板，那么您可能已经熟悉此过程。添加URL后，单击“确定”。

现在，转到“工具”->“板”->“板管理器...”选项，然后搜索“ stm32”。您将得到类似“ STM32 Cores by STMicroelectronics”的结果。安装最新版本。在准备本教程时，最新版本为1.8.0。

这将需要一些时间，因为它将下载并安装一些必要的文件和工具。（我之所以说是因为，您必须从意法半导体（STMicroelectronics）下载另一种工具才能使它起作用。）

现在，您可以从工具->板->通用STM32F1系列中选择板。一旦选择了该板，一堆选项将显示在下方，以自定义板类型。第一个重要选项是“主板部件号”。确保选择“ BluePill F103C8”。

其他重要选项是“ U（S）ART支持”，将其设置为“ Enabled（通用（串行）”）和“上载方法”，将其设置为“ STM32CubeProgrammer（串行）”。您可以将其余选项保留为默认值。

下载STM32CubeProgrammer

在上面的步骤中，我们选择“ STM32CubeProgrammer（串行）”作为上传方法，但是问题是，Boards Manager没有下载并安装此工具。因此，我们必须手动安装它。为此，请使用以下链接转到由意法半导体提供的官方STM32CubeProgrammer下载页面。

STM32CubeProgrammer（https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubeprog.html  ），长按二维码直接进入：

单击获取软件选项，它将带您登录/注册页面。建议您使用有效的电子邮件ID向STMicroelectronics注册。注册后，您可以登录并下载该软件。

将下载一个大型zip文件（对于2.3.0版，大约为164 MB）。解压缩该zip文件，您将获得一个Windows exe文件，名称为“ SetupSTM32CubeProgrammer-2.3.0”。双击并继续安装。

确保安装目录是默认目录，并且不要更改任何内容。它可能会要求您许可为ST-Link安装一些驱动程序。您可以授予必要的权限。

安装完成后，请确保在路径“ C：\ Program Files \ STMicroelectronics \ STM32Cube \ STM32CubeProgrammer \ bin”中具有“ STM32_Programmer_CLI” exe文件。如果存在，那么您很好。

注意：它可以是上述路径中的程序文件或程序文件（x86）。

这就完成了Arduino IDE的软件设置，以对STM32 Blue Pill进行编程。让我们继续编写一个用于使LED闪烁的小程序，然后将其上传到我们的STM32F103C8T6蓝色药丸板。

STM32F103C8T6蓝色药丸板的Blinky程序

确保已按照上一节中的说明对Arduino IDE进行了必要的更改（选择正确的开发板等）。完成后，如前所述在FTDI编程器（即USB到串行转换器）和STM32板之间建立连接。

现在，在将FTDI连接到PC之前，请确保STM32 Blue Pill Board处于“编程模式”，即将BOOT0引脚连接至HIGH。之后，将FTDI连接到PC或笔记本电脑。COM端口将分配给程序员，并在Arduino IDE中选择相同的COM端口。

编写Blinky程序，如下所示。它类似于Arduino Blinky草图，但是如果使用LED_BUILTIN，我将PC13用作LED连接到MCU的那个引脚。

代码

之后，您可以单击“上载”，IDE将开始编译代码。编译需要一些时间。

编译成功后，它将自动调用STM32CubeProgrammer工具。如果一切顺利，IDE将成功对STM32开发板进行编程。

它将自动重置MCU，您会注意到LED闪烁。别忘了将BOOT0引脚移回LOW位置，以便下次启动电路板时，它将开始运行先前上传的程序。

结论

这是一篇有关STM32 Blue Pill Board入门即STM32F103C8T6的冗长教程。我已经讨论了开发板的一些重要功能，MCU的亮点，开发板的已知问题以及如何修复它们，配置Arduino IDE，下载必要的工具，在Arduino Ide上为STM32编写我们的第一个程序并最终上传该程序并看到LED闪烁。