1. 拿到板子先别急着点灯搞懂你手里这块东西到底是什么STM32F103开发板到手的那一刻大部分人的第一反应是插上USB线看灯亮不亮。这个动作没错但如果你打算长期跟STM32打交道我建议你先花二十分钟把板子上的东西认全后面能省下大量抓头发的时间。STM32F103这块芯片属于ARM Cortex-M3内核主频72MHz常见封装有LQFP48、LQFP64、LQFP100、LQFP144几种。市面上卖得最多的“最小系统板”一般是LQFP48或者LQFP64封装的C8T6、RCT6、ZET6这几个型号。C8T6是48脚64KB Flash、20KB RAMRCT6是64脚256KB Flash、48KB RAMZET6是144脚512KB Flash、64KB RAM。你买板子的时候如果没注意型号先翻过来看芯片表面的丝印那串字母数字就是它的身份证。开发板上通常会集成这些东西一颗STM32F103主控、一个8MHz晶振给芯片提供主时钟源、一个32.768kHz晶振给RTC用、一个复位按键、一个或多个用户按键、若干LED、一个USB接口有些是USB转串口芯片有些是直接接STM32的USB口、一个SWD调试接口通常是四针或五针的排针、一个3.3V稳压芯片比如AMS1117-3.3、以及引出所有GPIO的排针。这里有个新手特别容易踩的坑USB接口的类型决定了你烧录程序的方式。如果你的板子上USB口旁边有一颗CH340或者CP2102之类的芯片那这个USB口是“USB转串口”你只能用串口方式通过Boot0/Boot1引脚配置来烧录或者用它来看串口打印信息。如果板子上有一个标注了“USB”且直接连到STM32的PA11/PA12引脚的口那才是STM32自带的USB Device接口可以用来做USB设备开发。很多人拿到板子插上USB发现电脑没反应就是因为没装CH340驱动或者USB线是纯充电线没有数据线芯。注意拿到板子第一件事用万用表蜂鸣档测一下3.3V和GND之间有没有短路。我见过不止一次因为板子上的稳压芯片焊接不良或者电容击穿导致上电就发烫的情况。确认没有短路再插USB。另外STM32芯片的第一脚怎么确认芯片表面通常有一个小圆点或者一个斜切角那个位置对应的就是第1脚。LQFP封装的芯片逆时针方向数第1脚在左上角。如果你把芯片方向搞反了焊上去通电基本就是冒烟的下场。买现成的开发板一般不会犯这个错但如果你后面要自己画板子或者换芯片这一点必须刻在脑子里。2. 开发环境搭建Keil、CubeMX、VS Code到底怎么选2.1 Keil MDK还是STM32CubeIDE新手别纠结网上关于STM32开发环境的争论从来没停过。有人说Keil好用有人说CubeIDE免费真香还有人用VS Code加插件搞出一套花里胡哨的配置。我的建议很直接新手先用Keil MDK把第一个工程跑起来再说。Keil MDK的优势在于资料多、教程多、遇到问题搜一下基本都能找到答案。缺点是要收费但如果你只是学习用途用评估版也完全够用32KB的代码限制对于F103来说能写不少东西了。安装Keil5的时候有一个经典问题Keil5兼容C51和STM32的安装。如果你之前装过Keil C51再装MDK的时候要选不同的安装路径否则会覆盖掉之前的文件。装完之后需要单独安装STM32F1系列的Device Family Pack也就是常说的“芯片包”。这个包不装新建工程的时候找不到STM32F103的型号。STM32CubeIDE是ST官方推出的免费IDE基于Eclipse集成了CubeMX配置工具。它的好处是免费、跨平台、官方支持缺点是界面响应速度确实不如Keil流畅而且国内有些网络环境下下载芯片包会比较慢。如果你打算长期做STM32项目我建议两个都装Keil用来快速验证代码CubeIDE用来做正式项目。2.2 VS Code里编译成功却烧录不进去问题出在哪这个问题在热词里出现了说明踩坑的人不少。VS Code本身只是一个编辑器它通过插件调用外部的编译工具链比如arm-none-eabi-gcc和烧录工具比如OpenOCD、ST-Link Utility、pyocd。编译成功说明你的工具链配置没问题但烧录不进去通常是以下几个原因第一烧录器驱动没装好。ST-Link需要装驱动J-Link也需要装驱动。设备管理器里如果看到黄色感叹号先去装驱动。第二烧录器类型选错了。VS Code的配置文件里要指定你用的是什么烧录器ST-Link和J-Link的配置参数不一样。第三芯片被读保护了。如果你之前烧录过程序并且启用了读保护再次烧录的时候需要先解除保护。用ST-Link Utility连接芯片在Target菜单里选择Option Bytes把Read Out Protection改成Disabled然后应用。第四复位电路或者BOOT引脚状态不对。STM32F103的BOOT0引脚决定了芯片从哪启动。BOOT0接GND是从Flash启动正常运行模式BOOT0接VCC是从系统存储器启动串口下载模式。如果你用SWD烧录BOOT0必须接GND。有些开发板上BOOT0是通过跳线帽选择的检查一下跳线帽是不是插在正确的位置。实操心得我习惯在烧录之前先用ST-Link Utility连接一下芯片能读到芯片ID说明硬件连接没问题读不到就是硬件或者驱动的问题。这一步能帮你快速定位问题出在软件还是硬件上。2.3 标准库还是HAL库这是个问题STM32F103的标准库最新版本是V3.5.0ST已经停止更新了但网上有大量的工程模板可以下载。HAL库是ST现在主推的库配合CubeMX可以快速生成初始化代码。我的建议是先学标准库再过渡到HAL库。标准库的代码结构清晰寄存器操作封装得比较薄你能看到很多底层的东西。比如配置一个GPIO标准库的代码是这样的GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin GPIO_Pin_5; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStructure);而HAL库的代码是这样的GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct {0}; GPIO_InitStruct.Pin GPIO_PIN_5; GPIO_InitStruct.Mode GPIO_MODE_OUTPUT_PP; GPIO_InitStruct.Pull GPIO_NOPULL; GPIO_InitStruct.Speed GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStruct);看起来差不多但HAL库在底层做了更多的封装和状态管理。对于F103这种资源有限的芯片标准库编译出来的代码通常更小、运行效率更高。但HAL库的跨系列兼容性更好你从F103换到F407或者G0系列HAL库的代码改动很小。3. 从点灯到串口第一个工程应该这么搭3.1 新建工程的正确姿势不管你用Keil还是CubeIDE新建工程的流程都差不多。以Keil为例步骤如下打开KeilProject - New uVision Project选一个空文件夹作为工程目录。在弹出的器件选择窗口里找到STM32F103对应的型号。如果你用的是C8T6就选STM32F103C8RCT6就选STM32F103RCZET6就选STM32F103ZE。弹出的Manage Run-Time Environment窗口里勾选CMSIS下的CORE和Device下的Startup。这两个是必须的其他的外设库可以后面再加。工程建好之后在工程目录下新建几个文件夹User放main.c、Library放标准库的.c文件、Startup放启动文件、CMSIS放内核相关的文件。把标准库V3.5.0里的文件复制到对应的文件夹里。具体来说stm32f10x_gpio.c、stm32f10x_rcc.c、stm32f10x_usart.c这些放到Library里stm32f10x.h、system_stm32f10x.h这些放到CMSIS里。在Keil的工程窗口里把这些文件添加到对应的Group里。在Options for Target里C/C选项卡的Define里加上USE_STDPERIPH_DRIVER, STM32F10X_MD。注意MD代表Medium Density对应的是C8T6和RCT6如果是ZET6要改成STM32F10X_HD。在Include Paths里把所有的头文件目录都加进去。这一套流程走下来你的工程模板就搭好了。以后新建工程直接复制这个模板改名字就行。网上有很多现成的标准库V3.5.0工程模板可以下载但建议你自己手动搭一遍搭的过程中你会搞清楚每个文件的作用。3.2 点灯代码背后的时钟配置点灯是每个STM32新手的第一个程序但很多人只是把代码复制进去编译烧录灯亮了就完事了。如果你只满足于灯亮那后面的路会越走越窄。我建议你在点灯之前先搞清楚系统时钟是怎么配置的。STM32F103默认使用内部的8MHz RC振荡器作为时钟源但大多数开发板外部都有一个8MHz的晶振。通过配置PLL锁相环可以把8MHz倍频到72MHz作为系统时钟。标准库里的SystemInit函数会帮你做这件事但你需要知道它做了什么。系统时钟的配置流程大致是这样的使能外部高速晶振HSE等待HSE稳定配置PLL的倍频系数为9倍8MHz * 9 72MHz选择PLL作为系统时钟源配置AHB、APB1、APB2的分频系数。APB1的最大频率是36MHzAPB2的最大频率是72MHz。如果你在APB1上挂的外设比如USART2、USART3、TIM2~TIM7需要更高的时钟就要注意分频系数不能设错。为什么要点灯之前先搞时钟因为后面的串口、定时器、SPI、I2C全都依赖时钟配置。时钟配错了串口波特率就是错的定时器定时就不准。我见过有人调串口调了一整天最后发现是系统时钟没配成72MHz导致波特率计算全错。3.3 串口打印你的第一双眼睛灯亮了之后下一步就是调通串口。串口的重要性怎么强调都不为过它是你调试程序的主要手段。没有串口你只能靠灯闪来猜程序跑到哪了有了串口你可以打印变量值、打印状态信息、打印错误码。STM32F103通常有3个USARTUSART1、USART2、USART3和2个UARTUART4、UART5只有大容量型号才有。USART1挂在APB2上最高时钟72MHzUSART2和USART3挂在APB1上最高时钟36MHz。配置串口的时候波特率的计算公式是波特率 fCK / (16 * USARTDIV)其中fCK是串口挂载的总线时钟USARTDIV是一个浮点数整数部分写在BRR寄存器的[15:4]位小数部分写在[3:0]位。比如你要配115200的波特率USART1的时钟是72MHz那么USARTDIV 72000000 / (16 * 115200) 39.0625。整数部分是39小数部分是0.0625 * 16 1。所以BRR寄存器的值应该是0x271。标准库的USART_Init函数会自动帮你算这个值你只需要传入波特率就行。但如果你哪天发现串口打印出来是乱码第一个要检查的就是系统时钟和波特率是否匹配。串口配置好之后重定向printf函数是个很实用的技巧。在标准库工程里你只需要在代码里加上int fputc(int ch, FILE *f) { USART_SendData(USART1, (uint8_t)ch); while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) RESET); return ch; }然后在Keil的Options for Target里勾选Use MicroLIB就可以直接用printf打印了。这个技巧能让你在调试的时候方便很多。4. 那些年我们一起踩过的坑常见问题与排查实录4.1 程序烧录不进去的几种典型情况烧录失败是新手遇到最多的问题没有之一。我把常见的几种情况整理成了一张表方便你对照排查现象可能原因排查方法ST-Link连接不上芯片驱动未安装或版本不对设备管理器查看是否有ST-Link设备重装驱动能连接但烧录报错芯片读保护未解除用ST-Link Utility解除读保护烧录成功但程序不运行BOOT引脚状态错误检查BOOT0是否接GND烧录成功但运行异常晶振未起振用示波器测晶振引脚是否有波形烧录过程中断电源供电不足换一个USB口或外接电源还有一种情况是STM32禁用JTAG之后导致SWD也连不上。STM32F103的PA13、PA14、PA15、PB3、PB4这几个引脚默认是JTAG功能。如果你在代码里把JTAG禁用了但没保留SWD或者把SWD引脚配置成了普通GPIO那下次烧录就连不上了。解决办法是按住复位键点击烧录的同时松开复位键让芯片在复位后的瞬间被烧录器抓住。或者把BOOT0接VCC从系统存储器启动这样芯片不会运行你之前烧录的程序烧录器就能正常连接。实操心得我在代码里习惯在禁用JTAG的时候保留SWD具体操作是调用GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE)这样只禁用JTAG但保留SWD。另外调试用的SWD引脚PA13和PA14永远不要配置成普通GPIO除非你确定以后不需要再烧录了。4.2 延时函数delay卡死是怎么回事热词里出现了“stm32延时函数delay卡死”这个问题通常有两种原因。第一种是中断优先级配置不当。如果你在中断服务函数里调用了delay函数而delay函数依赖SysTick中断来计数但SysTick中断的优先级低于当前中断那SysTick中断就进不来delay就会一直卡在while循环里。解决办法是提高SysTick中断的优先级或者不要在中断里用delay。第二种是delay函数的实现有问题。很多教程里的delay函数是用循环计数实现的这种延时不准而且容易受编译器优化影响。我建议用SysTick定时器来实现延时配置好SysTick的 reload 值每次延时的时候读取当前计数值来判断时间是否到了。标准库里的delay函数通常是这么写的void delay_ms(u16 nms) { u32 temp; SysTick-LOAD 9000 * nms; SysTick-VAL 0; SysTick-CTRL | 1; do { temp SysTick-CTRL; } while((temp 0x01) !(temp (1 16))); SysTick-CTRL ~1; SysTick-VAL 0; }这里的9000是72MHz除以8得到的因为SysTick的时钟源默认是HCLK的8分频。如果你改了系统时钟这个值也要跟着改。4.3 HardFault监控程序跑飞了怎么办HardFault是Cortex-M内核里最严重的一种异常通常是因为访问了非法内存地址、除零、未对齐访问等原因触发的。程序一旦进入HardFault默认的处理函数是一个死循环你只能看到程序不跑了但不知道跑飞到哪里去了。热词里提到了“stm32f103单片机hardfault监控程序”说明有人在做这方面的排查。我的做法是在HardFault_Handler里加入打印功能把出错时的寄存器状态通过串口打印出来。具体来说在进入HardFault的时候堆栈里保存了出错时的PC指针、LR寄存器、R0~R3等值。你可以写一个HardFault_Handler从堆栈里把这些值取出来打印然后根据PC指针的值去反汇编文件里查找对应的代码位置。void HardFault_Handler(void) { __asm volatile ( tst lr, #4\n ite eq\n mrseq r0, msp\n mrsne r0, psp\n ldr r1, hard_fault_handler_c\n bx r1\n ); } void hard_fault_handler_c(unsigned int *hardfault_args) { printf(HardFault! PC 0x%08X\r\n, hardfault_args[6]); printf(LR 0x%08X\r\n, hardfault_args[5]); while(1); }这段代码的核心思路是判断出错时使用的是MSP还是PSP堆栈然后把堆栈指针传给C函数从堆栈里取出PC值。有了PC值你就能定位到出错的代码行了。5. 进阶方向从点灯到做项目中间还差什么5.1 定时器STM32最强大的外设之一STM32F103的定时器资源非常丰富有高级定时器TIM1和TIM8、通用定时器TIM2~TIM5、基本定时器TIM6和TIM7。每个定时器都有多个通道可以实现PWM输出、输入捕获、输出比较、编码器接口等功能。热词里提到了“stm32f103定时器实现软件串口”和“stm32定时器捕获测频率”这两个都是定时器的典型应用。软件串口就是用定时器的输入捕获来测量串口数据的位宽或者用定时器的输出比较来模拟串口发送。捕获测频率则是用输入捕获功能测量外部信号的周期然后算出频率。定时器的配置步骤大致是使能定时器时钟、配置时基单元预分频器、自动重装载值、计数模式、配置通道输入捕获或输出比较、配置中断如果需要、使能定时器。预分频器和自动重装载值的计算公式是定时器溢出频率 定时器时钟 / ((预分频器 1) * (自动重装载值 1))比如你要产生一个1kHz的定时中断定时器时钟是72MHz预分频器设为71自动重装载值设为999那么溢出频率 72000000 / (72 * 1000) 1000Hz。5.2 USB设备开发STM32F103的USB能做什么STM32F103自带一个USB 2.0全速设备接口支持12Mbps的传输速率。热词里提到了“stm32 如何做usb设备”和“stm32 usb虚拟串口发送数据”说明很多人对USB开发感兴趣。STM32F103的USB外设可以配置成多种设备类型虚拟串口CDC、键盘HID、鼠标HID、大容量存储设备MSC、自定义设备等。做USB虚拟串口是最常见的入门项目因为它的用途很直接——给电脑增加一个串口但不需要额外的USB转串口芯片。USB虚拟串口的实现需要用到ST提供的USB库配置过程比较复杂涉及到端点配置、描述符定义、中断处理等。我的建议是先用CubeMX生成一个USB CDC的工程把基本的收发跑通然后再去研究描述符和端点的细节。USB协议本身就很复杂一上来就啃协议栈容易劝退。5.3 基于STM32的毕业设计怎么做才不烂大街热词里出现了“基于stm32的毕业设计”这是一个很现实的需求。每年毕业季都有大量的学生做STM32相关的毕设但大部分都是“温湿度监测LCD显示报警”这种套路。如果你想做出点不一样的东西我有几个方向可以参考。第一个方向是多传感器融合。不要只用一个DHT11测温度可以加上气压传感器、光照传感器、空气质量传感器做一个环境监测站。关键是要把数据融合起来做趋势分析而不是简单地显示数值。第二个方向是无线通信云端。用ESP8266或者ESP32做WiFi通信把STM32采集的数据上传到云平台做一个远程监控系统。这个方向的技术栈比较完整从传感器到单片机到无线模块到云端能体现你的综合能力。第三个方向是实时控制。用STM32的定时器和PWM做电机控制比如做一个小型的平衡车或者机械臂。这个方向对实时性要求高能体现你对中断、定时器、PID算法的理解。不管选哪个方向关键是要有“自己的东西”。哪怕你只是把别人的方案改进了10%只要你能说清楚为什么改、改了什么、效果如何那就是一个合格的毕设。5.4 仿真工具没有硬件也能学STM32热词里提到了“renode如何模拟stm32f103”这是一个很实用的工具。Renode是一个开源的仿真框架可以模拟多种嵌入式平台包括STM32F103。如果你手头没有开发板或者想在不烧录的情况下验证代码逻辑Renode是一个不错的选择。Renode的安装和使用不算复杂下载安装包之后写一个简单的脚本描述你的硬件平台比如STM32F103的存储器映射、外设地址等然后加载你的elf文件就可以运行了。它支持UART输出你可以看到串口打印的信息。不过Renode的仿真精度有限定时器和中断的时序可能和真实硬件有差异所以它更适合验证逻辑不适合验证时序敏感的功能。6. 工具链和调试技巧让开发效率翻倍6.1 ST-Link Utility和STM32CubeProgrammer怎么选ST-Link Utility是ST早期的烧录工具界面简单功能单一但胜在稳定。STM32CubeProgrammer是ST现在主推的烧录工具支持更多的芯片系列和更多的功能比如选项字节配置、OTP读写、外部存储器烧录等。如果你只是烧录F103两个都够用。但如果你后面要接触G0、H7、MP1等系列建议直接上手STM32CubeProgrammer。这两个工具都有一个很实用的功能读取芯片内的Flash内容。如果你有一个已经烧录好的板子想读出里面的程序可以用这个功能把Flash内容读出来保存成bin或者hex文件。当然如果芯片启用了读保护这个操作是会被拒绝的。6.2 用VS Code搭建STM32开发环境的正确姿势虽然我建议新手先用Keil但如果你已经有一定基础想在VS Code里开发STM32也是完全可以的。核心需要装这几个东西Cortex-Debug插件用于调试、STM32 VS Code ExtensionST官方插件、arm-none-eabi-gcc工具链、OpenOCD或者ST-Link GDB Server。配置的关键在launch.json和tasks.json这两个文件。launch.json告诉VS Code用什么调试器、连接什么目标、加载什么elf文件。tasks.json定义编译任务调用make或者cmake来编译工程。如果你用CubeMX生成Makefile工程VS Code可以直接调用make来编译。编译成功但烧录不进去的问题前面已经分析过了。这里补充一点VS Code的调试配置里svdFile这个选项可以加载STM32F103的SVD文件加载之后你在调试的时候就能看到所有外设寄存器的值非常方便。6.3 常见外设的调试要点速查外设常见问题排查要点GPIO输出电平不对检查时钟使能、模式配置、引脚复用USART乱码或收不到数据检查波特率、时钟配置、TX/RX是否交叉TIM定时不准检查预分频和重装载值、时钟源SPI通信失败检查CPOL/CPHA、片选信号、时钟极性I2C总线锁死检查上拉电阻、时钟频率、从机地址ADC采样值跳动检查参考电压、采样时间、滤波电路DMA传输不完成检查通道配置、传输方向、中断标志这张表里的每一个问题我都实际遇到过尤其是I2C总线锁死几乎是每个用I2C的人都会踩的坑。I2C锁死的典型表现是SCL被从机拉低主机无法产生时钟脉冲。解决办法是在初始化的时候手动发送几个时钟脉冲让从机释放总线。7. 学习路径建议从F103出发能走多远STM32F103是一块很好的入门芯片但它的性能有限72MHz的主频、最大512KB的Flash、64KB的RAM对于复杂的应用来说确实不够用。但如果你能把F103玩透后面换到F4、F7、H7甚至G0、L4系列上手会非常快。我的建议是在F103上至少做三个完整的项目。第一个项目是基础外设的综合应用比如用GPIO、定时器、串口、ADC做一个简单的数据采集器。第二个项目是通信协议相关的比如用SPI驱动一个显示屏或者用I2C驱动一个传感器。第三个项目是带实时操作系统的比如移植FreeRTOS做多任务调度。做完这三个项目你对STM32的理解就不再是“点灯”的水平了。你会知道怎么阅读参考手册、怎么查数据手册、怎么用示波器抓波形、怎么用调试器看寄存器。这些能力比你会用多少个外设更重要。热词里还有“3588开发板”“t113开发板”“zynq开发板”这些更高端的平台但那是另一个阶段的事情了。先把F103吃透后面的事情水到渠成。我见过太多人一上来就想搞Linux、搞FPGA结果连GPIO都没搞明白最后两头都没学好。最后分享一个我自己的习惯每次调通一个新外设我都会把配置代码整理成一个独立的.c和.h文件放在一个公共的文件夹里。下次做新项目的时候直接复制过来改改就能用。几年下来我攒了一套自己的外设驱动库虽然不如HAL库那么完善但胜在轻量、可控、每一行代码我都知道它在干什么。这个习惯让我在换芯片平台的时候移植代码的速度比其他人快很多。
1. 拿到板子先别急着点灯搞懂你手里这块东西到底是什么STM32F103开发板到手的那一刻大部分人的第一反应是插上USB线看灯亮不亮。这个动作没错但如果你打算长期跟STM32打交道我建议你先花二十分钟把板子上的东西认全后面能省下大量抓头发的时间。STM32F103这块芯片属于ARM Cortex-M3内核主频72MHz常见封装有LQFP48、LQFP64、LQFP100、LQFP144几种。市面上卖得最多的“最小系统板”一般是LQFP48或者LQFP64封装的C8T6、RCT6、ZET6这几个型号。C8T6是48脚64KB Flash、20KB RAMRCT6是64脚256KB Flash、48KB RAMZET6是144脚512KB Flash、64KB RAM。你买板子的时候如果没注意型号先翻过来看芯片表面的丝印那串字母数字就是它的身份证。开发板上通常会集成这些东西一颗STM32F103主控、一个8MHz晶振给芯片提供主时钟源、一个32.768kHz晶振给RTC用、一个复位按键、一个或多个用户按键、若干LED、一个USB接口有些是USB转串口芯片有些是直接接STM32的USB口、一个SWD调试接口通常是四针或五针的排针、一个3.3V稳压芯片比如AMS1117-3.3、以及引出所有GPIO的排针。这里有个新手特别容易踩的坑USB接口的类型决定了你烧录程序的方式。如果你的板子上USB口旁边有一颗CH340或者CP2102之类的芯片那这个USB口是“USB转串口”你只能用串口方式通过Boot0/Boot1引脚配置来烧录或者用它来看串口打印信息。如果板子上有一个标注了“USB”且直接连到STM32的PA11/PA12引脚的口那才是STM32自带的USB Device接口可以用来做USB设备开发。很多人拿到板子插上USB发现电脑没反应就是因为没装CH340驱动或者USB线是纯充电线没有数据线芯。注意拿到板子第一件事用万用表蜂鸣档测一下3.3V和GND之间有没有短路。我见过不止一次因为板子上的稳压芯片焊接不良或者电容击穿导致上电就发烫的情况。确认没有短路再插USB。另外STM32芯片的第一脚怎么确认芯片表面通常有一个小圆点或者一个斜切角那个位置对应的就是第1脚。LQFP封装的芯片逆时针方向数第1脚在左上角。如果你把芯片方向搞反了焊上去通电基本就是冒烟的下场。买现成的开发板一般不会犯这个错但如果你后面要自己画板子或者换芯片这一点必须刻在脑子里。2. 开发环境搭建Keil、CubeMX、VS Code到底怎么选2.1 Keil MDK还是STM32CubeIDE新手别纠结网上关于STM32开发环境的争论从来没停过。有人说Keil好用有人说CubeIDE免费真香还有人用VS Code加插件搞出一套花里胡哨的配置。我的建议很直接新手先用Keil MDK把第一个工程跑起来再说。Keil MDK的优势在于资料多、教程多、遇到问题搜一下基本都能找到答案。缺点是要收费但如果你只是学习用途用评估版也完全够用32KB的代码限制对于F103来说能写不少东西了。安装Keil5的时候有一个经典问题Keil5兼容C51和STM32的安装。如果你之前装过Keil C51再装MDK的时候要选不同的安装路径否则会覆盖掉之前的文件。装完之后需要单独安装STM32F1系列的Device Family Pack也就是常说的“芯片包”。这个包不装新建工程的时候找不到STM32F103的型号。STM32CubeIDE是ST官方推出的免费IDE基于Eclipse集成了CubeMX配置工具。它的好处是免费、跨平台、官方支持缺点是界面响应速度确实不如Keil流畅而且国内有些网络环境下下载芯片包会比较慢。如果你打算长期做STM32项目我建议两个都装Keil用来快速验证代码CubeIDE用来做正式项目。2.2 VS Code里编译成功却烧录不进去问题出在哪这个问题在热词里出现了说明踩坑的人不少。VS Code本身只是一个编辑器它通过插件调用外部的编译工具链比如arm-none-eabi-gcc和烧录工具比如OpenOCD、ST-Link Utility、pyocd。编译成功说明你的工具链配置没问题但烧录不进去通常是以下几个原因第一烧录器驱动没装好。ST-Link需要装驱动J-Link也需要装驱动。设备管理器里如果看到黄色感叹号先去装驱动。第二烧录器类型选错了。VS Code的配置文件里要指定你用的是什么烧录器ST-Link和J-Link的配置参数不一样。第三芯片被读保护了。如果你之前烧录过程序并且启用了读保护再次烧录的时候需要先解除保护。用ST-Link Utility连接芯片在Target菜单里选择Option Bytes把Read Out Protection改成Disabled然后应用。第四复位电路或者BOOT引脚状态不对。STM32F103的BOOT0引脚决定了芯片从哪启动。BOOT0接GND是从Flash启动正常运行模式BOOT0接VCC是从系统存储器启动串口下载模式。如果你用SWD烧录BOOT0必须接GND。有些开发板上BOOT0是通过跳线帽选择的检查一下跳线帽是不是插在正确的位置。实操心得我习惯在烧录之前先用ST-Link Utility连接一下芯片能读到芯片ID说明硬件连接没问题读不到就是硬件或者驱动的问题。这一步能帮你快速定位问题出在软件还是硬件上。2.3 标准库还是HAL库这是个问题STM32F103的标准库最新版本是V3.5.0ST已经停止更新了但网上有大量的工程模板可以下载。HAL库是ST现在主推的库配合CubeMX可以快速生成初始化代码。我的建议是先学标准库再过渡到HAL库。标准库的代码结构清晰寄存器操作封装得比较薄你能看到很多底层的东西。比如配置一个GPIO标准库的代码是这样的GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin GPIO_Pin_5; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStructure);而HAL库的代码是这样的GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct {0}; GPIO_InitStruct.Pin GPIO_PIN_5; GPIO_InitStruct.Mode GPIO_MODE_OUTPUT_PP; GPIO_InitStruct.Pull GPIO_NOPULL; GPIO_InitStruct.Speed GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStruct);看起来差不多但HAL库在底层做了更多的封装和状态管理。对于F103这种资源有限的芯片标准库编译出来的代码通常更小、运行效率更高。但HAL库的跨系列兼容性更好你从F103换到F407或者G0系列HAL库的代码改动很小。3. 从点灯到串口第一个工程应该这么搭3.1 新建工程的正确姿势不管你用Keil还是CubeIDE新建工程的流程都差不多。以Keil为例步骤如下打开KeilProject - New uVision Project选一个空文件夹作为工程目录。在弹出的器件选择窗口里找到STM32F103对应的型号。如果你用的是C8T6就选STM32F103C8RCT6就选STM32F103RCZET6就选STM32F103ZE。弹出的Manage Run-Time Environment窗口里勾选CMSIS下的CORE和Device下的Startup。这两个是必须的其他的外设库可以后面再加。工程建好之后在工程目录下新建几个文件夹User放main.c、Library放标准库的.c文件、Startup放启动文件、CMSIS放内核相关的文件。把标准库V3.5.0里的文件复制到对应的文件夹里。具体来说stm32f10x_gpio.c、stm32f10x_rcc.c、stm32f10x_usart.c这些放到Library里stm32f10x.h、system_stm32f10x.h这些放到CMSIS里。在Keil的工程窗口里把这些文件添加到对应的Group里。在Options for Target里C/C选项卡的Define里加上USE_STDPERIPH_DRIVER, STM32F10X_MD。注意MD代表Medium Density对应的是C8T6和RCT6如果是ZET6要改成STM32F10X_HD。在Include Paths里把所有的头文件目录都加进去。这一套流程走下来你的工程模板就搭好了。以后新建工程直接复制这个模板改名字就行。网上有很多现成的标准库V3.5.0工程模板可以下载但建议你自己手动搭一遍搭的过程中你会搞清楚每个文件的作用。3.2 点灯代码背后的时钟配置点灯是每个STM32新手的第一个程序但很多人只是把代码复制进去编译烧录灯亮了就完事了。如果你只满足于灯亮那后面的路会越走越窄。我建议你在点灯之前先搞清楚系统时钟是怎么配置的。STM32F103默认使用内部的8MHz RC振荡器作为时钟源但大多数开发板外部都有一个8MHz的晶振。通过配置PLL锁相环可以把8MHz倍频到72MHz作为系统时钟。标准库里的SystemInit函数会帮你做这件事但你需要知道它做了什么。系统时钟的配置流程大致是这样的使能外部高速晶振HSE等待HSE稳定配置PLL的倍频系数为9倍8MHz * 9 72MHz选择PLL作为系统时钟源配置AHB、APB1、APB2的分频系数。APB1的最大频率是36MHzAPB2的最大频率是72MHz。如果你在APB1上挂的外设比如USART2、USART3、TIM2~TIM7需要更高的时钟就要注意分频系数不能设错。为什么要点灯之前先搞时钟因为后面的串口、定时器、SPI、I2C全都依赖时钟配置。时钟配错了串口波特率就是错的定时器定时就不准。我见过有人调串口调了一整天最后发现是系统时钟没配成72MHz导致波特率计算全错。3.3 串口打印你的第一双眼睛灯亮了之后下一步就是调通串口。串口的重要性怎么强调都不为过它是你调试程序的主要手段。没有串口你只能靠灯闪来猜程序跑到哪了有了串口你可以打印变量值、打印状态信息、打印错误码。STM32F103通常有3个USARTUSART1、USART2、USART3和2个UARTUART4、UART5只有大容量型号才有。USART1挂在APB2上最高时钟72MHzUSART2和USART3挂在APB1上最高时钟36MHz。配置串口的时候波特率的计算公式是波特率 fCK / (16 * USARTDIV)其中fCK是串口挂载的总线时钟USARTDIV是一个浮点数整数部分写在BRR寄存器的[15:4]位小数部分写在[3:0]位。比如你要配115200的波特率USART1的时钟是72MHz那么USARTDIV 72000000 / (16 * 115200) 39.0625。整数部分是39小数部分是0.0625 * 16 1。所以BRR寄存器的值应该是0x271。标准库的USART_Init函数会自动帮你算这个值你只需要传入波特率就行。但如果你哪天发现串口打印出来是乱码第一个要检查的就是系统时钟和波特率是否匹配。串口配置好之后重定向printf函数是个很实用的技巧。在标准库工程里你只需要在代码里加上int fputc(int ch, FILE *f) { USART_SendData(USART1, (uint8_t)ch); while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) RESET); return ch; }然后在Keil的Options for Target里勾选Use MicroLIB就可以直接用printf打印了。这个技巧能让你在调试的时候方便很多。4. 那些年我们一起踩过的坑常见问题与排查实录4.1 程序烧录不进去的几种典型情况烧录失败是新手遇到最多的问题没有之一。我把常见的几种情况整理成了一张表方便你对照排查现象可能原因排查方法ST-Link连接不上芯片驱动未安装或版本不对设备管理器查看是否有ST-Link设备重装驱动能连接但烧录报错芯片读保护未解除用ST-Link Utility解除读保护烧录成功但程序不运行BOOT引脚状态错误检查BOOT0是否接GND烧录成功但运行异常晶振未起振用示波器测晶振引脚是否有波形烧录过程中断电源供电不足换一个USB口或外接电源还有一种情况是STM32禁用JTAG之后导致SWD也连不上。STM32F103的PA13、PA14、PA15、PB3、PB4这几个引脚默认是JTAG功能。如果你在代码里把JTAG禁用了但没保留SWD或者把SWD引脚配置成了普通GPIO那下次烧录就连不上了。解决办法是按住复位键点击烧录的同时松开复位键让芯片在复位后的瞬间被烧录器抓住。或者把BOOT0接VCC从系统存储器启动这样芯片不会运行你之前烧录的程序烧录器就能正常连接。实操心得我在代码里习惯在禁用JTAG的时候保留SWD具体操作是调用GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE)这样只禁用JTAG但保留SWD。另外调试用的SWD引脚PA13和PA14永远不要配置成普通GPIO除非你确定以后不需要再烧录了。4.2 延时函数delay卡死是怎么回事热词里出现了“stm32延时函数delay卡死”这个问题通常有两种原因。第一种是中断优先级配置不当。如果你在中断服务函数里调用了delay函数而delay函数依赖SysTick中断来计数但SysTick中断的优先级低于当前中断那SysTick中断就进不来delay就会一直卡在while循环里。解决办法是提高SysTick中断的优先级或者不要在中断里用delay。第二种是delay函数的实现有问题。很多教程里的delay函数是用循环计数实现的这种延时不准而且容易受编译器优化影响。我建议用SysTick定时器来实现延时配置好SysTick的 reload 值每次延时的时候读取当前计数值来判断时间是否到了。标准库里的delay函数通常是这么写的void delay_ms(u16 nms) { u32 temp; SysTick-LOAD 9000 * nms; SysTick-VAL 0; SysTick-CTRL | 1; do { temp SysTick-CTRL; } while((temp 0x01) !(temp (1 16))); SysTick-CTRL ~1; SysTick-VAL 0; }这里的9000是72MHz除以8得到的因为SysTick的时钟源默认是HCLK的8分频。如果你改了系统时钟这个值也要跟着改。4.3 HardFault监控程序跑飞了怎么办HardFault是Cortex-M内核里最严重的一种异常通常是因为访问了非法内存地址、除零、未对齐访问等原因触发的。程序一旦进入HardFault默认的处理函数是一个死循环你只能看到程序不跑了但不知道跑飞到哪里去了。热词里提到了“stm32f103单片机hardfault监控程序”说明有人在做这方面的排查。我的做法是在HardFault_Handler里加入打印功能把出错时的寄存器状态通过串口打印出来。具体来说在进入HardFault的时候堆栈里保存了出错时的PC指针、LR寄存器、R0~R3等值。你可以写一个HardFault_Handler从堆栈里把这些值取出来打印然后根据PC指针的值去反汇编文件里查找对应的代码位置。void HardFault_Handler(void) { __asm volatile ( tst lr, #4\n ite eq\n mrseq r0, msp\n mrsne r0, psp\n ldr r1, hard_fault_handler_c\n bx r1\n ); } void hard_fault_handler_c(unsigned int *hardfault_args) { printf(HardFault! PC 0x%08X\r\n, hardfault_args[6]); printf(LR 0x%08X\r\n, hardfault_args[5]); while(1); }这段代码的核心思路是判断出错时使用的是MSP还是PSP堆栈然后把堆栈指针传给C函数从堆栈里取出PC值。有了PC值你就能定位到出错的代码行了。5. 进阶方向从点灯到做项目中间还差什么5.1 定时器STM32最强大的外设之一STM32F103的定时器资源非常丰富有高级定时器TIM1和TIM8、通用定时器TIM2~TIM5、基本定时器TIM6和TIM7。每个定时器都有多个通道可以实现PWM输出、输入捕获、输出比较、编码器接口等功能。热词里提到了“stm32f103定时器实现软件串口”和“stm32定时器捕获测频率”这两个都是定时器的典型应用。软件串口就是用定时器的输入捕获来测量串口数据的位宽或者用定时器的输出比较来模拟串口发送。捕获测频率则是用输入捕获功能测量外部信号的周期然后算出频率。定时器的配置步骤大致是使能定时器时钟、配置时基单元预分频器、自动重装载值、计数模式、配置通道输入捕获或输出比较、配置中断如果需要、使能定时器。预分频器和自动重装载值的计算公式是定时器溢出频率 定时器时钟 / ((预分频器 1) * (自动重装载值 1))比如你要产生一个1kHz的定时中断定时器时钟是72MHz预分频器设为71自动重装载值设为999那么溢出频率 72000000 / (72 * 1000) 1000Hz。5.2 USB设备开发STM32F103的USB能做什么STM32F103自带一个USB 2.0全速设备接口支持12Mbps的传输速率。热词里提到了“stm32 如何做usb设备”和“stm32 usb虚拟串口发送数据”说明很多人对USB开发感兴趣。STM32F103的USB外设可以配置成多种设备类型虚拟串口CDC、键盘HID、鼠标HID、大容量存储设备MSC、自定义设备等。做USB虚拟串口是最常见的入门项目因为它的用途很直接——给电脑增加一个串口但不需要额外的USB转串口芯片。USB虚拟串口的实现需要用到ST提供的USB库配置过程比较复杂涉及到端点配置、描述符定义、中断处理等。我的建议是先用CubeMX生成一个USB CDC的工程把基本的收发跑通然后再去研究描述符和端点的细节。USB协议本身就很复杂一上来就啃协议栈容易劝退。5.3 基于STM32的毕业设计怎么做才不烂大街热词里出现了“基于stm32的毕业设计”这是一个很现实的需求。每年毕业季都有大量的学生做STM32相关的毕设但大部分都是“温湿度监测LCD显示报警”这种套路。如果你想做出点不一样的东西我有几个方向可以参考。第一个方向是多传感器融合。不要只用一个DHT11测温度可以加上气压传感器、光照传感器、空气质量传感器做一个环境监测站。关键是要把数据融合起来做趋势分析而不是简单地显示数值。第二个方向是无线通信云端。用ESP8266或者ESP32做WiFi通信把STM32采集的数据上传到云平台做一个远程监控系统。这个方向的技术栈比较完整从传感器到单片机到无线模块到云端能体现你的综合能力。第三个方向是实时控制。用STM32的定时器和PWM做电机控制比如做一个小型的平衡车或者机械臂。这个方向对实时性要求高能体现你对中断、定时器、PID算法的理解。不管选哪个方向关键是要有“自己的东西”。哪怕你只是把别人的方案改进了10%只要你能说清楚为什么改、改了什么、效果如何那就是一个合格的毕设。5.4 仿真工具没有硬件也能学STM32热词里提到了“renode如何模拟stm32f103”这是一个很实用的工具。Renode是一个开源的仿真框架可以模拟多种嵌入式平台包括STM32F103。如果你手头没有开发板或者想在不烧录的情况下验证代码逻辑Renode是一个不错的选择。Renode的安装和使用不算复杂下载安装包之后写一个简单的脚本描述你的硬件平台比如STM32F103的存储器映射、外设地址等然后加载你的elf文件就可以运行了。它支持UART输出你可以看到串口打印的信息。不过Renode的仿真精度有限定时器和中断的时序可能和真实硬件有差异所以它更适合验证逻辑不适合验证时序敏感的功能。6. 工具链和调试技巧让开发效率翻倍6.1 ST-Link Utility和STM32CubeProgrammer怎么选ST-Link Utility是ST早期的烧录工具界面简单功能单一但胜在稳定。STM32CubeProgrammer是ST现在主推的烧录工具支持更多的芯片系列和更多的功能比如选项字节配置、OTP读写、外部存储器烧录等。如果你只是烧录F103两个都够用。但如果你后面要接触G0、H7、MP1等系列建议直接上手STM32CubeProgrammer。这两个工具都有一个很实用的功能读取芯片内的Flash内容。如果你有一个已经烧录好的板子想读出里面的程序可以用这个功能把Flash内容读出来保存成bin或者hex文件。当然如果芯片启用了读保护这个操作是会被拒绝的。6.2 用VS Code搭建STM32开发环境的正确姿势虽然我建议新手先用Keil但如果你已经有一定基础想在VS Code里开发STM32也是完全可以的。核心需要装这几个东西Cortex-Debug插件用于调试、STM32 VS Code ExtensionST官方插件、arm-none-eabi-gcc工具链、OpenOCD或者ST-Link GDB Server。配置的关键在launch.json和tasks.json这两个文件。launch.json告诉VS Code用什么调试器、连接什么目标、加载什么elf文件。tasks.json定义编译任务调用make或者cmake来编译工程。如果你用CubeMX生成Makefile工程VS Code可以直接调用make来编译。编译成功但烧录不进去的问题前面已经分析过了。这里补充一点VS Code的调试配置里svdFile这个选项可以加载STM32F103的SVD文件加载之后你在调试的时候就能看到所有外设寄存器的值非常方便。6.3 常见外设的调试要点速查外设常见问题排查要点GPIO输出电平不对检查时钟使能、模式配置、引脚复用USART乱码或收不到数据检查波特率、时钟配置、TX/RX是否交叉TIM定时不准检查预分频和重装载值、时钟源SPI通信失败检查CPOL/CPHA、片选信号、时钟极性I2C总线锁死检查上拉电阻、时钟频率、从机地址ADC采样值跳动检查参考电压、采样时间、滤波电路DMA传输不完成检查通道配置、传输方向、中断标志这张表里的每一个问题我都实际遇到过尤其是I2C总线锁死几乎是每个用I2C的人都会踩的坑。I2C锁死的典型表现是SCL被从机拉低主机无法产生时钟脉冲。解决办法是在初始化的时候手动发送几个时钟脉冲让从机释放总线。7. 学习路径建议从F103出发能走多远STM32F103是一块很好的入门芯片但它的性能有限72MHz的主频、最大512KB的Flash、64KB的RAM对于复杂的应用来说确实不够用。但如果你能把F103玩透后面换到F4、F7、H7甚至G0、L4系列上手会非常快。我的建议是在F103上至少做三个完整的项目。第一个项目是基础外设的综合应用比如用GPIO、定时器、串口、ADC做一个简单的数据采集器。第二个项目是通信协议相关的比如用SPI驱动一个显示屏或者用I2C驱动一个传感器。第三个项目是带实时操作系统的比如移植FreeRTOS做多任务调度。做完这三个项目你对STM32的理解就不再是“点灯”的水平了。你会知道怎么阅读参考手册、怎么查数据手册、怎么用示波器抓波形、怎么用调试器看寄存器。这些能力比你会用多少个外设更重要。热词里还有“3588开发板”“t113开发板”“zynq开发板”这些更高端的平台但那是另一个阶段的事情了。先把F103吃透后面的事情水到渠成。我见过太多人一上来就想搞Linux、搞FPGA结果连GPIO都没搞明白最后两头都没学好。最后分享一个我自己的习惯每次调通一个新外设我都会把配置代码整理成一个独立的.c和.h文件放在一个公共的文件夹里。下次做新项目的时候直接复制过来改改就能用。几年下来我攒了一套自己的外设驱动库虽然不如HAL库那么完善但胜在轻量、可控、每一行代码我都知道它在干什么。这个习惯让我在换芯片平台的时候移植代码的速度比其他人快很多。
