前言

本篇开始DLGXY将记录学习STM32F103C8T6库开发的笔记，学习方式是主要观看B站的江协科技、铁头山羊的视频。学习过程中可以利用AI软件进行铺助学习，比如用自己的语言讲述某个知识点，让AI判断我们自己的理解是否有误，以此来加深印象。

STM32F103C8T6概述

STM32F103C8T6是意法半导体（STMicroelectronics）推出的基于ARM Cortex-M3内核的32位微控制器，属于STM32F1系列中的“中等容量”产品线。该芯片以高性能、低功耗和丰富的外设资源著称，广泛应用于工业控制、消费电子、物联网设备等领域。

命名规则

F103C8T6：F= 通用类型、103 = 增强型、C = 48个引脚、 8 = 64KB Flash存储器、T = LQFP48封装、6 = 温度范围 -40℃ ~ 85℃

核心参数

• 内核：ARM Cortex-M3，主频72MHz，支持单周期乘法和硬件除法。

• 存储：64KB Flash存储器，20KB SRAM（包含6KB核心耦合存储器CCM）。

• 封装：LQFP48，体积紧凑，适合空间受限的设计。

• 外设：

  • 3个USART、2个SPI、2个I2C接口。

  • 1个USB 2.0全速接口。

  • 2个12位ADC（共10通道），1个12位DAC。

  • 7通道DMA控制器，支持外设数据高效传输。

  • 16位PWM定时器（4通道），支持电机控制

系统结构

 1. 核心大脑：

Cortex-M3 内核 Cortex-M3 是整个芯片的运算核心，它采用了**哈佛架构**，拥有三条独立的总线接口，这是它高性能的基础：

ICode 指令总线：专门负责从 Flash 中读取指令。因为指令流是连续的，让CPU 流水线始终保持满载。

DCode 数据总线：专门用于访问 SRAM 和 Flash 中的数据，只可以写入SRAM。和指令总线分离，实现了“取指”和“取数”的并行操作，避免了总线冲突。

System 系统总线：用于访问外设寄存器和系统控制单元，是内核与外部世界沟通的桥梁。

这种设计让 Cortex-M3 可以在一个时钟周期内同时完成指令读取和数据访问，极大地提升了指令执行效率。 

2. 交通枢纽：

总线矩阵（Bus Matrix） 如果把内核看作“大脑”，那么总线矩阵就是整个芯片的“交通调度中心”。它连接了内核的两条总线、DMA 控制器和 AHB 系统总线，负责管理所有数据的流向。

多主设备支持：内核和 DMA 都可以作为总线“主设备”，同时发起对存储或外设的访问请求。

并行访问能力：比如，内核通过 ICode 总线从 Flash 取指令，同时通过 DCode 总线向 SRAM 搬运数据时，DMA控制器可通过独立的AHB总线访问SRAM搬运数据，两者互不干扰，充分利用了总线带宽。

仲裁机制：当多个主设备同时请求访问同一个从设备时，总线矩阵会根据优先级进行仲裁，确保高优先级任务（如 DMA 传输）优先获得总线使用权。

3. 存储系统：

程序与数据的“仓库” STM32 的存储系统由片内 Flash、SRAM 和可选的外部扩展存储组成，各司其职：

Flash 存储器：通过 Flash 接口与 ICode/DCode 总线相连，是程序代码和常量数据的“永久仓库”。它的容量从几十 KB 到几 MB 不等，支持在线编程（ISP）和在应用编程（IAP），方便固件升级。

SRAM 存储器：直接挂在高速 AHB 总线上，是运行时数据、堆栈和临时变量的“临时货架”。它的速度极快，可以和内核同频运行，保证了数据的高速读写。

FSMC（灵活静态存储控制器）：这是一个“扩展坞”，允许你连接外部的 SRAM、NOR Flash、NAND Flash 等存储设备，满足大容量存储的需求，比如在需要存储大量日志或图像数据的应用中。 

4. 动力心脏：

RCC 复位与时钟控制 RCC（Reset and Clock Control）是整个系统的“电源与时钟管家”，它负责两件核心事情：

时钟管理：为内核、总线和所有外设提供精准的时钟信号。你可以通过配置寄存器选择不同的时钟源（内部高速 RC 振荡器 HSI、外部晶振 HSE、锁相环 PLL 等），并为不同外设分配合适的时钟频率。例如，让高速外设（如 SPI1、TIM1）工作在 72MHz，而低速外设（如 RTC、看门狗）工作在 32.768kHz，以平衡性能与功耗。

复位管理：负责系统的上电复位、手动复位和各种异常复位（如看门狗复位、低电压复位）。它确保芯片在任何情况下都能安全启动或重启，是系统可靠性的重要保障。

5. 分层总线：

AHB 与 APB 的分工协作 为了平衡性能和功耗，STM32 采用了**分层总线架构**，将高速设备和低速设备隔离开来：

AHB（Advanced High-performance Bus）：高性能总线，连接 DMA、FSMC、SRAM、SDIO 等高速设备。它的时钟频率最高（可达 72MHz 或更高），带宽大，适合大数据量的连续传输。

APB（Advanced Peripheral Bus）：外设总线，分为 APB1 和 APB2 两个分支：

APB2：连接高速外设，如 ADC、SPI1、TIM1、GPIO A~G、USART1，时钟频率最高可达 72MHz。

APB1：连接低速外设，如 UART2~5、I2C、CAN、TIM2~7、DAC、PWR，时钟频率最高为 36MHz，以降低功耗。

桥接器（Bridge 1/2）：负责 AHB 和 APB 之间的协议转换和数据缓冲。它就像一个“翻译官”，让高速的 AHB 总线可以和低速的 APB 外设高效通信，同时还能在总线空闲时进入低功耗模式。

6. 数据搬运工：

DMA 控制器 DMA（Direct Memory Access）是嵌入式系统中提升性能的“秘密武器”，它可以在不占用 CPU 的情况下，直接在外设和存储器之间传输数据。

双 DMA 控制器：STM32 通常配备 DMA1 和 DMA2 两个控制器：

DMA1：为 APB1 和 APB2 外设提供 7 个通道，支持 ADC、SPI、I2C、USART 等外设的数据传输。

DMA2：为更高速的外设（如 SDIO、FSMC）提供 5 个通道，带宽更高。

典型应用场景：当你需要用 ADC 连续采集模拟信号时，DMA 可以自动将 ADC 数据寄存器中的数据搬运到 SRAM 中，CPU 只需要在传输完成后处理数据即可，无需参与每一次数据移动，从而大幅提升系统的实时性和效率。

7. 功能外设：

丰富的“工具箱” STM32 之所以强大，很大程度上得益于它丰富的外设资源，这些外设就像一个“工具箱”，让你可以快速实现各种功能：

-通用输入输出（GPIO A~G）：最基础的外设，用于连接外部传感器、按键、LED、继电器等，实现数字信号的输入和输出。

通信接口：USART/UART（串口）、SPI、I2C、CAN、USB，让你的设备可以和其他模块或上位机进行数据通信。

定时器（TIM1~8）：支持 PWM 输出、定时中断、输入捕获、正交编码器接口等功能，广泛应用于电机控制、信号测量、PWM 调光等场景。

模拟外设：ADC（模数转换器）用于采集温度、电压等模拟信号，DAC（数模转换器）用于输出波形或控制模拟设备。

系统外设：实时时钟（RTC）提供精确的时间戳，看门狗（IWDG、WWDG）监控系统运行状态，备份寄存器（BKP）用于在掉电时保存关键数据。

看完了各个模块，我们来总结一下 STM32 系统架构的精妙之处：

1. 哈佛架构带来的并行性：指令和数据总线分离，让 CPU 可以同时取指和取数，显著提升了指令执行效率。

2. 分层总线的能效平衡：AHB 保证高速传输，APB 降低低速外设的功耗，兼顾了性能与节能。

3. DMA 解放 CPU：DMA 负责数据搬运，让 CPU 可以专注于更复杂的计算任务，特别适合实时性要求高的应用。

4. 丰富的外设集成：片上集成了几乎所有常用的外设，减少了外部电路的设计复杂度，缩短了产品开发周期。 

引脚定义

1. 电源与时钟引脚

这是芯片运行的基础，必须正确连接：

• VBAT (引脚 1)：备用电池输入，用于在主电源掉电时给 RTC 实时时钟供电，保持时间不走丢。

• VDD/VSS (引脚 8,9,24,35,36,47,48)：主电源（3.3V）和地引脚，多组设计是为了分散电流、降低噪声。

• OSC_IN/OSC_OUT (引脚 5,6)：外部高速晶振（通常 8MHz）输入输出脚，为系统提供精准时钟。

• NRST (引脚 7)：复位引脚，低电平触发芯片复位，一般接一个 10k 上拉电阻和复位按键。

2. 调试与烧录引脚

这是开发时必须用到的下载和调试接口：

• PA13 (JTMS/SWDIO, 引脚 34)

• PA14 (JTCK/SWCLK, 引脚 37)这两个引脚是 SWD 调试接口，只需要两根线就能实现程序下载和在线调试，是最常用的方式。

3. 5V 容忍引脚（FT 标记）

STM32 是 3.3V 芯片，但带 FT 标记的引脚（如 PB0-PB15、PA9-PA12 等）可以直接连接 5V 电平的外设（如 5V 传感器、Arduino），无需额外电平转换，这在跨电压系统中非常实用。

4. 常用外设引脚示例

• USART1 串口：PA9 (TX, 引脚30) 和 PA10 (RX, 引脚31)，默认复用功能就是串口，是最常用的调试输出和通信接口。

• I2C1 总线：PB6 (SCL, 引脚41) 和 PB7 (SDA, 引脚42)，用于连接 I2C 设备（如 OLED、温湿度传感器）。

• SPI2 总线：PB13 (SCK, 引脚27)、PB14 (MISO, 引脚28)、PB15 (MOSI, 引脚29)，用于高速通信（如 SPI 显示屏、Flash 芯片）。

• 定时器通道：很多引脚都默认复用为定时器的 PWM 输出或输入捕获通道，比如 PA0 可作为 TIM2_CH1，用于 PWM 控制电机、LED 亮度等。

启动设置

引脚接错的后果

• 如果BOOT0一直接高电平，芯片会反复进入 ISP 模式，导致你烧录的程序无法运行。
• 如果误将BOOT1和BOOT0都接高，芯片会从 SRAM 启动，而 SRAM 中没有程序，表现为 “芯片没反应”。

开发支持

• 工具链：支持Keil MDK、IAR Embedded Workbench、STM32CubeIDE等主流开发环境。

• 库函数：提供标准外设库（SPL）和HAL库，简化外设配置。

• 调试接口：支持SWD和JTAG，便于程序下载与调试。

典型应用场景

• 嵌入式系统：如智能家居控制器、数据采集设备。

• 电机控制：利用PWM和定时器实现BLDC或步进电机驱动。

• 通信模块：通过USART或SPI连接Wi-Fi、蓝牙模块。

优势与局限

• 优势：性价比高，生态完善，外设丰富。

• 局限：Flash和RAM容量较小，复杂应用需优化资源。

该芯片凭借均衡的性能和广泛的社区支持，成为入门级ARM开发的常见选择。