STM32，從字面上來理解， ST 是意法半導體， M 是 Microelectronics 的縮寫， 32 表示 32 位，合起來理解， STM32 就是指 ST 公司開發(fā)的 32 位微控制器。在如今的 32 位控制器當中， STM32 可以說是最璀璨的新星，它受寵若嬌，大受工程師和市場的青睞，無芯能出其右。

51 是嵌入式學習中一款入門級的精典 MCU，因其結構簡單，易于教學。 51誕生于 70 年代，屬于傳統(tǒng)的 8 位單片機，如今，久經(jīng)歲月的洗禮，既有其輝煌又有其不足?，F(xiàn)在的市場產(chǎn)品競爭越來越激烈，對成本極其敏感，相應地對 MCU 的性能要求也更苛刻：更多功能，更低功耗，易用界面和多任務。面對這些要求， 51 現(xiàn)有的資源就顯得得抓襟見肘。所以無論是高校教學還是市場需求，都急需一款新的 MCU 來為這個領域注入新的活力。

基于這樣的市場需求， ARM 公司推出了其全新的基于 ARMv7 架構的 32 位 Cortex-M3 微控制器內核。緊隨其后， ST（意法半導體）公司就推出了基于 Cortex-M3 內核的 MCU——STM32。STM32憑借其產(chǎn)品線的多樣化、極高的性價比、簡單易用的庫開發(fā)方式，迅速在眾多 Cortex-M3 MCU 中脫穎而出，成為最閃亮的一顆新星。

STM32 一上市就迅速占領了中低端 MCU 市場，受到了市場和工程師的無比青睞，頗有星火燎原之勢。作為一名合格的嵌入式工程師，面對新出現(xiàn)的技術，我們不是充耳不聞，而是要盡快吻合市場的需要，跟上技術的潮流。如今 STM32 的出現(xiàn)就是一種趨勢，一種潮流，我們要做的就是搭上這趟快車，讓自己的技術更有競爭力。

• STM32 USART串口的應用

USART：Universal Synchronous Asynchronous Receiver and Transmitter的縮寫，即通用同步異步收發(fā)器可以靈活地與外部設備進行全雙工數(shù)據(jù)交換。

UART：(Universal Asynchronous Receiver andTransmitter)，它是在 USART基礎上裁剪掉了同步通信功能，只有異步通信。簡單區(qū)分同步和異步就是看通信時需不需要對外提供時鐘輸出，我們平時用的串口通信基本都是UART。

USART 在 STM32應用最多莫過于“打印”程序信息，一般在硬件設計時都會預留一個 USART通信接口連接電腦，用于在調試程序是可以把一些調試信息“打印”在電腦端的串口調試助手工具上，從而了解程序運行是否正確、指出運行出錯位置等等。

用戶平時基本上用的都是UART，很多外設與STM32進行數(shù)據(jù)傳送時都是用的UART。

開發(fā)板與電腦對于電平的定義是不一樣的，即對邏輯1和0的電平定義不同，因此需要一個轉換器，和其他開發(fā)板連接時，由于電平一樣，可直接連接。

串口通信協(xié)議介紹： 正常情況下，沒有數(shù)據(jù)傳輸時，兩端的信號線保持高電平，要發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送方向接收方發(fā)送一個低電平，接收方就知道對面要發(fā)送數(shù)據(jù)了。接下來發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)，兩端約定好數(shù)據(jù)大小是8位還是9位，一般情況下是8位，緊跟數(shù)據(jù)位后的校驗位和停止位。

在串行通信中，用“波特率”來描述數(shù)據(jù)的傳輸速率。所謂波特率，既每秒傳送的二進制位數(shù)，其單位為bps（bits per second）。它是衡量串行數(shù)據(jù)速度快慢的重要指標。國際上規(guī)定一個標準的波特率系列： 110、300、600、1200、1800、2400、4800、9600、115200、14.4Kbps、19.2Kbps、……

例如：115200bps、指每秒傳送115200位。通信雙方必須設置同樣的同學速率才能正常通信

注意：實際的數(shù)據(jù)沒這么多，還包括起始位，結束位，校驗位。

• 使用寄存器方法發(fā)送數(shù)據(jù)

位7TXE：發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器為空(Transmit data register empty)

當TDR寄存器的內容已傳輸?shù)揭莆患拇嫫鲿r，該位由硬件置1。如果 USART_CR1寄存器中 TXEIE位=1，則會生成中斷。通過對 USART_DR寄存器執(zhí)行寫入操作將該位清零。

0:數(shù)據(jù)未傳輸?shù)揭莆患拇嫫鳌?/p>

1:數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭莆患拇嫫鳎簿褪菙?shù)據(jù)寄存器為空。

注意：單緩沖區(qū)發(fā)送期間使用該位。。

發(fā)送數(shù)據(jù)前一定要檢查發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器是否為空，為空才可以發(fā)送數(shù)據(jù)。

void USART1_PutChar(uint8_t ch){

while(!(USART1->SR & 1<<7));//等待TDR為空

USART1->DR = ch;//直接將數(shù)據(jù)扔給數(shù)據(jù)寄存器

}

//第7位為0,與出來的結果為0，非運算之后為1，繼續(xù)while循環(huán)

//第7位為1,與出來的結果為非0值，非運算之后為0，退出while循環(huán)

• 使用寄存器方法接收數(shù)據(jù)

位5 RXNE： 讀取數(shù)據(jù)寄存器不為空(Read data register not empty)

當 RDR移位寄存器的內容已傳輸?shù)経SART_DR寄存器時，該位由硬件置1。如果USART_CR1寄存器中 RXNEIE= 1，則會生成中斷。通過對 USART_DR寄存器執(zhí)行讀入操作將該位清零。RXNE標志也可以通過向該位寫入零來清零。建議僅在多緩沖區(qū)通信時使用此清零序列。

0:未接收到數(shù)據(jù)

1:已準備好讀取接收到的數(shù)據(jù),即讀取數(shù)據(jù)寄存器不為空

uint8_t USART1_GetChar(void){

while(!(USART1- >SR & 1< 5));//等待RDR不為空

return USART1- >DR；

}

//第5位為0,沒有得到數(shù)據(jù)，與出來的結果為0，非運算之后為1，繼續(xù)while循環(huán)

//第5位為1,數(shù)據(jù)寄存器不為空，與出來的結果為非0值，非運算之后為0，退出while循環(huán)

• printf的實現(xiàn)：

int fputc(int ch,FILE *p){
   while(!(USART1- >SR & 1< 7));
   USART1- >DR = ch;   
   return ch; 
}//實現(xiàn)原理參考上文

• STM32 中斷系統(tǒng)專題講解

中斷能提高CPU的效率，同時能對突發(fā)事件做出實時處理。實現(xiàn)程序的并行化，實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)進程之間的切換。

• NVIC（內嵌向量中斷控制器：Nested Vectored Interrupt Controlle)的主要功能：

NVIC其實就是一個中斷管理的部件，這個部件和其他外設沒有區(qū)別，內部仍然是由一系列寄存器構成的，它的功能都可已通過寄存器的設置來實現(xiàn)?？刂埔粋€中斷本質上就是操作寄存器。

1.中斷管理

Cortex-M4 內核支持 256 個中斷，其中包含了 16 個內核中斷和 240 個外部中斷，并且具有256 級的可編程中斷優(yōu)先級設置。但 STM32F4 并沒有使用 Cortex-M4 內核的全部東西，而是只用了它的一部分。Cortex-M4處理器中，每一個外部中斷都可以被使能或者禁止，并且可以被設置為掛起狀態(tài)或者清除狀態(tài)。

注：

ISER：使能中斷，8位剛好控制256個中斷的使能，有些中斷是不可以被屏蔽的。

ICER：清除中斷使能，8位剛好控制256個中斷的清除使能

ISPR: 掛起中斷，若中斷產(chǎn)生但沒有立即執(zhí)行，它就會被掛起（產(chǎn)生的中斷沒有當前正在處理的中斷的優(yōu)先級高就會被掛起，但是當前中斷處理完成后仍然會處理新的中斷，總之，有中斷就會被處理）

ICPR：清除掛起，中斷處理完成后應該清除掛起，表示已被處理完成，如果不清除掛起標志位，下一次CPU檢查的時候發(fā)現(xiàn)該中斷還在等待處理，就會重復觸發(fā)，這不是我們想要的。也就是我們常說的清中斷。

IABR：每個外部中斷都有一個活躍狀態(tài)位，當處理器正在處理時，該位會被置1

IP：用于設置中斷的優(yōu)先級，8位寬原則上可以設置256級優(yōu)先級，但實際上STM32并沒有使用到這么多，而是使用了高4位，低4位保留，共16個可編程優(yōu)先級。

2.中斷和異常向量表

Cortex-M4 內核支持 256 個中斷，其中包含了 16 個內核中斷和 240 個外部中斷。STM32F407實際上只使用了10個內部異常和82個外部中斷。當異常或中斷發(fā)生時，處理器會把PC設置為一個特定地址，這一地址就稱為異常向量。每一類異常源都對應一個特定的入口地址，這些地址按照優(yōu)先級排列以后就組成一張異常向量表。統(tǒng)一的處理方式需要軟件去完成。采用向量表處理異常，M0處理器會從存儲器的向量表中，自動定位異常的程序入口。從發(fā)生異常到異常的處理中間的時間被縮減。

注：中斷和異常的區(qū)別：

中斷是微處理器外部發(fā)送的，通過中斷通道送入處理器內部，一般是硬件引起的，比如串口接收中斷，而異常通常是微處理器內部發(fā)生的，大多是軟件引起的，比如除法出錯異常，特權調用異常等待。不管是中斷還是異常，微處理器通常都有相應的中斷/異常服務程序。

3.支持嵌套中斷：在執(zhí)行一個中斷服務程序的時候

當前處理器正在執(zhí)行某一中斷處理程序時，在執(zhí)行期間有一優(yōu)先級更高，更緊急的中斷需要處理，會打斷當前的中斷處理程序，去執(zhí)行高優(yōu)先級中斷的處理程序，執(zhí)行完成后再繼續(xù)當前的中斷處理程序。

STM32有3個固定的優(yōu)先級，都是負值，不能改變，值越小優(yōu)先級越高，有16個可編程優(yōu)先級，用4個bit位表示。

在 NVIC 有一個專門的寄存器：中斷優(yōu)先級寄存器 NVIC_IPRx（在 F407 中，x=0...81，即82個外部中斷）用來配置外部中斷的優(yōu)先級，IPR寬度為 8bit，原則上每個外部中斷可配置的優(yōu)先級為0~255，數(shù)值越小，優(yōu)先級越高。但是絕大多數(shù) CM4芯片都會精簡設計，以致實際上支持的優(yōu)先級數(shù)減少，在 F407 中，只使用了高 4bit。

STM32還會把優(yōu)先級分為兩級，一級叫做主優(yōu)先級，第二級叫做子優(yōu)先級，主優(yōu)先級又叫做搶占優(yōu)先級，子優(yōu)先級又叫做響應優(yōu)先級。比較時首先比較主優(yōu)先級，主優(yōu)先級高則優(yōu)先級一定高，主優(yōu)先級相同時比較子優(yōu)先級，響應優(yōu)先級數(shù)值越小，則優(yōu)先級越高。

IPR中的高4 位，又分為搶占優(yōu)先級和響應優(yōu)先級。搶占優(yōu)先級在前，響應優(yōu)先級在后。而這兩個優(yōu)先級各占幾個位又要根據(jù)SCB->AIRCR中的中斷分組設置來決定。這里簡單介紹一下STM32F4的中斷分組：STM32F4 將中斷分為 5 個組，組 04。該分組的設置是由 SCB->AIRCR 寄存器的 bit108 來定義的。注意：工程開發(fā)中應當首先確定中斷優(yōu)先級分組，之后就不要再做修改了。

4.中斷優(yōu)先級總結

搶占優(yōu)先級的級別高于響應優(yōu)先級。而數(shù)值越小所代表的優(yōu)先級就越高。 同一時刻發(fā)生的中斷，優(yōu)先處理優(yōu)先級較高的中斷。高優(yōu)先級的搶占優(yōu)先級是可以打斷正在進行的低搶占優(yōu)先級中斷的。而搶占優(yōu)先級相同的中斷，高優(yōu)先級的響應優(yōu)先級不可以打斷低響應優(yōu)先級的中斷。

搶占優(yōu)先級相同就看響應優(yōu)先級，同樣數(shù)值越小優(yōu)先級越高。如果兩個中斷的搶占優(yōu)先級和響應優(yōu)先級都是一樣的話，則看哪個中斷先發(fā)生就先執(zhí)行。如果同時發(fā)生則優(yōu)先處理編號較?。▽?0個內部異常和82個外部中斷所對應的中斷入口進行編號，如EXIT5-EXIT9合用一個中斷入口，其編號為23，內部異常的中斷入口編號均為負數(shù)）的那個，也就是異常向量表中排前面的先執(zhí)行。

• EXTI，外部中斷控制器

簡單來說，EXTI就是管理GPIO產(chǎn)生的中斷，是GPIO與NVIC連接的中介，由于GPIO管腳太多，需要一個統(tǒng)一管理，就是EXIT，而其他的片內外設如串口、定時器、I2C等產(chǎn)生的中斷直接被NVIC管理。

EXTI共有16個通道選擇器，每一個編號相同的GPIO管腳連接到編號相同的通道選擇器中，每個通道選擇器最終輸出一根中斷輸入線，工作時，每一個選擇器下同時只能有一個管腳被配置使用，具體配置哪一個管腳由該器件的外部中斷配置控制器SYSCFG配置。

EXTI0-EXTI4每一個都有單獨的中斷入口，而EXTI5-EXTI9合用一個中斷入口，EXTI10-EXTI15也合用一個中斷入口。

一個SYSCFG只能配置4個通道選擇器，因此需要4個SYSCFG。

• 外部中斷處理流程：

1：中斷輸入線，外部管腳產(chǎn)生的中斷由此輸入?？梢允歉唠娖?，也可以是低電平，根據(jù)設定要求產(chǎn)生

2：邊沿檢測電路會根據(jù)設定中斷產(chǎn)生的方式檢測電平，判斷是否發(fā)生中斷，如上升沿觸發(fā)中斷、下降沿觸發(fā)中斷或者上升沿和下降沿均可觸發(fā)中斷

3：如果2滿足條件，會經(jīng)過一個“或”門，“或”表示由外部輸入的中斷信號可以觸發(fā)中斷，內部的事件也可以產(chǎn)生中斷，如定時器的更新事件等，不論外部內部，只有有一個就繼續(xù)下去

如果是電平，就向上走，如果是事件就向下走

4：通過一個“與” 門，與表示新來的中斷已被掛起（中斷產(chǎn)生還未處理）記錄，且次此中斷沒有被屏蔽，二者同時滿足后可交由NVIC處理，傳送至內核進行響應。、

• 按鍵中斷實例

配置GPIO為外部中斷模式，觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)，使能外部中斷入口，設置優(yōu)先級，包括主優(yōu)先級和子優(yōu)先級。

在Cube MX中只要使能了中斷入口肯定會生成對應的中斷處理函數(shù)，這些處理函數(shù)被歸納到stm32f4xx_it.c當中，這里面的文件都是中斷處理函數(shù)的入口（IRQHander，Interrupt ReQuest Hander，中斷處理請求函數(shù)）

在此文件的相應的函數(shù)入口處一步步追下去，就可以得到相應的中斷處理代碼。

這里的Callback函數(shù)一般是若函數(shù)，意味著用戶可以對該函數(shù)進行重新編寫完成自己的邏輯功能。將該函數(shù)復制到gpio.c中進行重新編寫，復制時不需要復制函數(shù)前的__weak（弱函數(shù)典型的標記為函數(shù)前有__weak），因此在整個工程里就會有兩個同名的函數(shù)，系統(tǒng)在編譯的時候遇到兩個同名函數(shù)時，就會自動忽略有__weak標記的函數(shù)，轉而去編譯用戶自己編寫的同名函數(shù)。

//gpio.c 


void HALGPIO EXTI_Callback (uint16_t GPIO_ Pin){
  if(GPIO_ Pin == GPIO_PIN_9){
        HAL_Delay(20);//延時，用于消除抖動
              if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOI,GPIO_PIN_9) == GPIO_PIN_RESET){ 
              //讀管腳為低電平表示確實被按下了
                        printf("KEY3 INT successn");
               }
   }
}

//main.c


include "gpio.c"
include "usart.c" 


main(){
 MX_GPIO_Init();//對GPIO口時鐘配置，中斷優(yōu)先級配置，觸發(fā)方式等的初始化
 MX_USART1_UART_Init();對USART1初始化配置 
 while(){} 
 }

HAL_Delay()函數(shù)是由Systick定時器實現(xiàn)的，也涉及到一個中斷的處理過程，執(zhí)行的是系統(tǒng)內部的定時器產(chǎn)生的異常處理函數(shù)，因此設置按鍵中斷的優(yōu)先級必須要比HAL_Delay()要小，否則HAL_Delay()函數(shù)無法搶占導致程序死掉。

• 串口中斷實例、

配置串口管腳參數(shù)，使能串口中斷入口，設置優(yōu)先級分組，設置串口中斷優(yōu)先級。

1.HAL_UART_IRQHandler ( &huart1);追進去有相當多類型的中斷處理函數(shù)，選擇串口在傳輸模式下發(fā)送完成的中斷處理函數(shù)。

用戶只需實現(xiàn)void HAL_UART_ TxCpltCallback (UART_HandleTypeDef *huart）的邏輯代碼

2.HAL_UART_IRQHandler ( &huart1);追進去有相當多類型的中斷處理函數(shù)，選擇串口在接收模式下的中斷處理函數(shù)。

該中斷處理函數(shù)仍然會調用一個回調函數(shù)。

用戶只需實現(xiàn)void HAL UART RxCpltCallback(UART HandleTypeDef *huart)的邏輯代碼

串口中斷有專門的串口接收中斷函數(shù)和發(fā)送中斷函數(shù)用來觸發(fā)中斷。

HAL_UART_Transmit_IT();

HAL_UART_Receive_IT ();

//main.c 


include "gpio.c" 
include "usart.c" 
uint8_t revbuff[2]={0};//接收緩沖區(qū),定義全局為變量用于外部引用 
main(){ 
  MX_GPIO_Init(); 
  MX_USART1_UART_Init();//對USART1初始化配置，中斷優(yōu)先級配置 
  HAL_UART_Transmit_IT(&usart1,(uint8_t *)"USART SENDn",11); 
  //只有發(fā)送11個字符完成之后會觸發(fā)發(fā)送完成中斷，只觸發(fā)一次 
  HAL_UART_Receive_IT(&usart1,revbuff，2); 
  //只有接收到2個數(shù)據(jù)后觸發(fā)接收中斷，只觸發(fā)一次，若想多次觸發(fā)，必須再次調用 
  while(){} 
}

//usart.c 


void HALUART_ TxCpltCallback (UART_HandleTypeDef *huart){    
  if(huart- >Instance == USART1){        
  printf("UART SEND endn");        
  } 
} 
extern uint8_t revbuff[2]={0}; 
void HAL UART RxCpltCallback(UART HandleTypeDef *huart){    
  if(huart- >Instance == USART1){       
  printf("revbuff[0]=%x,revbuff[0]n");          
  printf("revbuff[1]=%x,revbuff[1]n");          
  HAL_UART_Receive_IT(&usart1,revbuff，2);//用于多次觸發(fā)接收中斷    
  }     
}