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单片机：STM32F103的开发环境搭建

news 2025/7/7 18:58:08

本文将详细介绍如何搭建STM32F103的开发环境。STM32F103是STMicroelectronics推出的一款基于ARM Cortex-M3内核的32位微控制器（MCU），广泛应用于嵌入式开发。以下是搭建开发环境的详细步骤，涵盖硬件准备、软件安装、工具链配置及简单的开发示例。

1. 硬件准备

在搭建STM32F103开发环境之前，需要准备以下硬件：

STM32F103开发板：常见型号包括STM32F103C8T6（“蓝板”）或STM32F103ZET6开发板（如正点原子、野火等）。
调试器/编程器：推荐使用ST-Link V2、J-Link或DAP-Link，用于程序下载和调试。
USB-TTL模块：如CH340、FT232R，用于串口通信调试。
连接线：杜邦线、USB线等，用于连接开发板与PC。
电源：通常开发板通过USB供电（5V），确保供电稳定。
PC：Windows、Linux或macOS系统均可，推荐Windows 10/11以获得更好的工具支持。

2. 软件工具链准备

STM32F103的开发需要以下软件工具，包括IDE、驱动、固件库和烧录工具。以下是推荐的工具及安装步骤：

2.1 集成开发环境（IDE）

推荐使用以下两种主流IDE：

STM32CubeIDE（推荐）：
- STM32CubeIDE是ST官方推出的免费IDE，集成了代码编辑、调试、配置工具和固件库。
- 安装步骤：
  1. 访问ST官方网站，下载最新版本的STM32CubeIDE（支持Windows/Linux/macOS）。
  2. 安装时选择默认设置，确保安装路径无中文字符。
  3. 安装完成后，启动STM32CubeIDE，登录ST账户（可选）以激活完整功能。
Keil MDK-ARM：
- Keil是专业的嵌入式开发工具，支持ARM Cortex-M系列，适合需要高性能调试的用户。
- 安装步骤：
  1. 访问Keil官网，下载MDK-ARM（需购买许可证，免费版有代码大小限制）。
  2. 安装Keil MDK和STM32相关Pack（如STM32F1xx_DFP）。
  3. 配置ARM编译器（通常随MDK安装）。

选择建议：初学者推荐STM32CubeIDE，免费且功能全面；专业开发者可选择Keil以获得更强大的调试功能。

2.2 驱动安装

ST-Link驱动：
- 如果使用ST-Link调试器，需安装驱动。
- 下载地址：ST-Link驱动。
- 安装后，连接ST-Link到PC，在设备管理器中检查是否识别为“STM32 STLink”。
USB-TTL驱动：
- 若使用CH340/CH341模块，需安装对应驱动（从模块供应商官网或芯片厂家网站下载）。

2.3 STM32CubeMX（可选，但推荐）

STM32CubeMX是ST官方的图形化配置工具，用于生成初始化代码、配置外设（如GPIO、UART、TIM等）。
安装步骤：
1. 从ST官网下载STM32CubeMX。
2. 安装并确保Java环境已配置（若未安装，下载Java SE）。
3. 启动CubeMX，下载STM32F1系列固件库（在CubeMX中选择“Manage Software Installations”）。

2.4 固件库

STM32F103开发支持以下两种固件库：

标准外设库（SPL）：传统方式，代码手动配置，适合小型项目。
- 下载地址：STM32F1标准库。
HAL库（推荐）：STM32Cube框架下的硬件抽象层，代码可移植性强，适合复杂项目。
- HAL库通过STM32CubeMX自动生成，或从ST官网下载。

2.5 烧录工具

STM32CubeProgrammer：
- ST官方烧录工具，支持ST-Link、J-Link、串口等多种烧录方式。
- 下载地址：STM32CubeProgrammer。
- 安装后，用于固件下载和Flash擦除。
ST-Link Utility（旧工具）：功能类似，但CubeProgrammer更现代化。

2.6 终端工具（用于串口调试）

PuTTY或Tera Term：用于查看串口输出，调试程序。
安装步骤：
1. 下载PuTTY（官网）或Tera Term。
2. 配置串口参数（波特率通常为115200，具体视程序而定）。

3. 开发环境配置

以下以STM32CubeIDE + STM32CubeMX + ST-Link为例，说明配置步骤：

3.1 配置STM32CubeMX

打开STM32CubeMX，选择“New Project”。
在MCU选择界面，搜索“STM32F103”（如STM32F103C8T6），选择对应型号。
配置外设：
- 例如，配置PA9/PA10为UART1，设置波特率为115200。
- 配置系统时钟（HSE/PLL），如使用8MHz外部晶振，设置主频为72MHz。
在“Project Manager”中：
- 设置项目名称和保存路径。
- 选择工具链为“STM32CubeIDE”。
- 选择固件包（HAL或LL）。
点击“Generate Code”，生成初始化代码。

3.2 在STM32CubeIDE中开发

打开STM32CubeIDE，导入CubeMX生成的项目（选择.ioc文件）。

编写用户代码：

在main.c中，找到/* USER CODE BEGIN */和/* USER CODE END */区域，添加功能代码。

示例：点亮LED（假设LED接在PC13）：

#include "main.h"
void SystemClock_Config(void); // 确保包含时钟配置
int main(void) {HAL_Init();SystemClock_Config();__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE(); // 使能GPIOC时钟GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);while (1) {HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13); // 翻转LED状态HAL_Delay(500); // 延时500ms}
}

配置调试器：
- 在“Run > Debug Configurations”中，选择ST-Link，设置端口和调试模式（SWD）。
编译并下载：
- 点击“Build”按钮编译项目。
- 连接ST-Link，点击“Debug”按钮下载程序到开发板。

3.3 验证环境

编译无错误后，程序将通过ST-Link烧录到STM32F103。
观察开发板上LED闪烁，确认程序运行正常。
若使用串口调试，可添加以下代码发送数据：
```
uint8_t msg[] = "Hello, STM32!\r\n";
HAL_UART_Transmit(&huart1, msg, sizeof(msg), 100);
```
在PuTTY中配置串口，查看输出。

4. 常见问题及解决

ST-Link无法识别：
- 检查驱动是否正确安装。
- 确保ST-Link固件版本与工具兼容（可用STM32CubeProgrammer升级固件）。
程序无法运行：
- 检查时钟配置是否正确（CubeMX中HSE/PLL设置）。
- 确认开发板BOOT引脚配置（BOOT0=0为Flash启动）。
串口无输出：
- 检查USB-TTL模块连接（TX接RX，RX接TX）。
- 确认波特率匹配。

5. 扩展建议

学习资源：
- ST官网文档：STM32F1参考手册。
- 社区教程：正点原子、野火等提供的STM32教程。
- 在线论坛：STM32社区、CSDN、知乎等。
进阶开发：
- 学习FreeRTOS，扩展实时操作系统开发。
- 使用CubeMX配置复杂外设（如SPI、I2C、DMA）。
- 探索低功耗模式和中断处理。
其他工具：
- 逻辑分析仪（如Saleae Logic）用于信号调试。
- VS Code + PlatformIO，适合轻量级开发。