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单片机学习笔记

news 2025/9/12 7:25:01

单片机学习笔记整理与示例讲解

一、环境搭建

1. Keil 软件（MDK-ARM）

卸载：进入 Keil 安装目录（如C:\Keil_v5），运行Uninstall.exe，选择需要移除的工具链（如 ARM 开发工具），点击Remove。
安装：
1. 从01_Realview MDK文件夹中运行MDK536.EXE，按提示安装；
2. 安装芯片支持包（如Keil.STM32U5xx DFP.2.1.0.pack）；
3. 使用keygen.zip中的破解工具激活（参考keygen使用说明.docx）。

2. STM32CubeMX

安装：
1. 先安装 Java 环境（jre-8u271-windows-x64.zip）；
2. 运行ST SetupSTM32CubeMX-6.8.1-Win.exe，按向导完成安装；
3. 安装 STM32U5 系列软件包（stm32cube_fw_u5_v120.zip）。

二、STM32U575RIT6 开发板套件

核心组件

核心板：含 STM32U575RIT6 芯片、SWD 调试接口、电源指示灯、复位按键等。
底板：扩展 WiFi 模组、独立按键、蜂鸣器（引脚 PA15）、RTC 纽扣电池等。
资源拓展板：含温湿度传感器、LED（如 LD1）、485/CAN 总线接口等。

三、引脚查找案例（以 LD1 为例）

目标：找到控制拓展板 LD1 的芯片引脚

硬件连接链：资源拓展板 → 底板 → 核心板 → STM32U575RIT6 芯片。
查找步骤：
- 拓展板 LD1 对应LED1引脚，连接到拓展板接插件 J1 的 4 号引脚；
- 底板接插件 J6 的 4 号引脚与拓展板 J1 的 4 号引脚相连；
- 底板 J6 的 4 号引脚通过底板 J2 的 15 号引脚连接到核心板 J3 的 15 号引脚；
- 核心板 J3 的 15 号引脚对应芯片PC4引脚（芯片第 24 号引脚）。
结论：LD1 → LED1 → PC4（需通过原理图逐层验证硬件连接）。

四、芯片手册与寄存器分析

1. RCC 寄存器（时钟控制）

功能：控制外设时钟使能，需先使能 GPIO 端口时钟才能操作引脚。
PC4 引脚对应的时钟配置：
- 需使能GPIOC端口时钟；
- 对应寄存器RCC_AHB2ENR的Bit2（GPIOCEN）：置 1 时使能 GPIOC 时钟，置 0 时关闭。

2. GPIO 寄存器（引脚控制）

初始化结构体：GPIO_InitTypeDef包含引脚编号（Pin）、模式（Mode，如输出推挽GPIO_MODE_OUTPUT_PP）、上下拉（Pull）、速度（Speed）。
直接操作寄存器：
- BSRR：高 16 位清 0 对应引脚，低 16 位置 1 对应引脚（如GPIOC->BSRR = (1<<4)置位 PC4，GPIOC->BSRR = (1<<20)清零 PC4）；
- BRR：低 16 位专门用于清 0 对应引脚（如GPIOC->BRR = (1<<4)清零 PC4）。

五、STM32CubeMX 工程创建与配置

流程示例（以控制 PC4 输出为例）

安装软件包：打开 CubeMX，进入Manage embedded software packages，安装STM32Cube FW U5 V1.2.0。
选择 MCU：New Project → Access to MCU Selector，搜索STM32U575RIT6并选择。
配置引脚：
- 在Pinout视图中找到PC4，右键配置为GPIO_Output（绿色表示配置并使能成功）。
时钟配置：
- 在Clock Configuration中，设置系统时钟（SYSCLK）为最高 160MHz（通过 PLL 倍频实现）。
生成代码：
- Project Manager中设置工程名（如BSP_01_GPIO）、路径（无中文），工具链选择MDK-ARM；
- 点击GENERATE CODE，若提示 “ICACHE 未使能”，选择Yes继续。

六、Keil 工程与 HAL 库函数

1. 工程结构

启动文件：startup_stm32u575xx.s（初始化芯片内核）；
用户代码：main.c（主函数）、gpio.c（GPIO 初始化）；
HAL 库：Drivers/STM32U5xx_HAL_Driver（硬件抽象层函数）。

2. 核心 HAL 库函数（GPIO 操作）

函数名	功能	参数示例	示例用法
`HAL_GPIO_WritePin`	输出高低电平	`GPIOC, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET`	点亮 LED：`HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_4, 1);`
`HAL_GPIO_ReadPin`	读取引脚电平	`GPIOC, GPIO_PIN_4`	读状态：`uint8_t state = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_4);`
`HAL_GPIO_TogglePin`	翻转引脚电平	`GPIOC, GPIO_PIN_4`	闪烁 LED：`HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_4);`

3. 示例代码（LED 闪烁）

运行

// main.c中USER CODE块内
int main(void) {// 初始化HAL库HAL_Init();// 初始化系统时钟（CubeMX生成）SystemClock_Config();// 初始化GPIO（PC4为输出，CubeMX生成）MX_GPIO_Init();while (1) {// LED亮（PC4输出高电平）HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);HAL_Delay(1000); // 延时1秒// LED灭（PC4输出低电平）HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET);HAL_Delay(1000);}
}

七、程序烧录

配置 Debug：
- Keil 中打开工程，点击Options for Target → Debug，选择ST-Link Debugger，点击Settings；
- 确认SW Device识别到芯片（如0x0BE12477），在Flash Download中勾选 “Program” 和 “Verify”。
烧录：点击Load按钮，烧录成功会显示 “Programming Done” 和 “Verify OK”。

八、任务实践（按键控制外设）

需求：按键按下一次，外设（如 LED）工作；再按一次，外设停止（循环切换）

实现思路：

硬件连接：按键接PA0（输入模式，上拉），LED 接PC4（输出）。
代码逻辑：
- 用HAL_GPIO_ReadPin读取按键状态（按下时为低电平）；
- 用变量state记录外设状态（0：停止，1：工作）；
- 按键按下时切换state，并通过HAL_GPIO_WritePin控制 LED。

运行

// main.c中
uint8_t state = 0; // 0：LED灭，1：LED亮
uint8_t key_prev = 1; // 记录上一次按键状态（初始高电平）while (1) {uint8_t key_curr = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0); // 读按键// 按键按下（下降沿触发）if (key_prev == 1 && key_curr == 0) {state = !state; // 切换状态HAL_Delay(20); // 消抖}key_prev = key_curr; // 更新上一次状态// 控制LEDif (state == 1) {HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET); // 亮} else {HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET); // 灭}
}