【STM32F411 Nucleo试用体验】+STM32F411三大主要模块介绍

电源

由于本人现在正值考试复习期间，所以帖子发的有点慢…真不好意思。

上一贴讲的是MDK开发环境搭建，在进行板子各方面测试之前我觉得我有必要讲一下板子上最重要的三大模块：电源、IO口、时钟。

一、首先，我们来看一下电源，下面是电源框图

从上面我们可以看出，电源给内部的三大关键部分供电，一是给ADC供电，这块无需多说，二是电池备份域，VBAT引脚可以连接到一个可选的待机电压由电池供电或由另一个来源，当V DD是断开时保留的备份寄存器的内容和供给的RTC。还一部分主要用来给数字逻辑部分供电，像唤醒逻辑、看门狗、IO等，给内核、内存和数字外设的供电需要在VDD之后加上一个电压调整器。

接下来介绍的就是低功耗模式了

默认情况下，微控制器是在运行模式后，一个系统或一个上电复位。在运行模式的CPU的时钟HCLK和程序代码执行，一些低功耗模式是可用的，以节省电力时，不需要保持运行的中央处理器，例如在等待一个外部事件时。它是由用户选择的模式，给出低功耗之间的最佳折衷，启动时间短，可唤醒源。，短启动时间和可用唤醒源。

它具有三个低功耗模式：

•睡眠模式（(Cortex ®- M4 FPU核心停止，外围设备保持运行）

•停止模式（所有的时钟都停止了）

•待机模式（1.2 V关机）

•睡眠模式是通过执行WFI（等待中断）或WFE（等待事件）指令进入。

•待机模式允许实现最低功耗。它是基于Cortex ®- M4 FPU DEEPSLEEP模式，电压调节器不使能，1.2 V域因此断电。锁相环，HSI振荡器和HSE振荡器也关掉。SRAM和寄存器里面内容也丢失，除了备份域寄存器（RTC寄存器和备份寄存器）。

•停止模式是基于Cortex M4®- FPU DEEPSLEEP模式结合外围时钟门控。该电压调节器可以配置为在正常或低功率模式。在停止模式下，在1.2 V域所有时钟停止，锁相环，HSI和HSE RC振荡器被禁用。内部SRAM和寄存器里面的内容被保存。

电源就介绍到这里。

二、接下来是GPIO

1. 根据手册上的内容，简单地综述一下GPIO的功能：

A. 共有8种模式，可以通过编程选择：

a) 浮空输入

b) 带上拉输入

c) 带下拉输入

d) 模拟输入

e) 开漏输出——(此模式可实现hotpower说的真双向IO)

f) 推挽输出

g) 复用功能的推挽输出

h) 复用功能的开漏输出

模式7和模式8需根据具体的复用功能决定。

B. 专门的寄存器(GPIOx_BSRR和GPIOx_BRR)实现对GPIO口的原子操作，即回避了设置或清除I/O端口时的“读-修改-写”操作，使得设置或清除I/O端口的操作不会被中断处理打断而造成误动作。

C. 每个GPIO口都可以作为外部中断的输入，便于系统灵活设计。

D. I/O口的输出模式下，有3种输出速度可选(2MHz、10MHz和50MHz)，这有利于噪声控制。

E. 所有I/O口兼容CMOS和TTL，多数I/O口兼容5V电平。

F. 大电流驱动能力：GPIO口在高低电平分别为0.4V和VDD-0.4V时，可以提供或吸收8mA电流；如果把输入输出电平分别放宽到1.3V和VDD-1.3V时，可以提供或吸收20mA电流。

G. 具有独立的唤醒I/O口。

H. STM32上很多I/O管脚功能可以重新映射。

I. GPIO口的配置具有上锁功能，当配置好GPIO口后，可以通过程序锁住配置组合，直到下次芯片复位才能解锁。此功能非常有利于在程序跑飞的情况下保护系统中其他的设备，不会因为某些I/O口的配置被改变而损坏——如一个输入口变成输出口并输出电流。

J. 输出模式下输入寄存器依然有效，在开漏配置模式下实现真正的双向I/O功能。

2. STM32 GPIO端口的输出速度设置：

当STM32的GPIO端口设置为输出模式时，有三种速度可以选择：2MHz、10MHz和50MHz，这个速度是指I/O口驱动电路的速度，是用来选择不同的输出驱动模块，达到最佳的噪声控制和降低功耗的目的。高频的驱动电路，噪声也高，当你不需要高的输出频率时，请选用低频驱动电路，这样非常有利于提高系统的EMI性能。当然如果你要输出较高频率的信号，但却选用了较低频率的驱动模块，你很可能会得到失真的输出信号。实际上芯片内部在I/O口的输出部分安排了多个响应速度不同的输出驱动电路，用户可以根据自己的需要选择合适的驱动电路。注意：GPIO的引脚速度是指I/O口驱动电路的响应速度而不是输出信号的速度，输出信号的速度与你的程序有关。关键是，GPIO的引脚速度跟应用匹配。比如对于串口，假如最大波特率只需115.2k，那么用2M的GPIO的引脚速度就够了，既省电也噪声小，对于I2C接口，假如使用400k波特率，若想把余量留大些，那么用2M的GPIO的引脚速度或许不够，这时可以选用10M的GPIO引脚速度。对于SPI接口，假如使用18M或9M波特率，用10M的GPIO的引脚速度显然不够了，需要选用50M的GPIO的引脚速度。

三、 STM32F411时钟系统框图：时钟是整个系统的脉搏

下图是STM32F411时钟系统的框图，通过这个图可以一目了然地看到各个部件时钟产生的路径，还可以很方便地计算出各部分的时钟频率。

1在STM32F411中，有五个时钟源，为HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。、HSI是高速内部时钟，RC振荡器，频率为8MHz。

②、HSE是高速外部时钟，可接石英/陶瓷谐振器，或者接外部时钟源，频率范围为4MHz~16MHz。

③、LSI是低速内部时钟，RC振荡器，频率为40kHz。

④、LSE是低速外部时钟，接频率为32.768kHz的石英晶体。

⑤、PLL为锁相环倍频输出，其时钟输入源可选择为HSI/2、HSE或者HSE/2。倍频可选择为2~16倍，但是其输出频率最大不得超过72MHz。

其中40kHz的LSI供独立看门狗IWDG使用，另外它还可以被选择为实时时钟RTC的时钟源。另外，实时时钟RTC的时钟源还可以选择LSE，或者是HSE的128分频。RTC的时钟源通过RTCSEL[1:0]来选择。

STM32中有一个全速功能的USB模块，其串行接口引擎需要一个频率为48MHz的时钟源。该时钟源只能从PLL输出端获取，可以选择为1.5分频或者1分频，也就是，当需要使用USB模块时，PLL必须使能，并且时钟频率配置为48MHz或72MHz。

另外，STM32还可以选择一个时钟信号输出到MCO脚(PA8)上，可以选择为PLL输出的2分频、HSI、HSE、或者系统时钟。

系统时钟SYSCLK，它是供STM32中绝大部分部件工作的时钟源。系统时钟可选择为PLL输出、HSI或者HSE。系统时钟最大频率为72MHz，它通过AHB分频器分频后送给各模块使用，AHB分频器可选择1、2、4、8、16、64、128、256、512分频。其中AHB分频器输出的时钟送给5大模块使用：

① 、送给AHB总线、内核、内存和DMA使用的HCLK时钟。

② 、通过8分频后送给Cortex的系统定时器时钟。

③ 、直接送给Cortex的空闲运行时钟FCLK。

④ 、送给APB1分频器。APB1分频器可选择1、2、4、8、16分频，其输出一路供APB1外设使用(PCLK1，最大频率36MHz)，另一路送给定时器(timer)2、3、4倍频器使用。该倍频器可选择1或者2倍频，时钟输出供定时器2、3、4使用。

⑤ 、送给APB2分频器。APB2分频器可选择1、2、4、8、16分频，其输出一路供APB2外设使用(PCLK2，最大频率72MHz)，另一路送给定时器(Timer)1倍频器使用。该倍频器可选择1或者2倍频，时钟输出供定时器1使用。另外，APB2分频器还有一路输出供ADC分频器使用，分频后送给ADC模块使用。ADC分频器可选择为2、4、6、8分频。在以上的时钟输出中，有很多是带使能控制的，例如AHB总线时钟、内核时钟、各种APB1外设、APB2外设等等。当需要使用某模块时，记得一定要先使能对应的时钟。需要注意的是定时器的倍频器，当APB的分频为1时，它的倍频值为1，否则它的倍频值就为2。

连接在APB1(低速外设)上的设备有：电源接口、备份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2、UART2、UART3、SPI2、窗口看门狗、Timer2、Timer3、Timer4。注意USB模块虽然需要一个单独的48MHz时钟信号，但它应该不是供USB模块工作的时钟，而只是提供给串行接口引擎(SIE)使用的时钟。USB模块工作的时钟应该是由APB1提供的。

连接在APB2(高速外设)上的设备有：UART1、SPI1、Timer1、ADC1、ADC2、所有普通IO口(PA~PE)、第二功能IO口。

使用HSE时钟，程序设置时钟参数流程：

a) 将RCC寄存器重新设置为默认值 RCC_DeInit;

b) 打开外部高速时钟晶振HSE RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);

c) 等待外部高速时钟晶振工作 HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();

d) 设置AHB时钟 RCC_HCLKConfig;

e) 设置高速AHB时钟 RCC_PCLK2Config;

f) 设置低速速AHB时钟 RCC_PCLK1Config;

g) 设置PLL RCC_PLLConfig;

h) 打开PLL RCC_PLLCmd(ENABLE);

i) 等待PLL工作 while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)

j) 设置系统时钟 RCC_SYSCLKConfig;

k) 判断是否PLL是系统时钟 while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)

l) 打开要使用的外设时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd()/RCC_APB1PeriphClockCmd()

三大主要模块就介绍到这里。后面就开始测试芯片的各方面功能。

沙发

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板凳

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jackzhao · 2018-1-11 11:57:33

thank you louzhu

jackzhao · 2018-1-11 11:59:24

谢谢楼主的资料

diego_O · 2020-4-26 14:30:28

谢谢楼主得资料。

jf_17286426 · 2020-12-1 00:38:54

非常谢谢楼主的资料，期待更多的分享。

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