零基础快速上手STM32开发(手把手保姆级教程)

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摘要

作为一名嵌入式工程师,STM32 是必须要学习的一款单片机,同时这款单片机资料足够多,而且比较简单,非常适合初学者入门。


零基础快速上手STM32开发(手把手保姆级教程)

1. 前言

作为一名嵌入式工程师,STM32 是必须要学习的一款单片机,同时这款单片机资料足够多,而且比较简单,非常适合初学者入门。

STM32 是一款由 STMicroelectronics 公司开发的 32 位微控制器,由于其强大的处理能力和广泛的应用领域,如嵌入式系统、物联网设备、机器人等,而受到了广泛的欢迎。

但对于零基础的初学者来说,STM32 既没屏幕也没键盘,除了上电以外根本就不知道如何开发它。没关系,不用担心,本文将为你提供一个完整的、详细的手把手教程,帮助你从零开始搭建 STM32 开发环境。

2. 前置准备

2.1 电脑配置要求

  • Windows 电脑

很多人以为作为程序员,电脑就一定要配置好一点,于是就花了 2 万块钱买了台游戏本。。。

其实大可不必,游戏本它最贵的地方在于显卡,而对于嵌入式程序员来讲(其实对于除了人工智能及大数据程序员外都一样),电脑比较吃的性能在于 CPU 和 内存,显卡其实用不了多少(当然如果你想玩游戏就另说)。

所以大家应该把钱用在刀刃上,先把 CPU 和内存配置好就可以了。当然,在你的经济允许范围之内,你的电脑配置越高越好,毕竟工欲善其事,必先利其器。

电脑最低配置要求:

1. CPU :i5 及以上

2. 内存:16G 及以上

现在市面上能买得到的电脑,绝大多数都可以满足这两个条件。

那么要买笔记本还是台式机呢?如果你有移动办公需求,比如学生,或者需要把电脑带回家的上班族,那肯定要选择笔记本了。而如果你基本上就在一个地方做开发,那么其实我更推荐台式机,因为在相同价格里,台式机可以做到更高很多的性能。

我个人现在主要用的还是台式机,一点都不卡,嘎嘎爽!

顺便把我的台式机配置贴出来给大家参考:

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由于我有直播的需求,比较吃显卡,所以搞了个稍微好点的显卡,如果你们没有特殊需求,集成显卡都可以的。

  • Mac 电脑

很多人问我能不能用 Mac 电脑开发嵌入式,根据我的实际测试,Mac 电脑确实是可以进行嵌入式开发(需要配合虚拟机),但是说实话,体验比 Windows 差太多了。

我所使用的 Mac 电脑是 2023 年 3 月发行的 M2 电脑,16G 丐版。根据同行的反馈,Intel 版本的 Mac 电脑也可以进行嵌入式开发。

但即便如此,我还是强烈建议大家入手一台 Windows 电脑,特别是对于初学者,单单是环境的搭建,就已经足以让你掉一大把的头发了,要是再换个平台给你增加难度,那么。。你很可能还没开始就放弃了……

如果大家对 Mac 电脑的环境配置有需要的,可以联系我,我到时再出个教程。

2.2 安装包及驱动准备

STM32 开发所需要的安装包及驱动在网络上都可以下载到,但比较零散,我帮你们都整理好了,这些工具软件也是我自己正在用的。

在下文中,我将详细告诉大家这几个软件是做什么用的,以及它们的安装方法。

由于平台的限制,请到原文获取以下安装包及驱动:

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  • 安装包准备

1. MDK5安装包

2. STM32CubeMX安装包

3. 芯片固件包

4. 串口烧录工具

  • 驱动准备

1. CH340驱动

2. ST-Link驱动

  • 示例代码

STM32F103C8T6模板工程

2.3 硬件准备

  • STM32 核心板

作为嵌入式开发人员,肯定要买各种各样的板子,就算你现在还不是嵌入式工程师,你应该也有所耳闻。

如果你经济有限,那么我建议你买个核心板就可以了。

所谓的核心板,就是一颗最核心的 STM32 芯片,再加上复位电路、电源、晶振、调试接口,以及少量按键及 LED 灯组成,硬件资源有限。

比较常见的核心板如下图所示,非常便宜,某宝上 10 元左右(关键词:STM32 核心板),一杯奶茶的钱不到。

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核心板最大的优点是便宜简单,缺点就是需要根据需求自己搭一些电路,对你的动手能力要求比较高。

上面所推荐的这块核心板,主控芯片是 STM32103C8T6 ,64K flash,20K RAM,4 个定时器,3 个串口,网络上资料好几吨,非常适合初学者入门,强烈推荐。

  • STM32 开发板

开发板与核心板最大的区别就是,开发板板载了更多的硬件资源,比如更多 LED 灯,更多按键,也有一些传感器,以及一些扩展 flash 等等资源。不同的开发板搭载的硬件资源不一样,这就是为什么市面上有这么多开发板的原因。

现在做 STM32 开发板比较有名的是正点原子和野火,个人更推荐正点原子,因为我跟原子哥是好朋友 (_),而且如果你们买正点原子的板子,只要跟客服说是良许的粉丝,他们就会给你打折!

开发板最大的优点就是资源丰富,减少你自己接线出错的概率,比较适合初学者。但缺点也很明显,价格肯定比核心板更贵。

如果你想买开发板,强烈推荐正点原子精英开发板,板载资源足够丰富,价格也不贵(200 元出头),性价比超高!而且他们在 B 站有免费的配套视频教程,教程质量也很高,非常适合初学者。

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PS:核心板和开发板,二选一即可。当然,土豪就当我没说话。

  • USB 转 TTL

这种设备主要作用是用来调试或下载程序。价格也很便宜,普遍 5~8 元。常见的有以下两种:

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个人更推荐下面一款,因为它可以切换 VCC 输出电压,在对一些传感器进行独立测试的时候会比较方便。不过反正也不贵,多买几个想怎么用就怎么用。

  • ST-Link

ST-Link 是一种用于 STM32 微控制器的调试和编程工具,它可以通过 SWD 或 JTAG 接口与开发板进行通信。一般也很便宜,七八元左右。

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小小总结一下:

刚入门 STM32 开发,你只需要准备好三个东西就可以了:1. 核心板;2. USB 转 TTL ;3. ST-Link。这三样加起来成本也就 30 元左右,一杯奶茶钱就可以玩转 STM32,是不是很爽呢?

2.4 前置阅读

新手小白如果连 MDK 的使用都不熟悉,那么可以通过下文先熟悉一下 MDK 的使用:

一文教你使用MDK开发工具

文中所使用的芯片是 STM32F103C8T6 ,配套了一个工程模板,如果你需要自己搭建一个工程模板,可以参考下文:

手把手带你创建HAL版本MDK工程模板

如果你连代码都不知道怎么烧录到 STM32 的,可以参考下文,提供了 5 种代码烧录方式:

STM32下载程序的五种方法

3. 安装MDK5

MDK5 是由 Keil 公司发布的一款嵌入式软件开发环境,我们平时在进行 STM32 开发的时候,基本上都是在这个软件上进行。

MDK5 可以在它们的官网上下载,网址如下:

https://www.keil.com/demo/eval/arm.htm#/DOWNLOAD

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当前最新版本是 MDK538A ,但新版并不意味着最好,可能会有一些奇奇怪怪的问题,也可能不稳定。

推荐大家使用 MDK534,也是我目前所使用的版本,至今未出过什么问题。安装包已经在 2.2 安装包及驱动准备 中为大家提供了,接下来我就手把手教大家在你们的电脑上安装 MDK5 。

双击我给大家提供的安装包后,会出现以下界面,大家跟着我的图片操作即可:

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到此为止,MDK5 就安装完成了。

但是,我给你们提供的安装包是官网下载的正版版本,试用几天后就要收费了。破解的方法网络上有一大堆,这里我就不讲了,我也怕律师函。

接下来就要安装固件包了。什么是固件包呢?由于 ST 公司生产了非常多的芯片,每颗芯片所需要的支持文件都不一样,这些文件组合起来就是固件包。

但有这么多芯片,他们不可能把所有的固件包都集成在 MDK5 里,否则 MDK5 的安装包将变得超级无敌巨大,很占空间也没必要。比较好的解决方案就是你需要用到什么芯片,就安装对应的固件包就可以了。

固件包也是在官网上可以下载到,网址如下:

https://www.keil.arm.com/packs/

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由于我们使用的板子是 STM32F103C8T6 ,属于 F1 系列,所以在搜索框里搜索 STM32F1 即可。如果大家使用的是其它系列芯片,那就搜索对应系列的关键词,不要傻乎乎都按下图搜索哦~

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同样的,由于服务器在国外,下载速度巨慢。大家用我提供的文件就可以了,同样也是官网上下载的,原汁原味。链接在 2.2 安装包及驱动准备 可以找到。

安装的方法很简单,只需要双击安装包即可,然后它就会自动识别固件包的目录,点击 Next ,然后等进度条走到底就 OK 了。

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4. 安装STM32CubeMX

STM32CubeMX 能帮助开发者通过直观的图形界面快速完成 STM32 微控制器的硬件配置,外设初始化以及中间件设置等工作。通过STM32CubeMX,开发者可以大幅提高开发效率,降低开发难度,尤其是对于刚接触STM32的新手。

但是,STM32CubeMX 虽然方便,但不建议大家过度依赖它,否则会影响你的个人能力发展。只有你在刚入门 STM32 ,或者需要快速验证一些代码,才建议大家使用这个软件。

STM32CubeMX 在它的官网可以下载,网址如下:

https://www.st.com/content/st_com/zh/stm32cubemx.html

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还是一样,由于服务器在国外,下载速度很慢,大家使用我在 2.2 安装包及驱动准备 给大家准备好的安装包即可,就是从官网下载的,我只是个搬运工而已。

接下来的安装步骤,请依次看下面的图片:

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OK,搞定!

5. 驱动安装

所谓的驱动,就是让电脑认识插进来的 USB 设备,否则就算你把设备插好了,依然无法正常工作。大家应该有过被黄色叹号支配的恐惧吧。

以下驱动,我都已经在 2.2 安装包及驱动准备 里给大家准备好了。

5.1 CH340驱动安装

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5.2 ST-Link驱动安装

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6. 程序编译

如果你们使用的是我上面推荐的 STM32F103C8T6 核心板,那么请下载 2.2 安装包及驱动准备 我提供的模板工程,然后打开这个工程。

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程序打开后,在上图中左上角箭头处,有三个按钮,我们所做的编译工作都是使用这三个按钮。那这三个按钮有什么作用呢?

  • 第一个按钮: Translate 就是翻译当下修改过的文件,说明白点就是检查下有没有语法错误,并不会去链接库文件,也不会生成可执行文件。

  • 第二个按钮: Build 就是编译当下修改过的文件,它包含了语法检查,链接动态库文件,生成可执行文件。

  • 第三个按钮: Rebuild 重新编译整个工程,跟 Build 这个按钮实现的功能是一样的,但有所不同的是它编译的是整个工程的所有文件,耗时巨大。

在实际工作中,我们最经常使用的就是第二个按钮,另外两个用得不多,尤其是第一个。

7. 程序下载

7.1 硬件接线

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核心板上边的电源线,随便找一根 microUSB 线来接就行,也就是之前手机充电线,扁头的那种,它就是用来供电的,没有传输数据。

而下边的下载引脚,主要是三根起作用:SWDIO、SWDCLK、GND。大家认真对照核心板与 ST-Link ,别接错了哈。特别是 ST-Link ,接的是缺口对面那一排引脚,而不是靠近缺口的那一排引脚。为了让你们看更清楚,我又拍了一张细节图(够保姆吧)。

在下面这张图里,棕色是 GND ,红色是 SWDIO ,黄色是 SWDCLK,大家可以对照着接线。

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7.2 ST-Link下载

在下载之前,请先按下面的步骤做好配置。

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到此为止,针对 MDK 的配置已经搞定了,现在就可以进行下载了。

在下载之前,请做好四件事:

  1. 就是刚刚前面的配置,一定要配置好;
  2. 设备的接线,只要有一根线没接对,就无法完成下载;
  3. 编译好程序;
  4. 板子一定要上电。

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程序下载成功之后,板子自动运行新代码,会看到 LED 灯间隔 500 毫秒亮灭交替闪烁。

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7.3 串口下载

串口下载工具有很多,这里推荐 FlyMcu 。

FlyMcu 是一款好用的 STM32 烧录程序软件,对于专业的单片机开发者来说应该非常适用,软件可以广泛地应用于电路编程和应用编程领域,支持进行编程、校验、读器件信息。

这款工具是国产的,大家如果需要最新版的,可以去它们的官网下载:

http://www.mcuisp.com/

当然,用我提供的也行,反正也是他们官网下载的。

在下载程序之前,请先接好线。接线图如下图所示:

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电源接线没什么好说的,主要是串口这边,一定要注意交叉接线,也就是 CH340 转 TLL 工具的 TX 要接板子的 RX ,CH340 转 TLL 工具的 RX 要接板子的 TX ,千万不要接错,否则就不能烧进去!

开发板上的 PA9 是 TX ,PA10 是 RX ,请按上一段提到的交叉接线接好线,再打开 FlyMcu 。

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接下来,将板子上的 BOOT0 跳线帽接到 1 ,BOOT1 路线帽维持在 0 ,如下图所示:

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为什么要这么操作呢?

这两个跳线帽是用来调整 BOOT0 和 BOOT1 的状态。跳线帽接到 1 就是高电平,接到 0 就是低电平。

BOOT0 和 BOOT1 是用于设置 STM32 的启动方式的:

BOOT0 BOOT1 启动模式 说明
0 X 用户闪存存储器 用户闪存存储器,也就是 flash 启动
1 0 系统存储器 系统存储器,用于串口下载
1 1 SRAM启动 SRAM启动,用于在SRAM中调试代码

这里是用 USB 下载, 也就是串口下载,所以选择表中的第二个方式也就是 BOOT0 选择 1, BOOT1 选择 0
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然后你就可以点击软件上的 开始编程 按钮,但你会发现,右边一直处于连接状态。这个时候,只有你按一下板子上的 reset 按键(板子上唯一的一个按键),它就开始往下走了。

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下载后记得把 BOOT0 的跳线冒跳回 0 端,BOOT0 和 BOOT1 都为 0 ,这样程序就从 flash 区启动,再按一下 reset 按键板子就开始运行烧录进去的代码了。

8. 总结

在本文中,我给大家介绍了嵌入式工程师必玩的 STM32 单片机快速上手指南,从此你们就打开了嵌入式的大门了。

本文给大家分享了安装包及驱动,手把手教大家安装 MDK5、STM32CubeMX,以及 CH340/ST-Link 的驱动。并且分享了如何使用 MDK5 编译、下载程序(ST-Link 下载及串口下载)。

通过本文的分享,相信大家能够顺利上手 STM32 的开发,在成为嵌入式工程师的道路上又前进了一步。

本文比较基础,老司机请忽略,但对新手朋友肯定很有帮助。


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