（转载）初识STM32F407芯片

嵌入式技术是整个物联网系统的关键核心技术之一。它相当于感知层大脑的，将感知层的传感器部分统一起来，实现具体的功能，是整个物联网的底层基础部分。

嵌入式的开发，最核心部分是芯片的开发。目前嵌入式开发主要有单片机、嵌入式linux等。其中单片机以其功能强大、性价比高，在物联网这一行业中占据了大半江山。

4.1 初识STM32F407芯片

本节介绍单片机和STM32F407芯片。

4.1.1 单片机介绍

单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。

4.1.2 STM32F407芯片

本书选用ST（意法半导体）推出的STM32F407系列芯片。它是ST（意法半导体）推出了以基于ARM Cortex™-M4为内核的高性能微控制器，其采用了90 纳米的NVM 工艺和ART（自适应实时存储器加速器，Adaptive Real-Time MemoryAccelerator™）。

根据市场相关统计，2017年STM32系列芯片出货为10亿颗。作为全球最大的半导体公司之一，ST拥有广泛的产品线，传感器、功率器件、汽车产品和嵌入式处理器解决方案，在物联网生态中起到重要作用。而其中MCU 是最重要的业务之一，官方数据显示，2017年，ST在通用微控制器市场份额约占据19%，公司拥有超过800款的STM32产品，超过50000个客户。

图4.1 STM32F407芯片

使用STM32F407作为开发主要是基于以下几点理由：

（1）性价比高。

STM32F407VET6型号单颗采购价为13元左右，批量价格会更低一点。

（2）市场大，开发资料多。

作为全球最受欢迎的芯片，目前市场上绝大部分公司都是基于STM32系列的芯片做开发，企业招聘也基本都要求会STM32。同时网上有很多成熟方案，相关论坛。

（3）性能强大。

STM32F407提供了工作频率为168 MHz的Cortex™-M4内核（具有浮点单元）的性能。从Flash存储器执行时，STM32F407/417能够提供210 DMIPS/566 CoreMark性能，并且利用意法半导体的ART加速器实现了FLASH零等待状态。DSP指令和浮点单元扩大了产品的应用范围。

（4）外设资源。丰富

2个USB OTG（其中一个支持HS）

音频：专用音频PLL和2个全双工I²S

通信接口多达15个（包括6个速度高达11.25 Mb/s的USART、3个速度高达45 Mb/s的SPI、3个I²C、2个CAN和1个SDIO）

模拟：2个12位DAC、3个速度为2.4 MSPS或7.2 MSPS（交错模式）的12位ADC

定时器多达17个：频率高达168 MHz的16和32位定时器

可以利用支持Compact Flash、SRAM、PSRAM、NOR和NAND存储器的灵活静态存储器控制器轻松扩展存储容量

基于模拟电子技术的真随机数发生器

4.3 GPIO口操作

在嵌入式系统中，经常需要控制许多结构简单的外部设备或者电路，这些设备有的需要通过CPU控制，有的需要CPU提供输入信号。对设备的控制，使用传统的串口或者并口就显得比较复杂，所以，在嵌入式微处理器上通常提供了一种“通用可编程I/O端口”，也就是GPIO。

4.3.1 LED硬件原理图

本章节将通过操作LED亮灭的方式，来实现对STM32F407的GPIO口操作。翻看开发板LED相关的硬件原理图，如图4.17所示。

图4.17 LED原理图

根据原理图以及LED灯的特性，我们可知：当LED0、LED1、LED2引脚输出低电平的时候，三个LED灯将会发光。反之输出高电平的时候，三个LED灯将熄灭。

而LED0、LED1、LED2三个引脚又分别对应到STM32F407芯片上的GPIOE_3、GPIOE_4、GPIOG_9。故而，LED的亮灭操作可以转化成STM32F407的引脚输出操作。

4.3.2 STM32F407的GPIO口介绍

（1）分组

STM32F407有7组IO。分别为GPIOA~GPIOG，每组IO有16个IO口，共有112个IO口通常称为 PAx、PBx、PCx、PDx、PEx、PFx、PGx，其中x为0-15。

（2）GPIO的复用

STM32F4 有很多的内置外设，这些外设的外部引脚都是与 GPIO 共用的。也就是说，一个引脚可以有很多作用，但是默认为IO口，如果想使用一个 GPIO内置外设的功能引脚，就需要GPIO的复用，那么当这个 GPIO 作为内置外设使用的时候，就叫做复用。比如说串口就是GPIO复用为串口

（3）GPIO的输入模式

GPIO_Mode_IN_FLOATING 浮空输入

GPIO_Mode_IPU 上拉输入

GPIO_Mode_IPD 下拉输入

GPIO_Mode_AIN 模拟输入

（4）GPIO的输出模式

GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出（带上拉或者下拉）

GPIO_Mode_AF_OD 复用开漏输出（带上拉或者下拉）

GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出（带上拉或者下拉）

GPIO_Mode_AF_PP 复用推挽输出（带上拉或者下拉）

（4）GPIO的最大输出速度

2MHZ (低速)

25MHZ (中速)

50MHZ (快速)

100MHZ (高速)

4.3.3 STM32标准外设库

STM32标准外设库是一个固件函数包，它由程序、数据结构和宏组成，包括了微控制器所有外设的性能特征。该函数库还包括每一个外设的驱动描述和应用实例，为开发者访问底层硬件提供了一个中间API，通过使用固件函数库，无需深入掌握底层硬件细节，开发者就可以轻松应用每一个外设。

因此，使用固态函数库可以大大减少开发者开发使用片内外设的时间，进而降低开发成本。每个外设驱动都由一组函数组成，这组函数覆盖了该外设所有功能。同时，STM32官方还给出了大量的示例代码以供学习。

STM32标准外设库可以到ST官网下载，也可以直接使用本书附录部分提供的下载好的STM32标准外设库。

使用keil MDK编写代码时，我们需要将STM32标准外设库添加到工程中去。这里推荐读者直接使用附录已经添加好的工程文件。