本章參考資料：1、《STM8和STM32產品選型手冊》2、SetupSTM32CubeMX-4.16.0.exe
4.1 什么是STM32
STM32，從字面上來理解，ST是意法半導體，M是Microelectronics的縮寫，32表示32位，合起來理解，STM32就是指ST公司開發的32位微控制器。在如今的32位控制器當中，STM32可以說是最璀璨的新星，它受寵若嬌，大受工程師和市場的青睞，無芯能出其右。
4.1.1 STM32誕生的背景
51 是嵌入式學習中一款入門級的經典 MCU，因其結構簡單，易於教學，且可以通過串口編程而不需要額外的仿真器，所以在教學時被大量采用，至今很多大學在嵌入式教學 中用的還是 51。51 誕生於 70 年代，屬於傳統的 8 位單片機，如今，久經歲月的洗禮，既 有其輝煌又有其不足。現在的市場產品競爭越來越激烈，對成本極其敏感，相應地對 MCU 的 性能要求也更苛刻：更多功能，更低功耗，易用界面和多任務。面對這些要求，51 現有的 資源就顯得得抓襟見肘。所以無論是高校教學還是市場需求，都急需一款新的 MCU 來 為這個領域注入新的活力。
基於這樣的市場需求， ARM 公司推出了其全新的基於 ARMv7 架構的 32 位 Cortex-M3 微控制器內核。緊隨其后，ST（意法半導體）公司就推出了基於 Cortex-M3 內核的 MCU—STM32。STM32 憑借其產品線的多樣化、極高的性價比、簡單易用的庫開發方式，迅速在眾多 Cortex-M3 MCU 中脫穎而出，成為最閃亮的一顆新星。STM32 一上市就迅速占領了中低端 MCU 市場，受到了市場和工程師的無比青睞，頗有星火燎原之勢。
作為一名合格的嵌入式工程師，面對新出現的技術，我們不是充耳不聞，而是要盡快 吻合市場的需要，跟上技術的潮流。如今 STM32 的出現就是一種趨勢，一種潮流，我們要 做的就是搭上這趟快車，讓自己的技術更有競爭力。
4.2 STM32能做什么
STM32屬於一個微控制器，自帶了各種常用通信接口，比如USART、I2C、SPI等，可接非常多的傳感器，可以控制很多的設備。現實生活中，我們接觸到的很多電器產品都有STM32的身影，比如智能手環，微型四軸飛行器，平衡車、移動POST機，智能電飯鍋，3D打印機等等。下面我們以最近最為火爆的兩個產品來講解下，一個是手環，一個是飛行器。
1.2.1 智能手環
圖 4 -1 三星 GearFit 智能手環
紅圈：STM32F439ZIY6S處理器，2048KB FLASH ，256KB RAM ,WLCSP143封裝。
橙圈：Macronix MX69V28F64 16 MB閃存，基於MCP封裝的存儲器，是一種包含了NOR和SRAM的閃存，這在手環手機這種移動設備中經常使用，優點是體積小，可以減小PCB的尺寸。這個閃存用的439的FSMC接口驅動。
黃圈：InvenSense MPU-6500陀螺儀/加速度計，用439的I2C接口驅動。
綠圈：博通BCM4334WKUBG芯片，支持802.11n，藍牙4.0+HS以及FM接收芯片，用439的SDIO或者SPI接口驅動。
顯示：1.84"可彎曲屏幕(Super AMOLED)，432 x 128像素。觸摸部分用439的I2C接口驅動，OLED顯示部分用LTDC接口驅動。
表格 4 1 三星Gear Fit 和秉火STM32F767挑戰者資源對比
| 資源 |
三星Gear Fit |
秉火STM32F767挑戰者 |
| CPU |
STM32F439ZIY6S，WLCSP143封裝 |
STM32F767IGT6，LQPF176 封裝 |
| 存儲 |
NOR+SRAM 16MB，FSMC接口 |
SDRAM 8MB，FMC接口 |
| 顯示 |
1.84寸的 AMOLED，RGB接口，LTDC驅動 |
5寸電容屏，RGB接口，LTDC驅動 |
| 陀螺儀 |
MPU6050，I2C接口 |
MPU6050，I2C接口 |
| 無線通信 |
藍牙:博通BCM4334，SDIO或者SPI接口 |
WIFI: 博通BCM43362，SDIO接口 |
除了這幾個重要資源的對比，我們的767開發板上還集成了以太網，音頻，CAN，485，232，USB轉串口，蜂鳴器，LED，電容按鍵等外設資源，可以充分的學習767這個芯片。在板子上面，還可以跑系統ucosiii，學習圖形界面emwin。如果功夫所至，學完之后，自己都可以做一個類似Gear Fit這樣的手環。可很多人又會說，Gear Fit 涉及硬件和軟件，整個系統這么復雜，並不是一個人可以完成的。說的沒錯，我們可以做不了，但是我們的能力可以無限接近，多學點，技多不壓身嘛。
圖 4 -2 ucosiii+emwin 做的系統界面（767開發板的開機界面）
4.2.2 微型四軸飛行器
現在無人機非常火熱，高端的無人機用STM32做不來，但是小型的四軸飛行器用STM32還是綽綽有余的。如圖 4 3所示飛行器的基本都可以用STM32搞定。
圖 4- 3 微型四軸飛行器
上面的是屬於產品，如果想自己DIY，可以在入門STM32之后，買一本飛行器DIY的書，邊做邊學。入門級的書籍推薦《四軸飛行器DIY—基於STM32微控制器》，見圖 4 -4。
圖 4 -4 四軸飛行器DIY —基於STM32微控制器
4.2.3 淘寶眾籌
學會了STM32，想自己做產品，如何實現自己的夢想，淘寶眾籌吧。做出產品原型，用別人的錢為自己的夢想買單。
淘寶眾籌科技類網址：這里面有很多小玩意都可以用STM32實現，只要你的創意到了，就會有人買單，前提是我們要先學會STM32。
https://hi.taobao.com/market/hi/list.php?spm=a215p.1596646.1.8.LbVyJk#type=121288001
圖 4- 5 淘寶眾籌科技類
4.3 STM32怎么選型
4.3.1 STM32分類
STM32有很多系列，可以滿足市場的各種需求，從內核上分有Cortex-M0、M3、M4和M7這幾種，每個內核又大概分為主流、高性能和低功耗。具體的見表格 4 2。
單純從學習的角度出發，可以選擇F1、F4和F7，F1代表了基礎型，基於Cortex-M3內核，主頻為72MHZ，F4代表了高性能，基於Cortex-M4內核，主頻180M，F7代表了高性能，基於Cortex-M7內核，主頻216M。
之於F1，F4（429系列以上）和F7（746系列以上）除了內核不同和主頻的提升外，升級的明顯特色就是帶了LCD控制器和攝像頭接口，支持SDRAM，這個區別在項目選型上會被優先考慮。
表格 4 -2 STM8和STM32分類
| CPU位數 |
內核 |
系列 |
描述 |
| 32 |
Cortex-M0 |
STM32-F0 |
入門級 |
| STM32-L0 |
低功耗 |
||
| Cortex-M3 |
STM32-F1 |
基礎型，主頻72M |
|
| STM32-F2 |
高性能 |
||
| STM32-L1 |
低功耗 |
||
| Cortex-M4 |
STM32-F3 |
混和信號 |
|
| STM32-F4 |
高性能，主頻180M |
||
| STM32-L4 |
低功耗 |
||
| Cortex-M7 |
STM32-F7 |
高性能，主頻216M |
|
| 8 |
超級版6502 |
STM8S |
標准系列 |
| STM8AF |
標准系列的汽車應用 |
||
| STM8AL |
低功耗的汽車應用 |
||
| STM8L |
低功耗 |
4.3.2 STM32 命名方法
這里我們以秉火F767挑戰者用的型號STM32F767IGT6來講解下STM32的命名方法。
表格 4 3 STM32F767IGT6命名解釋
| — |
STM32 |
F |
767 |
I |
G |
T |
6 |
| 家族 |
STM32 表示32bit的MCU |
||||||
| 產品類型 |
F表示基礎型 |
||||||
| 具體特性 |
767表示高性能且帶DSP、FPU和硬解JPEG，支持雙浮點 |
||||||
| 引腳數目 |
I表示176pin，其他常用的為C表示48，R表示64，V表示100，Z表示144，B表示208，N表示216 |
||||||
| FLASH大小 |
G表示1024KB，其他常用的為C表示256，E表示512，I表示2048 |
||||||
| 封裝 |
T表示QFP封裝，這個是最常用的封裝 |
||||||
| 溫度 |
6表示溫度等級為A ：-40~85° |
||||||
有關更詳細的命名方法見圖 4- 6。
圖 4 -6 STM8和STM32命名方法，摘自《STM8和STM32選型手冊》
4.3.3 選擇合適的MCU
了解了STM32的分類和命名方法之后，就可以根據項目的具體需求先大概選擇哪類內核的MCU，普通應用，不需要接大屏幕的一般選擇Cortex-M3內核的F1系列，如果要追求高性能，需要大量的數據運算，且需要外接RGB大屏幕的則選擇Cortex-M4內核的F429系列。如果需要硬解JEPG圖片和雙浮點計算則選用Cortex-M7內核的F767系列.
明確了大方向之后，接下來就是細分選型，先確定引腳，引腳多的功能就多，價格也貴，具體得根據實際項目中需要使用到什么功能，夠用就好。確定好了引腳數目之后再選擇FLASH大小，相同引腳數的MCU會有不同的FLASH大小可供選擇，這個也是根據實際需要選擇，程序大的就選擇大點的FLASH，要是產品一量產，這些省下來的都是錢啊。有些月出貨量以KK（百萬數量級）為單位的產品，不僅是MCU，連電阻電容能少用就少用，更甚者連PCB的過孔的多少都有講究。項目中的元器件的選型的水深着啊，很多學問。
1. 如何分配原理圖IO
在畫原理圖之前，一般的做法是先把引腳分類好，然后才開始畫原理圖，引腳分類具體見表格 4 4。
表格 4 -4 畫原理圖時的引腳分類
| 引腳分類 |
引腳說明說明 |
| 電源 |
(VBAT)、(VDD VSS)、(VDDA VSSA)、(VREF+ VREF-)等 |
| 晶振IO |
主晶振IO，RTC晶振IO |
| 下載IO |
用於JTAG下載的IO：JTMS、JTCK、JTDI、JTDO、NJTRST |
| BOOT IO |
BOOT0、BOOT1，用於設置系統的啟動方式 |
| 復位IO |
NRST，用於外部復位 |
| 上面5部分IO組成的系統我們也叫做最小系統 |
|
| GPIO |
專用器件接到專用的總線，比如I2C，SPI，SDIO，FSMC，DCMI這些總線的器件需要接到專用的IO |
| 普通的元器件接到GPIO，比如蜂鳴器，LED，按鍵等元器件用普通的GPIO即 |
|
| 如果還有剩下的IO，可根據項目需要引出或者不引出 |
|
2. 如何尋找IO的功能說明
要想根據功能來分配IO，那就得先知道每個IO的功能說明，這個我們可以從官方的數據手冊里面找到。在學習的時候，有兩個官方資料我們會經常用到，一個是參考手冊（英文叫Reference manual），另外一個是數據手冊（英文叫Data Sheet）。兩者的具體區別見表格 4 5。
表格 4 5 參考手冊和數據手冊的內容區別
| 手冊 |
主要內容 |
說明 |
| 參考手冊 |
片上外設的功能說明和寄存器描述 |
對片上每一個外設的功能和使用做了詳細的說明，包含寄存器的詳細描述。編程的時候需要反復查詢這個手冊。 |
| 數據手冊 |
功能概覽 |
主要講這個芯片有哪些功能，屬於概括性的介紹。芯片選型的時候首先看這個部分。 |
| 引腳說明 |
詳細描述每一個引腳的功能，設計原理圖的時候和寫程序的時候需要參考這部分。 |
|
| 內存映射 |
講解該芯片的內存映射，列舉每個總線的地址和包含有哪些外設。 |
|
| 封裝特性 |
講解芯片的封裝，包含每個引腳的長度寬度等，我們畫PCB封裝的時候需要參考這部分的參數。 |
一句話概括：數據手冊主要用於芯片選型和設計原理圖時參考，參考手冊主要用於在編程的時候查閱。官方的這兩個文檔可以從官方網址里面下載：http://www.stmcu.org/document/list/index/category-877，也可以從我們配置的光盤資料里面找到。
在數據手冊中，有關引腳定義的部分在Pinouts and pin description這個小節中，具體定義見表格 4- 6。
表格 4 -6 數據手冊中對引腳定義
表格 4- 7 對引腳定義的解讀
| 名稱 |
縮寫 |
說明 |
| ① 引腳序號 |
阿拉伯數字表示LQFP封裝，英文字母開頭的表示BGA封裝。引腳序號這里列出了有6種封裝型號，具體使用哪一種要根據實際情況來選擇。 |
|
| ② 引腳名稱 |
指復位狀態下的引腳名稱 |
|
| ③ 引腳類型 |
S |
電源引腳 |
| I |
輸入引腳 |
|
| I/O |
輸入/輸出引腳 |
|
| ④ I/O結構 |
FT |
兼容5V |
| TTa |
只支持3V3，且直接到ADC |
|
| B |
BOOT引腳 |
|
| RST |
復位引腳，內部帶弱上拉 |
|
| ⑤ 注意事項 |
對某些IO要注意的事項的特別說明 |
|
| ⑥ 復用功能 |
IO的復用功能，過GPIOx_AFR寄存器來配置選擇。一個IO口可以復用為多個功能，即一腳多用，這個在設計原理圖和編程的時候要靈活選擇。 |
|
| ⑦ 額外功能 |
IO的額外功能，通過直連的外設寄存器配置來選擇。個人覺得在使用上跟復用功能差不多。 |
|
3. 開始分配原理圖IO
比如我們的F767挑戰者使用的MCU型號是STM32F767IGT6，封裝為LQFP176，我們在數據手冊中找到這個封裝的引腳定義，然后根據引腳序號，一個一個復制出來，整理成excel表。具體整理方法按照表格 4 4 畫原理圖時的引腳分類即可。分配好之后就開始畫原理圖。
4.3.4 PCB哪里打樣
設計好原理圖，畫好PCB之后，需要把板子做出來，進行軟硬件聯調。首先得PCB打樣，這里我推薦一家我經常打樣的廠家，深圳嘉立創（JLC），行業標桿，良心價格，網址：http://www.sz-jlc.com。一塊10CM*10CM以內的板子，三天做好，50塊就可以搞定，還包郵，簡直便宜到掉渣。如果你足夠懶，不想自己焊接電阻電容二三極管什么的，嘉立創還可以幫你把PCB樣板上的阻容貼好給你，打樣貼片一條龍。
樣品做好了，軟硬件什么都OK，要小批量怎么辦？還是找JLC。