大工20春《单片机原理及应用》辅导资料十五
单片机原理及应用辅导资料十五主 题：课件第八章第1-3节学习时间：2020年7月6日--7月12日
“不忘初心、牢记使命”主题理论学习：
每周文摘：群众路线是我们党的生命线和根本工作路线，是我们党永葆青春活力和战斗力的重要传家宝。不论过去、现在和将来，我们都要坚持一切为了群众，一切依靠群众，从群众中来，到群众中去，把党的正确主张变为群众的自觉行动，把群众路线贯彻到治国理政全部活动之中。
摘选自《坚持和运用好毛泽东主席思想活的灵魂》《习近平谈治国理政》课程内容：
我们这周主要学习课件第八章实验第1-3节的相关内容。希望通过下面的内容能使同学们加深对单片机实验相关知识的理解。一、学习要求
了解ALIENTEK MiniSTM32开发板的功能及特点；了解MDK5.10的安装过程以及串口、JLINK的驱动。二、主要内容
1. 实验平台简介
ALIENTEK MiniSTM32开发板是一款迷你型的STM32F103开发板，目前最新版本为V3.0，最新MiniSTM32开发板资源图如图1所示。
图1 MiniSTM32开发板资源图
ALIENTEK MiniSTM32开发板板载资源如下：
◆ CPU：STM32F103RCT6，LQFP64，FLASH:256K，SRAM：48K；
◆ 1个标准的JTAG/SWD调试下载口
◆ 1个电源指示灯（蓝色）
◆ 2个状态指示灯（DS0：红色，DS1：绿色）
◆ 1个红外接收头，配备一款小巧的红外遥控器
◆ 1个IIC接口的EEPROM芯片，24C02，容量256字节
◆ 1个SPI FLASH芯片，W25Q64，容量为8M字节（即64M bit）
◆ 1个DS18B20/DS1820温度传感器预留接口
◆ 1个标准的2.4/2.8/3.5/4.3/7寸LCD接口，支持触摸屏
◆ 1个OLED模块接口（与LCD接口部分共用）
◆ 1个USB串口接口，可用于程序下载和代码调试
◆ 1个USB SLAVE接口，用于USB通信
◆ 1个SD卡接口
◆ 1个PS/2接口，可外接鼠标、键盘
◆ 1组5V电源供应/接入口
◆ 1组3.3V电源供应/接入口
◆ 1个启动模式选择配置接口
◆ 1个2.4G无线通信接口
◆ 1个RTC后备电池座，并带电池
◆ 1个复位按钮，可用于复位MCU和LCD
◆ 3个功能按钮，其中WK_UP兼具唤醒功能
◆ 1个电源开关，控制整个板的电源
◆ 3.3V与5V电源TVS保护，有效防止烧坏芯片。
◆ 独创的一键下载功能
◆ 除晶振占用的IO口外，其余所有IO口全部引出，其中GPIOA和GPIOB按顺序引1）HS0038红外接收头
这是开发板板载的标准38K红外信号接收头，用于接收红外遥控器的信号，有了它，就可以用红外遥控器控制这款开发板了，也可以用来做红外解码等其他相关实验。ALIENTEK MiniSTM32开发板标配了一个红外遥控器，其外观如图2所示：
图2 红外遥控器图片2）DS18B20 预留接口
这是开发板预留的数字温度传感器DS18B20/DS1820接口，采用的是镀金的圆孔母座。当要做DS18B20实验的时候，直接插到这个母座上即可，很方便。DS18B20需自备，插上就可以用的。同样ALIENTEK提供了DS18B20的相关例程。
3）USB串口/串口1
这是USB转串口（P4）同STM32F103RCT6的串口1进行连接的接口，标号RXD和TXD是USB转串口的2个数据口（对CH340G来说），而PA9(TXD)和PA10(RXD)则是STM32的串口1的两个数据口（复用功能下）。他们通过跳线帽对接，就可以和连接在一起了，从而实现STM32的程序下载以及串口通信。
设计成USB串口，是出于现在电脑上串口正在消失，尤其是笔记本，几乎清一色的没有串口。所以板载了USB串口可以方便大家下载代码和调试。而在板子上并没有直接连接在一起，则是出于使用方便的考虑。这样设计，你可以把开发板当成一个USB转TTL串口来使用，从而和其他板子进行通信，而其他板子的串口，也可以方便地接到我们的开发板上。
4）两个LED灯
这是开发板板载的两个LED灯，它们在开发板上的标号为：DS0和DS1。DS0是红色的，DS1是绿色的，主要是方便大家识别。一般的应用2个LED足够了，在调试代码的时候，使用LED来指示程序状态，是非常不错的一个辅助调试方法。ALIENTEK开发板几乎每个实例都使用了LED来指示程序的运行状态。
5）STM32 USB口
这是开发板板载的一个MiniUSB头，用于STM32与电脑的USB通讯（注意不是USB转串口，一键下载的时候不是用这个USB口），此MiniUSB头在开发板上的标号为：USB，用于连接STM32F103RCT6自带的USB，通过此MiniUSB头，开发板就可以和电脑进行USB通信了。开发板总共板载了2个MiniUSB头，一个用于接USB串口，连接CH340G芯片；另外一个用于STM32内带的USB连接。
开发板通过MiniUSB口供电，板载两个MiniUSB头（不共用），主要是考虑了使用的方便性，以及可以给板子提供更大的电流（两个USB都接上）这两个因素。
6）24C02 EEPROM
这是开发板板载的2Kbit（256个字节）EEPROM ，型号为：24C02，用于掉电数据保存。因为STM32内部没有EEPROM，所开发板外扩了24C02，用于存储重要数据，也可以用来做IIC实验，及其他应用。该芯片直接挂在STM32的IO口上。
7）JTAG/SWD
这是开发板板载的20针标准JTAG调试口，在开发板上的标号为：JTAG。该JTAG口直接可以和ULINK或者JLINK或者STLINK等调试器（仿真器）连接，同时由于STM32支持SWD调试，这个JTAG口也可以用SWD模式来连接。
用标准的JTAG调试，需要占用5个IO口，很多时候，可能造成IO口不够用，而用SWD则只需要2个IO口，大大节约了IO数量，但他们达到的效果是一样的。所以调试下载的时候，强烈建议使用SWD模式。
8）CH340G
这是开发板板载的USB转串口芯片，型号为：CH340G。有了这个芯片，我们就可以实现USB转串口，从而能实现USB下载代码，串口通信等。
9）USB转串口接口
这是开发板板载的另外一个MiniUSB头（USB_232），用于USB连接CH340G芯片，从而实现USB转串口，所以串口下载代码的时候，USB一定是要接在这个口上的。同时，此MiniUSB接头也是开发板电源的主要提供口。
10）STM32启动配置选择
这是开发板板载的启动模式选择开关，在开发板上的标号为：BOOT。STM32有BOOT0（B0）和BOOT1（B1）两个启动选择引脚，用于选择复位后STM32的启动模式，默认B0，B1都是连接在GND的。作为开发板，这两个是必须的。在开发板上，我们通过跳线帽选择STM32的启动模式。
11）电源指示灯
这是开发板板载的一颗蓝色的LED，用于指示电源状态，在开发板上的标号为：PWR。在电源开启的时候（通过板上的电源开关控制），该灯会亮，否则不亮。通过这个LED，可以判断开发板的上电情况，开发板必须在上电的条件下（电源灯亮），才可以正常使用。
12）复位按键
这是开发板板载的复位按键，用于复位STM32，同时还具有复位液晶的功能，因为液晶模块的复位引脚和STM32的复位引脚是连接在一起的，此按键在开发板上的标号为：RESET。当按下该键的时候，STM32和液晶一并被复位。
13）WK_UP按键
这是开发板板载的一个唤醒按键，该按键连接到STM32的WAKE_UP（PA0）引脚，可用于待机模式下的唤醒，在不使用唤醒功能的时候，也可以做为普通按键输入使用，此按键在开发板上的标号为：WK_UP。
14）两个普通按键
这是开发板板载的两个普通按键，可以用于人机交互的输入，这两个按键是直接连接在STM32的IO口上的，两个按键在开发板上的标号分别为：KEY0、KEY1。
15）电源芯片
这是开发板的电源稳压芯片，型号为：AMS1117-3.3。因为STM32是3.3V供电的，所以我们需要将USB的5V电压转换为3.3V，这个芯片就是将5V转换为3.3V的线性稳压芯片。
16）电源开关
这是开发板板载的电源开关，此开关在开发板上的标号为：K1，并标有ON/OFF丝印。该开关用于控制整个开发板的供电，如果切断，则整个开发板都将断电，电源指示灯（PWR）会随着此开关的状态而亮灭。
17）PS2鼠标/键盘接口
这是开发板板载的一个标准PS/2接头，用于连接电脑鼠标和键盘等PS/2设备，在开发板上的标号为：PS/2。通过该接口，我们仅需要2个IO口，就可以扩展一个键盘，所以大家不必要对板上只有3个按键而感到担忧。ALIENTEK提供了标准的鼠标驱动例程，方便大家学习PS/2协议。
18）3.3V电源输出/输入
这是开发板板载的一组3.3V电源输入输出排针（2*3），在开发板上的标号为：VOUT1。该排针用于给外部提供3.3V的电源，也可以用于从外部取3.3V的电源给板子供电。大家在实验的时候可能经常会为没有3.3V电源而苦恼不已，ALIENTEK充分考虑到了大家需求，有了这组3.3V排针，您就可以很方便的拥有一个简单的3.3V电源（最大电流不能超过500ma），另外板载了3.3V TVS管，能有效吸收高压脉冲，防止外接设备/电源可能对开发板造成的损坏。
19）5V电源输出/输入
这是开发板板载的一组5V电源输入输出排针（2*3），在开发板上的标号为：VOUT2，用于给外部提供5V的电源，也可以用于从外部取5V的电源给板子供电。同样大家在实验的时候可能经常会为没有5V电源而苦恼不已，有了ALIENTEK MiniSTM32开发板，您就可以很方便的拥有一个简单的5V电源（最大电流不能超过500ma），另外板载了5V TVS管，能有效吸收高压脉冲，防止外接设备/电源可能对开发板造成的损坏。
20）GPIOC&D引出IO口
这是开发板板载的GPIOC与GPIOD等IO口的引出排针，在开发板上的标号为：P5。我们可以用这些引出的IO口来连接外部模块，方便大家外接其他模块。
21）SD卡接口
这是开发板板载的SD卡接口。SD卡作最常见的存储设备之一，是很多数码设备的存储媒介，比如数码相框、数码相机、MP5、手机、平板电脑等。我们的开发板自带了SD卡接口（大卡），可以用于SD卡实验，方便大家学习SD卡，TF卡通过转接座也可以很方便的接到我们的开发板上。
有了它，开发板就相当于拥有了一个大容量的外部存储器，不但可以用来提供数据，也可以用来存储数据，使得这款开发板可以完成更多的功能。
这里要特别说明一下：该SD卡卡座是在开发板的背面!
22）W25Q6464M FLASH
这是开发板板载的一颗FLASH芯片，型号为W25Q64。这颗芯片的容量为64M bit，也就是8M字节。有了这颗芯片，我们就可以存储一些不常修改的数据到里面，比如字库等，从而大大节省对STM32内部FLASH的占用。关于该芯片的使用见SPI实验这个章节。
23）NRF24L01模块接口
这是开发板板载的NRF24L01模块接口，只要插入NRF24L01无线模块，我们便可以实现无线通信功能。但是提醒大家：NRF24L01通信，至少需要2个模块和2个开发板同时工作才可以。如果只有1个开发板或1个模块，是没法实现无线通信的。
24）GPIOB&C引出IO口
这是开发板板载的GPIOB与GPIOC的引出口，该接口用于将STM32的GPIOB和部分的GPIOC引出，方便大家的使用，在开发板上的标号为：P1。这里GPIOB全部使用顺序引出的方式，尤其适合外部总线型器件的接入。
25）STM32F103RCT6这是开发板的核心芯片，从3.0版本开始，升级到RCT6，详细型号为：STM32F103RCT6。该芯片具有48K SRAM、256K FLASH、2个16位基本定时器、4个16位通用定时器、2个16位高级定时器、2个DMA控制器、3个SPI、2个IIC、5个串口、1个USB、1个CAN、3个12位ADC、1个12位DAC、1个SDIO接口、51个通用IO口。
26）OLED&LCD共用接口
这是ALIENTEK开发板的特色设计，一个接口，兼容两种模块。在此部分，LCD的部分IO和OLED的IO共用，具体请参看后面的开发板原理图。这样我们一个接口既可以接LCD模块，又可以接OLED模块。OLED模块使用的是ALIENTEK的OLED模块，分辨率为128*64，模块大小为2.6cm*2.7cm。而LCD模块，则可以使用ALIENTEK全系列的TFTLCD模块，包括：2.4寸（电阻屏，240*320）、2.8寸（电阻屏，240*320）、3.5寸（电阻屏，320*480）、4.3寸（电容屏，800*480）、7寸（电容屏，800*480）。
这里特别提醒：在使用的时候，OLED模块是靠左插的，而LCD模块，则是靠右插，在后续章节我们将分别介绍OLED模块和LCD模块的使用。
27）GPIOA引出IO口
这是开发板GPIOA的引出排针，在开发板上的标号为P3。ALIENTEK开发板将所有的IO口（除了2个晶振占用的4个IO口）都用排针引出来了，而且GPIOA和GPIOB是按顺序引出的。按顺序引出，在很多时候能方便大家的实验和测试，比如外接带并行控制的器件，有了并行引出的排针，那么就可以很方便的通过这些排针连接到外部设备了。
将开发板的IO口全部排针引出，大家就可以用来外接其他模块等，不论调试还是功能扩展都是很方便的。
28）红外&温度传感器连接口
这是开发板板载的红外与温度传感器的连接接口，开发板虽然自带了红外接收头和DS18B20的接口，但是并没有将这两个器件直接挂在IO口上，而是通过跳线帽来连接，以防止在不使用这两器件的时候，他们对IO口的干扰，当然我们也可以用跳线，把DS18B20和红外遥控接收模块接到其他电路上使用。2．MDK5简介
MDK源自德国的KEIL公司，是RealView MDK的简称。在全球MDK被超过10万的嵌入式开发工程师使用。目前最新版本为：MDK5.10，该版本使用uVision5 IDE集成开发环境，是目前针对ARM处理器，尤其是Cortex M内核处理器的最佳开发工具。
MDK5向后兼容MDK4和MDK3等，以前的项目同样可以在MDK5上进行开发(但是头文件方面得全部自己添加)，MDK5同时加强了针对Cortex-M微控制器开发的支持，并且对传统的开发模式和界面进行升级，MDK5由两个部分组成：MDK Core和Software Packs。其中，Software Packs可以独立于工具链进行新芯片支持和中间库的升级。如图3所示。
图3 MDK5组成从上图可以看出，MDKCore又分成四个部分：uVision IDE with Editor（编辑器），ARM C/C++ Compiler（编译器），Pack Installer（包安装器），uVision Debugger with Trace（调试跟踪器）。uVision IDE从MDK4.7版本开始就加入了代码提示功能和语法动态检测等实用功能，相对于以往的IDE改进很大。
Software Packs（包安装器）又分为：Device（芯片支持），CMSIS（ARM Cortex微控制器软件接口标准）和Mdidleware（中间库）三个小部分，通过包安装器，可以安装最新的组件，从而支持新的器件、提供新的设备驱动库以及最新例程等，加速产品开发进度。
同以往的MDK不同，以往的MDK把所有组件到包含到了一个安装包里面，显得十分“笨重”，MDK5则不一样，MDK Core是一个独立的安装包，它并不包含器件支持、设备驱动、CMSIS等组件，大小不到300M，相对于MDK4.70A的500多M，瘦身明显，MDK5安装包可以在：http://www.keil.com/demo/eval/arm.htm下载到。而器件支持、设备驱动、CMSIS等组件，则可以点击MDK5的Build Toolbar的最后一个图标调出Pack Installer，来进行各种组件的安装。也可以在http://www.keil.com/dd2/pack这个地址下载，然后进行安装。
最后，学习STM32F103还要安装两个包：ARM.CMSIS.3.20.4.pack（用于支持ST标准库，也就是所谓的库函数）和Keil.STM32F1xx_DFP.1.0.4.pack（STM32F1的器件库）。3．STM软件仿真
MDK的一个强大的功能就是提供软件仿真，通过软件仿真，可以发现很多将要出现的问题，避免了下载到STM32里面来查这些错误，这样最大的好处是能很方便的检查程序存在的问题，因为在MDK的仿真下面，可以查看很多硬件相关的寄存器，通过观察这些寄存器，可以知道代码是不是真正有效。另外一个优点是不必频繁的刷机，从而延长了STM32的FLASH寿命（STM32的FLASH寿命≥1W次）。当然，软件仿真不是万能的，很多问题还是要到在线调试才能发现。
Debug工具条在仿真时非常有用。Debug工具条部分按钮的功能如图4所示：
图4 Debug工具条复位：其功能等同于硬件上按复位按钮。相当于实现了一次硬复位。按下该按钮之后，代码会重新从头开始执行。
执行到断点处：该按钮用来快速执行到断点处，有时候你并不需要观看每步是怎么执行的，而是想快速的执行到程序的某个地方看结果，这个按钮就可以实现这样的功能，前提是你在查看的地方设置了断点。
停止运行：此按钮在程序一直执行的时候会变为有效，通过按该按钮，就可以使程序停止下来，进入到单步调试状态。
执行进去：该按钮用来实现执行到某个函数里面去的功能，在没有函数的情况下，是等同于执行过去按钮的。
执行过去：在碰到有函数的地方，通过该按钮就可以单步执行过这个函数，而不进入这个函数单步执行。
执行出去：该按钮是在进入了函数单步调试的时候，有时候你可能不必再执行该函数的剩余部分了，通过该按钮就直接一步执行完函数余下的部分，并跳出函数，回到函数被调用的位置。
执行到光标处：该按钮可以迅速的使程序运行到光标处，其实是挺像执行到断点处按钮功能，但是两者是有区别的，断点可以有多个，但是光标所在处只有一个。
汇编窗口：通过该按钮，就可以查看汇编代码，这对分析程序很有用。
堆栈局部变量窗口：通过该按钮，显示Call Stack+Locals窗口，显示当前函数的局部变量及其值，方便查看。
观察窗口：MDK5提供2个观察窗口（下拉选择），该按钮按下，会弹出一个显示变量的窗口，输入你所想要观察的变量/表达式，即可查看其值，是很常用的一个调试窗口。
内存查看窗口：MDK5提供4个内存查看窗口（下拉选择），该按钮按下，会弹出一个内存查看窗口，可以在里面输入你要查看的内存地址，然后观察这一片内存的变化情况。是很常用的一个调试窗口
串口打印窗口：MDK5提供4个串口打印窗口（下拉选择），该按钮按下，会弹出一个类似串口调试助手界面的窗口，用来显示从串口打印出来的内容。
逻辑分析窗口：该图标下面有3个选项（下拉选择），我们一般用第一个，也就是逻辑分析窗口(Logic Analyzer)，点击即可调出该窗口，通过SETUP按钮新建一些IO口，就可以观察这些IO口的电平变化情况，以多种形式显示出来，比较直观。
系统查看窗口：该按钮可以提供各种外设寄存器的查看窗口（通过下拉选择），选择对应外设，即可调出该外设的相关寄存器表，并显示这些寄存器的值，方便查看设置的是否正确。
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