一天入门STM32
一天入门STM32 pdfC秉火《零死角玩转STM32》一F1系列时钟源To T钟电路FR和RAMROM定时/计数5系统总线又CPU并行Io口串行Io口中断系统P0p1P2 P3 TXD RXD I。I:图151系统结构框图我们说的51一般是指51系列的单片机,型号有很多,常见的有STC89C51、AT89S51,其中国内用的最多的是STC89C51/2,下面我们就以STC89C51来讲解,并以51简称。内核51由一个IP核和片上外设组成,IP核就是上图中的CPU,片上外设就是上图中的:时钟电路、SFR和RAM、ROM、定时/计数器、并行IO口、串行IO口、中断系统。IP核跟外设之间由系统总线连接,且是8bit的,速度有限51内核是上个世纪70年代 intel公司设计的,速度只有12M,外设是IC丿商(STC)在内核的基础上添加的,不同的IC厂商会在内核上添加不同的外设,从而设计出各具特色的单片机。这里 intel属于PP核厂商,STC属于IC厂商。我们后面要讲的STM32世样,ARM属于P核厂商,ARM给ST授权,ST公司在 Cortex-M3内核的基础上设计出STM32单片机。外设我们在学习51的时候,关于内核部分接触的比较少,使用的最多的是片上外设,我们在编程的时候操作的也就是这些外设。第3页共53页C秉火《零死角玩转STM32》一F1系列编程的时候操作的寄存器位于SFR和RAM这个部分,其中SFR(特殊功能寄存器)占有128字节(实际上只用了26个字节,只有26个寄存器,其他都属于保留区),RAM占有128字节,我们在程序中定义的变量就是放在RAM中。其中SFR和RAM在地址上是重合的,都是在80-FF这个地址区间,但在物理区间上是分开的,所以51的RAM是有256个字节编写好的程序是烧写到ROM区。剩下的外设都是我们非常熟悉的IO口,串∏、定时器、中断这几个外设STM32系统结构STM32系统结构框图接PashDCodeCortexM3SystemSFAMDMATDMAFSMCSDIO通道1套通道2AHB系线线桥接2桥接1APB 1APB2复位和时钟通道7控制DC2PIOD PWR SP1129DMA请求ADCsGFIOE BKPUSART1 GPioF bxCAN WDGSPlGPOG USETIM1RICExTIt2C2TIM2DMA212C1TIEUARTS TIM5GPc日UART& TIM4AHTa通道1USaRT TIM2通通通5AA请求图2STM32系统结构框图内核在系统结构上,STM32和51都属于单片机,都是由内核和片上外设组成。只是STM32使用的 Cortex-M3内核比51复杂得多,优秀得多,支持的外设也比51多得多,同时总线宽度也上升到32bit,无论速度、功耗、外设都强与51。第4页共53页C秉火《零死角玩转STM32》一F1系列从结构框图上看,对比5内核只有一种总线,取指和取数共用。 Cortex-M3内部有若干个总线接∏,以使CM3能同时取址和访内(访问内存),它们是:指令存储区总线(两条)、系统总线、私有外设总线。有两条代码存储区总线负责对代码存储区(即 FLASH外设)的访问,分别是 I-Code总线和 D-Code总线。I-Code用于取指, D-Code用于查表等操作,它们按最佳执行速度进行优化。系统总线( System)用J访问内存和外设,覆盖的区域包括SRAM,片上外设,片外RAM,片夕扩展设备,以及系统级存储区的部分空间。私有外设总线负责一部分私有外设的访问,主要就是访问调试组件。它们也在系统级存储区。还有一个MDA总线,从字面上看,DMA是 data memory access的意思,是一种连接内核和外设的桥梁,它可以访问外设、内存,传输不受CPU的控制,并且是双向通信。简而言之,这个家伙就是一个速度很快的且不受老大控制的数据般运工,这个在51里面是没有的外设从结构框图上看,STM32比51的外设多得多,51有的串口、定时器、O口等外设STM32都有。STM32还多了很多特色外设:如FSMC、SDIO、SPI、2C等,这些外设按照速度的不同,分别挂载到AHB、APB2、APB1这三条总线上。小结从内核和外设这两大方面米比较,SIM32之于51就是一个升级版的单片机。它适应市场,引流淛流,在中低端的微控制器中流光溢彩。12学习方法的区别学习51用寄存器,学习STM32用库。以前我们在学习51的时候,用的是寄存器编程的方法,想要实现什么效果,直接往寄存器里面赋值,优点是直观,简单粗暴,知道自己具体干了啥,心里踏实直接操作寄存器之所以在51上可行,究其原因,我想有两点:1、51主频不高,资源有限,必须注重程序执行的效率,只能直接操作寄存器。关键的地方还得用汇编,不适合用同件库。第5页共53页C秉火《零死角玩转STM32》一F1系列要知道当初我们学习51单片机的时候用的还是汇编,连现在的C编程都不是,就更别说什么斥函数编程2、51功能简单,寄存器不多。以国内普及最广的STC89C52为例,寄存器仝部加起来不到30个。按照功能区分来记的话,可以把每个寄存器背的滚瓜烂熟,并且寄存器每一位的功能都可以记得住,在编程的时候做到了然于胸。现在从51过度到STM32的学习,很多人还是喜欢沿用51的学习方法。接受不了库,在学习库的时候陷入迷糊之中,来回几个月下来,都不知道到底有没学会STM32,因为在这一路的学习中都是在调用库函数,压根就没有操作过寄存器,心里面很不踏实。其实大家在调用库函数的时候心中难道就没有疑问,库的底层是怎么实现的?难道就没有勇气对庥的底层探究竟。可最后当我们丌始跟踪斥函数底层的时候,看到·堆的宏定义、结构体、指针、各种的文件包含,而且注释全部都是荚文的,是不是乂心生忌惮。鉴于此,我想用两个原因来总结下很多初学者畏惧库不愿意用库的原因。1、C语言知识点的欠缺库在实现寄存器映像时使用的宏定义,强制类型转换,在定义寄存器时使用的结构体,在外设初始化函数时使用的指针,在组织头文件时使用的条件编译等C语言知识,在大学课程中很少涉及,大多数老师也基本是不讲。在一些简单的51单片机编程中又很少会用到这些知识。学单片机,做嵌入式开发其实80%的工作都跟C语言编程相关,剩下的20%的匚作就是阅读各种数据手册,熟悉各和硬件外设。所以掌握这些基本的C语言知识,是嵌入式学习中一道迈不过去的坎,STM32的库则给」我们一次提升C的机会凡是可以从书本中找到的,相信我们基本都可以学会,很多初学者并不是不够聪明或者勤奋,只是缺少方向性的指导罢了。对于这欠缺的知识点我们稍微花点时间就可以掌握,剩下的就是不断地实践词试。这里我为大家推荐·本C语言的书籍《C和指针》。2、程序架构设计思想的欠缺这个比较难搞,很多C语言学习得挺好好的人,也比较难掌握。还好我们遇到了SIM32的库,这给了我们一个学习和提升C语言绝佳的机会。库的整个架构是如何搭建起来的,代码上是如何如何一步一步写出来的:从寄存器映像开始,到寄存器的封装,然后到函数的编写,到每个外设函数对应的驱动文件,这里面涉及到了大量的条件编译,文件包含的思想,对应刚写过几行51单片机的初学者来说简直就是噩梦。但是,如果你把这系列的关系弄明自了,那么对库的整个架构也了解的差不多了,以后你就不用嚷嚷着说要操作奇存器了。如果你一开始不喜欢用库,对库开发很忌惮,那么请自问:是不是我的C语学得不够好。库是一种全新的学习方法,是一种河流,我更把它看做是与C语言的又一次历练和提升。是否用库,只差你一个闪亮的回眸第6页共53页C秉火《零死角玩转STM32》一F1系列1.3用寄存器点亮LED为了顺利过渡到库开发,在STM32编程的开始,我们对照51点亮一个LED的方法,给大家演示一下STM32如何用操作寄存器的方法点亮一个IFD,然后再慢慢讲解到底什么是库,让大家知道库跟寄存器的关系1.3.1用51点亮一个LED在用STM32点亮一个LED之前,我们先来复习下用5如何点亮一个LED。硬件上我们假设51单片札的P0口的第0位接了一个LED,负逻辑亮。如果我们要点亮这个LED,代码上我们会这么写1P0=0XFF;//总线操作点亮FD这时侯我们就把LED点亮了,如果要关掉LED,则是:1P0=0xFF;//总线操作关闭二ED这里面我们用的是总线操作的方法,即是对P0口的8个1O同时操作,但起作用的只是P0^0除了这种总线操作的方法,我们还学习过位操作,利用51编译器的关键字sbit,我们可以定义个位变量1sbit工E0^0那么LED=0;就点亮了LED,LED=1;就关闭了LED。为了让程序看起来见名知义,我们定义两个宏:1 #define on 02 define OfF 1点亮和关闭LED的代码就变成了:1 LED//位操作点亮IED2 LED= OFF//位操作关闭LD稍微整理下代码,整体的效果就是:1//假设51单片机的P0~0口接TFD,负逻辑点亮3 #define ON 04 definc Ofe 16 sbit lEd poo8 void main(void)第7页共53页C秉火《零死角玩转STM32》一F1系列9{10PO OXFE;/总线操作点亮0=0XE彐//总线操作关闭LED13工ED=ON;//位操作点亮LED14LED=OF彐;/位操作关闭LED15」上血总线和位操作的的方法,学过51的朋友是非常熟悉的,也很容易理解。那么我们再说一下大家容易忽略的几个知识点。什么是寄存器在点亮LED的时候,我们都是用操作寄存器的方法来实现的,那大家是否想过,这个寄存器到底是什么?为什么我们可以直接操作P0口?解答上面的问题之前,我们先简单介绍下51单片机的主要组成部分,这对我们学习其他单片机也有好处。我们以国内的STC89C51为例,该单片机主要由51内核、外设IP、和总线这三人部分组成。内核是由 Intel公司生产的,外设P就是STC公司在内核的基础上添加的诸如定时器、串口、IO凵等这些东西,总线就是用米连接內核和外设的接凵单元。 Intel在这里属于IP核设计公司,STC属」I设计公司。世界上能设计IP核的公司屈指可数。我们非常熟悉的ARM公司就属于IP核设计公司,ARM给其他公司授权,其他IC公司就在ARM内核上设计出各具特色的MCU,我们后面要学习的STM32就是属于一中基于ARM内核的MCU。寄存器则是内置于各个IP外设中,是一种用于配置外设功能的存储器,就是一种内存,并且有想对应的地址。学过C语言我们就知道,要操作这些内存就可以使用C语言中的指针,通过寻址的方式来操作这些具有特殊功能的内存一寄存器。比如P0口对应的地址是0X80,那么我们要修改0X80这个地址对应的内存的内容的话,按照常理可以这样操作1*(+0X80)=0XEE;点亮LED可当我们编译的吋候,编译器会报错,在51里面只能通过SFR和SBIT这两个关键字来实现寄存器映像,不能直接操作寄存器对应的地址,这是51相较于STM32不同的地万51单片机的这些寄存器位于地址80H~HFH中,对应着128个地址,但不是每个地址都是有效的,51系列的单片机有21个,52系列的则有26个,其他的都是保留区第8页共53页C秉火《零死角玩转STM32》一F1系列表2AT89c52SFR映象及复位状态OFBDEFHDFOHo00000DFTHOE8H0D000000DETH00000003DOTHOC8H0000000)XXXXXXODDCFHx00000037HEDAFH0粪0H11111111DATHSCON98H00000002SBUF9FHP1111111197HTCON88H0000000)TMODTLOTL100000000000000000000000000000000000BFHSPDPHPCON80H1DPLco111OXXX0000图351寄存器映射2.寄存器映射实际上我们在编程的吋侯并不是通过指针来操作奇存器的,而是直接给PO、Pl这些端口寄存器赋值。那么这些外设资源是如何与地址建立一一对应的关系(寄存器映射定义),这得益与51特有的两个关键字:SFR和sbit,其但单片机没有,只能用其他的方式来实现寄存器映射。这两个关健字帮我们实现了所有寄存器的定义,所以我们才可以像操作普通变量一个米操作寄存器。其实我们一开始提到的点亮LED的代码,全貌应该是这样的:1 sfr pocx80;//寄存器定义2P0=0ⅩFE;/总线操作点亮LED为了方便起见,我们可以扣奇存器映射全部写好封装在个头文件里面,不用每用个寄存器就定义一次。其实这方面的工作不用我们做,我们在编程的时候都会在开始的地方添加一个头文件1 include 第9页共53页C秉火《零死角玩转STM32》一F1系列这个头文件已经实现了全部寄存器的定义,该文件是kei自带,在安装目录:KeiC5IINC可以找到。这个文件实现了字节寄存器和位寄存器的定义2 REG514 Header file for generic 80C51 and 80C31 microcontroller5 Copyright (c)-988-2002 Keil ELektronik GIbH and Kei- Software, Inc6 All rights reserved.9 +ifdef REG5- H10#define RFG5. H1112/* BYTF, Reci ster *13sfr0=x80;1456PEE2×90sfrCaO;13BO17 sfr PSWRDO18 sfr AccCeO:901strBsExFO;12222x8-;3 sIr PCoN24 sr icon Cx8825 sfr TMOD Cx89:sfr TloxiA2222367890sfr TCx8Bfr TCx8Cifr Ti18D831 sfr t2×B832 sfr sLHHEPCB9833 sfr sbuf993436/* BIT Register37/+PSW*/38 sbit CYOxD39 sbit ACOxD640 sbit Fo41 sbit rs0xD4;43 sbit ov44 sbit P=0×D0;4546/*TCON*/47 sbit TF0x8F;48 sbit TR0x8E;49 sbit TFo0x8D:50 sbit mro0x8C51 sbit IE-= 0x8B;53 sbit Ieo0x894 shit tto08856/+IE57 sbit eA0×AF58 sbit fs0×AC59 sbit er0×AB;60 sbit EX0×AA61 sbit ero0x90×A8第10页共53页
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通信原理MATLAB仿真实验指导书
通信原理MATLAB仿真实验指导书V3.0最终版内容很全的实验指导书通信原理仿真实验指导书林志谋目录实验:基础实验的建模仿真实验:信道与噪声仿真实验:调制与解调仿真实验:调制与解调仿真实验调制与解调仿真实验编码与解码仿真实验:单极性码与双极性码眼图仿真实验调制与解调仿真实验调制与解调仿真实验调制与解调仿真实验:循环码的差错控制系统仿真综合实验:通信系统的仿真附录程序设计通信原理仿真实验指导书林志谋实验:基础、实验目的:.熟悉开发环境掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算熟悉和了解图形绘制程序编辑的基本指令;熟悉掌握利用图形编辑窗口编辑和修改图形界面,并添加图形的各种标注掌握等指令格式和语法二、实验原理:基础知识程序设计语言简介的缩写,是由公司升发的一套用科学工程计算的可视化髙性能语言,具有强大的矩阵运算能力。与大家常用的和等高级语言相比,的语法规则更简单,更贴近人的思维方方式,被称为“草稿纸式的语言”软件主要由主包、仿真系统()和工具箱()主大部分组成。界面及帮助基本界面如图所示,命令窗口包含标题栏、菜单栏、工具栏、命令行区、状态栏、垂盲和水平波动条等区域。标题栏菜单栏工具栏命令行区状态栏垂直和水平瘕动条)ATLA日? Ntt Dr ivory C MATLA86A5B=iwuEy1山具C2 dPubLe wrE田用田田3TZ doublE Wra面自172自的272 double ra9 dpublE rsa double wremn■double r电田ydoubl mri1.00000mm-0.1.0>I Workspace cuuneniDIncnpiF国]47【7.193,E,日:151117笔k【7,19B,z,B1,45图基本界面()菜单栏在主窗凵的菜单栏,共包含和个菜单项菜单项:菜单项实现有关文件的操作。通信原理仿真实验指导书林志谋菜单项:菜单项用于命令窗∏的编辑操作。菜单项:菜单项用于设置集成环境的显示方式。菜单项:菜单项用于设置的操作。菜单项:主窗口菜单栏上的菜单,只包含一个子菜单用」关闭所有打开的编辑器窗凵,包括和窗凵。菜单项菜单项用于提供帮助信息()工只栏主窗∏的工具栏共提供了个命令按钮。这些命令按钮均有对应的菜单命令,但比菜单命令使用起来更快捷、方便,()命令行区按以下顺序对输入命令进行解释:检查它是否是工作空间中的变量,实则显示变量内容检查它是否是嵌入函数,是则运行之。检查它是否是子函数。检查它是否是私有函数检查它是否是位于搜索路径范围內的函数文件或脚本文件甲有以下几种方法可获得帮助()帮助命令()是查询函数相关信息的最直接方式,信息会直接显示在命令窗中键入,会显示相关信息命令可以从键入的关键字列出所有相关的题材,和/相比覆盖范围更广,可查找到某个主题所有词组或短语。()帮助窗凵()提供与帮助命令相同的信息,但帮助窗凵界面更为方便直接。()帮助桌面()通过在命令窗口中选择帮助菜单的“选项或键入命令即可进入帮助桌面。()在线帮助页是帮助桌面的在线帮助均有相应的格式文件。网站,对于连接入的用户通过公司的网站询问有关问题。熟悉环境桌面和命令窗口、命令历史窗、帮助信息浏览器、工作空间浏览器文件和搜索路径浏览器。掌握常用命令除命令窗口中内容清除工作空间中变量对所选函数的功能、调用格式及相关函数给出说明查找具有某种功能的函数但却不知道该函数的准确名称査询工作空间中的变量信息变量与运算符变量命名规则如下()变量名可以由英语字母、数字和下划线组成()变量名应以英文字母开头()长度不大于个()区分大小写中设置了一些特殊的变量与常量,列于下表。表的特殊变量与常量变量名1功能说明变量名功能说明默认变量名,以应答最小的正实数最近一次操作运算结果通信原理仿真实验指导书林志谋或虚数单位无穷大圆周率不定值(浮点数的相对误差网数实际输入参数个数最大的正实数函数实际输出参数个数运算符,通过下面几个表来说明的各种常用运算符表算术运算符操作符功能说明操作符功能说明矩阵左除数组左除矩阵乘矩阵右除数组乘数组右除矩阵乘方矩阵转置数组乘方数组转置表关系运算符操作符功能说明等于不等于大于小于人于等于小于等于逻辑运算符逻辑运算符逻辑运算说明逻辑与逻辑或逻辑非逻辑异或表特殊运算符号功能说明示例符号功能说明例分隔行分隔列注释构成向量、矩阵调用操作系统命令构成单元数组用于赋值1的一维、二维数组的寻访通信原理仿真实验指导书林志谋表了数组访问与赋值常用的相关指令格式指令格式指令功能数组中指定行、指定列之元素组成的子数组数组中指定行对应的所有列之元素组成的了数组数组中指定列对应的所有行之元素组成的了数组数组中各列元素首尾相连组成的“维长列”了数组维长列了数组中的第个元素数组中指定行、指定列之元素组成的子数组的赋值数组仝元素赋值,保持的行宽、列长不变,、两组几素总合应相同的基本运算表两种运算指令形式和实质内涵的异同表数组运算矩阵运算指令含义含义非共轭转置共轭转置把标量赋给的每个元素标量分别与元素之和标量分别与元素之差标量分别与元素之积标量分别与每个元素之积标量分别被的元素除阵的逆乘的每个元素自乘次阵为方阵,自乘次对各元素分别求非整数幂方阵的非整数乘方对应元素相加矩阵相加对应元素相减矩阵相减对应元素相乘内维相同矩阵相乘的元素别的对应元泰除右除与上相同左除以自然数为底,分别以的元素为的矩阵指数函数指数,求幂对的各元素求对数「的矩阵对数函数对的各元素求平方根的矩阵平方根函数的常用函数表标准数组生成函数指令含义含义对角形数组(对高维不适用)生均匀分布随机数组单位数组(对高维不适用)E正态分布随机数组产生魔数组(对高维不适用)生全数组产生全数组返回指定矩阵的行数和列表数组操作函数通信原理仿真实验指导书林志谋指令含义提取对角线元素,或生成对角阵以数组“水平中线”为对称轴,交换上下对称位置上的数组儿素以数组“垂直中线”为对称轴,交换左右对称位置上的数组元素在总元素数不变的前提下,改变数组的“行数、列数”矩阵逆时针旋转度方阵的行列式值矩阵的秩三、实验内容和步骤学习使用命令例如在命令窗口输入,然后根据帮助说明,学习使用指令(其它不会用的指令依照此方法类推学习使用观察和等窗口的变化结果,执行前后有什么不同?初步程序的编写练习新建,保存(自己设定文件名,例如……),学习使用的基木运算符、数组寻访指令、标准数组生成函数和数组操作函数。注意:每一次的修改后,都要存盘。二维曲线绘图基本指令演示。指令基本操作演示问题:本例运作后,再试验观察产生图形的有什么不同,为什么?问题:本例运作后,再试验观察产生图形的有什么不同,为什么?问题:本例运作后,再试验观察产生图形的有什么不同,为什么?用图形表示连续调制波形及其包络线。通信原理仿真实验指导书林志谋0∈问题请查找的的帮助,想想怎么用行语句来代替卜面这行一句绘制标准三维曲面。函数的调用格式为:凶数的调用格式为还有一个函数,称为多峰函数,常用于三维曲面的演示。图像如下:四、实验报告要求:回答实验内容和步骤上面所有的问题。并总结本次实验遇到了哪些问题?你是怎么解决的?如何避免下次实验再遇到同样的问题?如何在帮助窗口,帮助命令,帮助演示中查找的相关命令和演示程序?软件由几部分组成?各有什么作用?通信原理仿真实验指导书林志谋实验的建模仿真、实验目的熟悉工作环境及特点.掌握线性系统仿真常用基本模块的用法掌握的建模与仿真方法二、实验原理:简介提供的用于对动态系统进行建模、仿真和分析的工具包。提供了专门用」显示输岀信号的模块,可以在仿真过程中随时观察仿真结果。同时,通过的存储模块,仿真数据可以方便地以各种形式保存到工作区或文件中,供用户在仿真结束之后对数据进行分析和处理。另外,把具有特定功能的代码组织成模块的方式,并且这些模块可以组织成具有等级结构的子系统,因此具有内在的模块化设计要求。基于上述优点,成为一种通用的仿真建模工具,)泛应用于通信仿真、数字信号处理、模糊逻辑、神经网终.机控制和虚拟现实等领域。它使用户把精力从编程转向模型的构造。随着实验的不断深入,你们会发现它为用户省去了许多重复的代码编写工作,用户就不必、步步地从最底层廾始编写。如果把动态系统建模仿真过程比作建造房子,那么用高级语言或语言编写的仿真程序的方式就如同是从一堆沙子开始造房子。这不但麻烦,而且有许多重复操作,建造者的精力会大量地浪费在一些相同地例如把沙子变成砖块的事情上,以及如何把它们组在一起变成房子这些技术性的事情.而不能把更多的精力集中用到房子的设计上,这在计算机仿真里,就等于是把精力厦多地投入到某一个具体的算法的设计上,而不是用到模型的设计构造本身,的目的就是让用户能化更多的精力投入到模型设计本身。它首先提供了些基本模块,这些模块就放在上面的库浏览器里.用户可以调用这些模块,而不必再从最基△的做起的每个模块对用户而言都是透明的,用户只需知道模块的输入输出以及模块旳功能,而不必管模块内部是怎么实现。于是,留给用户的事情就是如何连接这些模块来完成自的仿真任务。连接的方式在里是很简单的,例如要连接两个摸块只需要将一个模块的输入和另一个模块的输岀用一根直线连起米就行了。模型构造好之后,用户可以进行仿真、等待结果、或者改变参数,再运行。至于像各个模块在运行时如何执行,时间是如何采样离散系统,事件足如何驱动等等细节性问题,用户可以根木不用去关心,都替你做好了。总之,把那些最没有意思、最烦人的细节都屏蔽掉了,而留绐用户的是一个友好的环境,让用户以最轻松、最有效的万式完成他们感兴趣的东西。启动的方法有很多种,按照的传统方式,只要在的命令窗口中键入:个称为的窗口就会弹出,如下图所示:
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