STM单片机开发实例——基于Proteus虚拟仿真与HAL

由于单片机技术涉及的应用领域广，相关人才的社会需求量大，因此单片机成为目前高职高专院校电子类专业的核心课程。据编者调研，目前国内很多高职高专院校仍在使用问世于20世纪80年代的MCS-5pan style="font-family:宋体">单片行教学，而这种单片机的系统架构已

经跟不上时代的发展，目前只能应用在一些低端且对成本敏感的电子产品中。STM32单片机于2007年由意法半导体公司推出，截至20pan style="font-family:宋体">年年底，已占据了全球20%的MCU市场份额，在中国MCU市场出货量居第二位。STM32单片机产品丰富，高中

低档单片机一应俱全，相比于MCS-5pan style="font-family:宋体">单片机，STM32单片机系统架构新颖、片上资源丰富，能更好地应用于各种档次电子产品的设计。在目前国内各大人才招聘的单片机工程师招聘信息中，多数会要求应聘者具备STM32单片机的开发能力，因而高职

高专院校很有必要开展STM32单片机的教学工作，至于是取代MCS-5pan style="font-family:宋体">单片机，

还是MCS-5pan style="font-family:宋体">单片机与STM32单片机并存，各院校可根据实际情况决定。

STM32单片机程序有寄存器、STD库、HAL/LL库三种开发方式。寄存器开发方

式是传统单片机程序的开发方式，MCS-5pan style="font-family:宋体">单片机即采用这种开发方式，但由于STM32

单片机系统架构过于复杂，学太大，因此它始终没有成为主流的STM32单片机

程序开发方式。STD库是意法半导体公司早期推出的驱动库，开发人员可通过调用驱

动库中的API函数开发STM32单片机程序，STD库开发方式曾经是主流的STM32单

片机程序开发方式，但由于官方后续不再维护更新，STD库无法支持新推出的STM32

单片机型号，因此STD库的使用者不断减少。HAL/LL库是继STD库之后，由意法半

导体公司推出的新型驱动库，支持全系列STM32单片机产品，并且HAL/LL库直接嵌

入了意法半导体公司推出的IDE——STM32CubeIDE中，用户可行图形化配置生成

初始化代码，再完成STM32单片机程序其他代码的编写，实际上大量的代码由IDE自动生成而非人为编写，真正实现了编程的半自动化，开发效率得到了极大提高。本书即采用了HAL/LL库开发方式。

Labcenter Electronics 公司在20pan style="font-family:宋体">年年底对其旗下的EDA 工具——Proteus STM32单片机，至此，8.6及之后版本的Proteus

开始具备STM32单片机的电路仿真能力。本书除4.7节的串口通信线通信任务暂

时不能仿真运行外，其余所有任务均支持Proteus仿真。Proteus的优势在于方便快捷，

在缺乏实验条件的情况下，只需要一台计算机即可完成STM32单片机的程序开发及电路调试工作。对于企业而言，Proteus可以作为STM32单片机产品开发的辅助工具软件，先通过软件仿真调试，再通过硬件实物调试，可缩减产品的开发时间和资金投入：对于学校而言，可以采用硬件实验箱与Proteus仿真配合的实验实训方式，既能节约实验实训室的建设投入，也能减轻实验实训设备的维护压力。

本书采用项目式教学模式，引导读者通过完成项目的过程来掌握每个任含的理论知识，做中学、学中练。编者始终坚持一种理念：单片机不仅是一门课程，也是一门技术，光靠看书、做题远远不够，一定要亲自动手编程和调试电路，否则很难真正学会和掌握单片机技术。

本书除任务1.1~1.4合计需4学时外，其余每个任务都需4学时，全书所有任务合计需104学时，各院校在教学实施过程中可根据实际情况自由选择。本书第pan style="font-family:宋体">、4、5篇与附录由徐亮编写，第2篇由邓小龙编写，第3篇由宋荣志编写，全书的编写思路、规划、任务安排及统稿工作由徐亮负责。

为了方便教学，本书配备了电子课件、Proteus仿真文件、单片机程序源码等资料，有需要的读者可登录华信教育资源网(www.hxedu.cn)免费注册后下载。

由于本书编写仓促，加上编者知识有限，书中难免存在错误和疏漏，欢迎各位读者批评指正。

编者

第pan style="font-family:宋体">篇

入门篇

本篇为全书的开篇介绍，主要通过以下4节内行简要介绍。

1.pan style="font-family:宋体">节向之前没有接触过单片机的读者，介绍单片机为何物，以及单片机技术的发展历史，介绍本书学——STM32单片机的诞展、产品线分布及主要应用领域。

1.2节介绍STM32单片机的引脚构成。单片机硬件工程师在设计单片机板卡的时候，需要熟知单片机外围引脚（单片机与外电路的外部接口）的构成。当然，由于单片机的每个输入/输出引脚都有两种或两种以能，十分复杂，具能介绍会在后续章节陆续展开，这里仅做简要介绍。

1.3节介绍STM32单片机的内部构造。

单片机软件工程师在设计单片机应用程序的时候，直接作的对象是单片机内部的存储器，尤其是单片机内部的“片上外设映射地址”存储单元，该单元可以视作单片机各种片内外设的“内部接口”。此外，还介绍了STM32单片机的引导方式，以及STM32

单片机的时钟树。

1.4节介绍了免费的集成开发环境——STM32CubeIDE，基于ISP方式的单片机实

物调试方法，基于Proteus的软件电路仿真。

1.pan style="font-family:宋体">单片机与STM32单片机

能力目标

了解单片机的发展史及其主要应用领域，STM32单片机的由来及产品线简介。

任务目标

1.1.1

什么是单片机

单片机是一种采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种输入/输出口和中断系统、定时器/计数器等集成到一块硅片上构成的一个完善的微型计算机系统。有些单片机括显示驱动电路、脉蜜调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等。

1.1.2单片机发展史

单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。(CM(Single Chip Microcomputer，单片微型计算机）阶段。在这一阶段，单片机的主要发展方向是将计算机体系单片化，即将计算机的CPU、RAM、ROM线等部件集成在一个芯片上，便于嵌入设备之中。这一阶段的代表产品有Intel公司的MCS-48单片机。

(2）MCU(Micro Controller Unit，微控制器)阶段。在实际项目中，单片机往往需要与各种外设芯片协同工作才能实现特定的能，为一步简化单片机应用电路的设计，单片机芯片上集成了越来越多的外设，称为片内外设。在这一阶段，单片机上集成的片内外设越来越多，单片机控制板卡的独立外设芯片越来越少。在发展MCU方面，早期的厂家当数Philips公司，STM32单片机就是MCU的一种。

(3)SoC(System on Chip)单片机阶段。与MCU相比，SoC单片机可以看作一种专用型单片机。例如，国产的乐鑫ESP8266单片机的内核是一个32位的精简指令集处理器，自带一个Wi-Fi模块；高通的骁龙处理器，CPU只占整个芯片面积的15%，其余被GPU(Graphics Processing Unit，图像处理器）、DSP(Digital Signal Processing，数字处理）单元、基带/射频前端、Modem(调制解调器）等模块占据。

1.1.3STM32单片机的诞展

STM32单片机是欧洲意法半导体(STMicroelectronics，简称ST)公司众多产品中......

徐亮，男，江苏信息职业技术学院智能工程学院电子电气专业教学骨干，院机器人社团的负责人，2011年开始指导学生参加"中国机器人大赛暨RoboCup公开赛”、"中国工程机器人大赛”与"江苏省大学生机器人大赛”多次获奖，其中3项、亚军3项、季军4项，熟悉MCS-51、STM32、恩智浦等单片机；具备较强的项目研发能力，曾独立或与学院精智模具研究院专家共同为企业提供技术研发服务。