使用stm32f103c8t6完成《嵌入式技术与基础第六版》相关内容博客作业7 其他功能：ADC模数转换、CAN通信和FLASH擦写

零、创新点

《嵌入式技术与基础第六版》原书教材随书附赠了一块stm32L431的开发板，配套内容都是以此为基础打造的，甚至作者还专门为此开发了一套ide，但是：

现在stm32主流的教程生态用的都是stm32f103c8t6这款芯片，原书的教程虽然能很好的为你解释嵌入式开发的原理，但是要进一步学习，你还是不得不寻找其他教程，购买主流的开发板

作者的ide完全是出于本书学习设计的，对于实际开发毫无意义，若将来想做点嵌入式，还需要重新学习一套开发栈

全新套书卖100。作为抠门带血生，肯定要考虑二手的，但是二手书通常不会带有原书的附件。单买开发板，某宝60，某鱼甚至没有。起码截至我使用该书学习的时间（2024年3月）是这样的，后期使用此书的前辈多了，估计二手市场会变好。

最重要的是，我已经有一个stm32f103c8t6的开发板了

综上，无论是从学习角度还是省钱角度，使用stm32f103c8t6完成《嵌入式技术与基础第六版》相关内容都是非常合适的

这套博客是广州大学计算机学院嵌入式系统课程的作业，我用stm32f103c8t6开荒，也是为了后来的同学做贡献

一、 ADC模数转换

1. 简介

STM32的ADC（Analog-to-Digital Converter）即模拟数字转换器，是微控制器中一个重要的外设，它能够将连续变化的模拟信号转换成离散的数字信号，以便于处理器进行处理。STM32系列微控制器内置了高性能的ADC模块，下面是对STM32 ADC的详细介绍：

基本特性：

分辨率：STM32的ADC通常是12位分辨率，意味着它可以将输入的模拟电压分为4096（即2^12）个等间隔的量化级别。
架构：采用逐次逼近寄存器(SAR, Successive Approximation Register)型ADC，这是一种常见的ADC架构，通过比较和反馈机制逐步逼近并确定最终的数字值。
通道数量：STM32F10X系列为例，最多有3个独立的ADC控制器，总共支持18个通道，可测量16个外部和2个内部信号源。外部通道通常与GPIO引脚关联，而内部通道可能包括连接到温度传感器、参考电压等的通道。
转换模式：支持单次转换、连续转换、扫描模式（可以依次自动转换多个通道）和间断模式（由外部事件触发）。
采样时间与转换时间：ADC的转换时间由采样时间和ADC时钟周期决定，转换时间=采样时间+固定的转换周期（如12.5个ADC时钟周期）。采样时间可以通过配置参数调整，以适应不同信号特性的需求。
时钟：ADC的时钟（ADCCLK）通常由APB2总线时钟经分频得到，最大频率可达72MHz（具体取决于MCU型号和配置）。
电源与输入范围：ADC模块的工作电压范围为2.4V至3.6V，输入信号的电压范围则应位于VREF-与VREF+之间，其中VREF可以是内部参考电压或外部提供的参考电压。

特殊功能：

双ADC模式：在某些系列中，如STM32F103，ADC1和ADC2可以组合工作在双ADC模式下，从而提高采样率。
注入转换：允许在正常连续转换序列中插入一次高优先级的转换。
模拟看门狗：可以设置阈值，监控输入信号，当信号超出设定范围时产生中断。
中断和DMA：转换结束、注入转换结束或模拟看门狗事件可以触发中断，同时支持DMA（直接内存访问）传输结果，减少CPU干预，提高效率。

配置与使用：

配置STM32的ADC通常涉及以下步骤：

时钟配置：确保ADC的时钟已经开启。
通道选择与配置：根据需要选择并配置ADC通道，包括采样时间、通道的输入模式等。
转换模式设置：选择合适的转换模式，如单次、连续或扫描模式。
中断与DMA配置：如果需要，配置相关的中断和DMA传输。
启动转换：通过软件命令或外部触发（如定时器）启动ADC转换。

2. HAL库中的代码

初始化与配置函数:

HAL_ADC_Init(ADC_HandleTypeDef* hadc): 初始化给定的ADC外设，根据ADC_HandleTypeDef结构体中的配置进行设置。
HAL_ADC_ConfigChannel(ADC_HandleTypeDef* hadc, ADC_ChannelConfTypeDef* sConfig): 配置ADC的一个通道，包括通道编号、采样时间、单次/连续转换模式等。
HAL_ADCEx_Calibration_Start(ADC_HandleTypeDef* hadc): 对支持校准的ADC进行校准（注意，并非所有STM32系列都支持此功能）。

启动与停止转换函数:

HAL_ADC_Start(ADC_HandleTypeDef* hadc): 启动ADC进行连续转换，但不使用中断。
HAL_ADC_Start_IT(ADC_HandleTypeDef* hadc): 启动ADC并使能中断，在每次转换完成后触发中断。
HAL_ADC_Stop(ADC_HandleTypeDef* hadc): 停止正在进行的ADC转换。

中断与回调函数:

HAL_ADC_IRQHandler(ADC_HandleTypeDef* hadc): 中断服务例程(ISR)，用于处理ADC中断，一般不需要用户直接调用，而是由HAL库内部调用来处理中断。
HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc): ADC转换完成回调函数，每次转换完成时由HAL库调用，用户在此函数中可以获取转换结果并进行后续处理。

读取转换结果:

HAL_ADC_GetValue(ADC_HandleTypeDef* hadc): 获取最近一次ADC转换的结果。
HAL_ADC_GetConversionValue(ADC_HandleTypeDef* hadc): 类似于HAL_ADC_GetValue，也是用于获取转换结果。

特殊功能函数:

HAL_ADCEx_ContinuousConversionsStart(ADC_HandleTypeDef* hadc, uint32_t ChannelGroup)：用于开始连续多通道的ADC转换。
HAL_ADCEx_DiscontinuousConversionsStart(ADC_HandleTypeDef* hadc, uint32_t ChannelGroup)：开始不连续模式下的ADC转换。
HAL_ADC_AnalogWDGConfig(ADC_HandleTypeDef* hadc, ADC_AnalogWDGConfTypeDef* AnalogWDGConfig)：配置模拟看门狗功能。

状态与错误处理:

HAL_ADC_GetState(ADC_HandleTypeDef* hadc): 获取ADC当前的状态。
HAL_ADC_GetError(ADC_HandleTypeDef* hadc): 获取ADC的错误代码。

3. 小实验

读取芯片内部的温度，并展示出来。

STM32系列芯片内部存在一个热敏电阻，通过一系列转换，可以得到具体的摄氏度数据，具体方式可见参考手册和数据手册

先在cube ide中进行配置，勾选内部温度传感器通道

关键代码如下

int main(){
    // 初始化等操作省略
	int AD_Value = 0;
	float Vol_Value = 0.0;
	float Temperature = 0.0;

	for (;;)
	{
	    AD_Value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); // 读取ADC转换数据（12位数据）
	    printf("ADC1_IN16 ADC value: %d\r\n", AD_Value);
	    Vol_Value = AD_Value * (3.3 / 4096); // AD值乘以分辨率即为电压值
	    printf("ADC1_IN16 VOL value: %.2fV\r\n", Vol_Value);
	    Temperature = (1.43 - Vol_Value) / 0.0043 + 25; // 根据公式算出温度值
	    printf("MCU Internal Temperature: %.2f C\r\n", Temperature);
	    printf("\r\n");
	    HAL_Delay(1000);
	}
}

上电有明显升温过程

二、 CAN通信

1. 简介

STM32系列微控制器内置了CAN（Controller Area Network，控制器局域网络）接口，这使得它们非常适合用于需要可靠通信的嵌入式系统，尤其是在汽车、工业控制和其他自动化领域。以下是关于STM32 CAN通信的详细介绍：

CAN总线简介

CAN总线是一种多主、串行通信协议，最初由Bosch公司开发，现已成为ISO国际标准（ISO 11898）。它采用差分信号传输，具备错误检测和处理机制，支持多节点（最多可达110个节点）在同一个网络上进行通信，且具有较高的数据传输可靠性。

STM32的CAN模块特性

双CAN接口：部分STM32型号（如STM32F103）配备有两个独立的CAN接口，每个接口都可配置为CAN 2.0A或CAN 2.0B协议。
发送与接收邮箱：通常包含3个发送邮箱和2个接收FIFO（First In First Out）队列，每个FIFO能存储多个报文。发送调度器会根据报文的优先级决定发送顺序。
位速率与同步：支持不同的位速率（最高可达1Mbps），并能够自动同步到总线上的位速率，适应网络中的不同设备。
错误处理与恢复：具备强大的错误检测和处理能力，包括位错误、填充错误、CRC错误、形式错误和应答错误等，并支持错误计数及错误主动通知。
过滤功能：可配置的标准和扩展标识符过滤，允许控制器仅接收感兴趣的报文，减少CPU的中断处理负担。
远程帧请求：支持发送远程帧以请求其他节点发送特定数据。

初始化与配置

硬件配置：首先需要正确配置CAN总线的引脚，确保它们被设置为CAN_TX和CAN_RX模式，并连接到物理总线上。还需在总线的两个末端添加终端电阻（通常为120欧姆）以避免信号反射。
软件配置：使用STM32 HAL库或LL库进行配置，主要包括设置位速率、模式（正常或监听）、激活滤波器、初始化发送和接收邮箱等。
中断与DMA：可以配置中断或DMA（直接内存访问）来处理接收到的数据或发送完成的通知，以提高效率。

发送与接收数据

发送：将要发送的数据和相关标识符打包成CAN报文格式，然后通过调用相应的函数将报文放入发送邮箱中。CAN控制器会根据优先级自动管理报文发送。
接收：接收到的数据会被自动存入接收FIFO，应用程序通过查询中断或轮询方式检查FIFO，并读取数据。

CAN总线电路

正规的can总线电路是这样的，芯片引脚是CAN_TX和CAN_RX需要一个专门的收发器转为CAN_High和CAN_Low

CAN总线通过这种方式表示逻辑0和逻辑1

在简易实验中，我们可以用这种等效电路实现不通过收发器实现CAN通信

应用实例

在实际应用中，开发者通常会编写代码来初始化CAN接口、配置滤波器、设置中断服务例程(ISR)或DMA传输，并编写发送和接收数据的函数。例如，在汽车电子中，一个节点可能负责发送车速信息，而另一个节点则负责接收并据此调整空调风速。

总之，STM32的CAN通信功能强大且灵活，适合构建复杂的分布式控制系统，通过合理的配置和编程，可以满足大多数工业级和汽车级通信需求。

2. HAL库中的代码

初始化与配置函数

HAL_CAN_Init: 初始化CAN外设。这个函数会配置CAN控制器的时钟、中断、模式等底层硬件设置。
HAL_CAN_ConfigFilter: 配置CAN过滤器，用于指定哪些报文应该被接收。
HAL_CAN_ConfigTxTimestamp: 配置发送报文时的时间戳功能。

发送函数

HAL_CAN_AddTxMessage: 添加报文到发送邮箱准备发送。此函数需要提供报文的标识符、数据、长度和邮箱号。
HAL_CAN_Transmit_IT: 启动CAN报文的中断传输。如果配置了发送邮箱空中断（CAN_IT_TME），当有空闲邮箱时，该函数将触发发送。
HAL_CAN_Transmit_DMA: 使用DMA方式发送CAN报文，适用于大数据量传输。

接收函数

HAL_CAN_RxFifo0Callback: 接收FIFO 0的回调函数，当FIFO 0中有新报文到达时被调用。
HAL_CAN_RxFifo1Callback: 接收FIFO 1的回调函数，类似地，处理FIFO 1的接收事件。
HAL_CAN_GetRxMessage: 从指定的FIFO中获取接收到的报文。

状态查询与控制函数

HAL_CAN_GetState: 获取CAN外设当前的工作状态。
HAL_CAN_AbortTxRequest: 中止指定邮箱的发送请求。
HAL_CAN_IsTxMessagePending: 检查是否有待发送的报文在指定的邮箱中等待。

中断与错误处理

HAL_CAN_IRQHandler: CAN中断处理函数，内部会调用相应的中断回调函数。
HAL_CAN_ErrorCallback: 错误回调函数，当CAN总线发生错误时被调用。
HAL_CAN_GetError: 获取最新的CAN错误状态。

其他辅助函数

HAL_CAN_ConfigClockSource: 配置CAN时钟源。
HAL_CAN_DeInit: 关闭并重置CAN外设。

3. 小实验

2个或以上同学相互连接，利用CAN通信，向对方发送带有本人姓名的信息。连线方式：按基本原理性电路（不带收发器芯片）连接，参考教材图10-1。

由于原书开发版can通信相关参数不明，我没有实现和同学的开发板联机，并且我手头上也没有其他的开发版和其他can通信的相关模块，这个实验我没有用STM32F103C8T6完成，而是借了其他同学的开发板，希望下一届上这个课的同学可以实现这点

int main()
{
    // 其他初始化代码
    for (;;) // for(;;)（开头）
    {
        // （2.1）主循环次数变量+1
        mMainLoopCount++;
        // （2.2）未达到主循环次数设定值，继续循环
        if (mMainLoopCount <= 12889000)
            continue;
        // （2.3）达到主循环次数设定值，执行下列语句，进行灯的亮暗处理
        // （2.3.1）清除循环次数变量
        mMainLoopCount = 0;
        // （2.3.2）如灯状态标志mFlag为'L'，灯的闪烁次数+1并显示，改变灯状态及标志
        if (mFlag == 'L') // 判断灯的状态标志
        {
            mLightCount++;
            printf("灯的闪烁次数 mLightCount = %d\n", mLightCount);
            mFlag = 'A';                   // 灯的状态标志
            gpio_set(LIGHT_RED, LIGHT_ON); // 灯“亮”
            printf(" LIGHT_RED:ON--\n");   // 串口输出灯的状态
            // 【***CAN模块发送一帧数据***】
            if (can_send(CAN_1, txMsgID, 9, (uint8_t *)"某某某") != 0)
                printf("failed\r\n");
        }
        // （2.3.3）如灯状态标志mFlag为'A'，改变灯状态及标志
        else
        {
            mFlag = 'L';                    // 灯的状态标志
            gpio_set(LIGHT_RED, LIGHT_OFF); // 灯“暗”
            printf(" LIGHT_RED:OFF--\n");   // 串口输出灯的状态
        }
    } // for(;;)结尾
}

实验结果符合预期

三、 FLASH擦写

1. 简介

STM32系列微控制器内置了非易失性闪存（Flash memory），这是一种在断电后仍能保持数据不丢失的存储器类型。STM32的Flash主要用于存储程序代码、常量数据（如字库、配置表）、以及运行时需要持久化的数据。以下是STM32 Flash的一些关键特性和技术细节：

1. 基本概念

非易失性：断电后数据不会丢失，这一点与RAM（随机存取内存）不同，RAM在断电时会丢失所有数据。
程序存储器：用于存放应用程序的机器码，即用户编写的程序。
系统存储器：通常包含由制造商预置的引导加载程序（Bootloader），用于芯片的初始化和程序的加载。
选项字节存储器：用于存储配置信息，如读保护设置、选择启动模式等。

2. 容量与布局

STM32系列微控制器的Flash容量从几KB到几MB不等，具体取决于不同的型号，详细可参照数据手册。

这是STM32F103C8T6的详细参数：

3. 读写操作

读操作：程序执行时，CPU直接从Flash中读取指令和数据。
写操作：包括编程（Programming）和擦除（Erasing）。擦除是将指定区域的内容全部清零（通常是按页擦除），编程则是将数据写入到已擦除的单元中。STM32提供了专用的Flash接口和API，允许用户通过程序控制这些操作，用于数据记录或固件升级等功能。

4. 寿命与耐用性

Flash存储器有一定的擦写寿命，通常以擦写周期计数。STM32的Flash支持数万至数十万次的擦写循环，但具体数值依型号而异。过量的擦写可能导致Flash块损坏，因此在设计应用时需考虑磨损均衡策略。

5. 安全特性

读保护：可以设置选项字节来防止代码被非法读取。
写保护：同样通过设置选项字节，可以防止Flash的某些部分被意外修改。
唯一标识（UID） ：STM32 Flash中包含一个唯一的设备标识，可用于防伪和软件授权验证。

6. 编程与擦除机制

擦除：通常以页或扇区为单位进行，STM32的Flash擦除前需要解锁，并在操作完成后重新锁定以确保安全性。
编程：只能对已经擦除过的单元（值为1）写入0，因此编程前必须先擦除目标区域。

7. 应用实例

数据记录：利用Flash存储传感器数据、日志或其他需要长期保存的信息。
固件升级：通过OTA（空中下载技术）或串行通信接口更新应用程序，实现远程维护和功能升级。
配置参数：存储用户的设置或系统配置信息，以便在设备重启后恢复先前状态。

2. HAL库中的代码

解锁/锁定Flash

HAL_FLASH_Unlock() : 解锁Flash编程和擦除操作。
HAL_FLASH_Lock() : 锁定Flash编程和擦除操作，以增加系统的安全性。

擦除操作

HAL_FLASHEx_Erase(&Flash, &PageError) : 擦除指定的Flash页面或整个Flash。Flash结构体中指定了擦除的起始地址和大小，PageError用于返回发生错误的页面（如果有的话）。

编程操作

HAL_FLASH_Program(uint32_t TypeProgram, uint32_t Address, uint64_t Data) : 根据TypeProgram参数指定的数据类型（如半字、全字、双字等）向指定的Flash地址写入数据。例如，要写入16位数据，TypeProgram应设为FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD。

读取操作

虽然没有特定的HAL库函数直接命名为“读取Flash”，但你可以直接通过C语言的指针操作来读取Flash中的数据，因为程序代码和常量通常就存储在Flash中，是可直接访问的。

状态检查和错误处理

HAL_FLASH_GetError() : 获取最近一次Flash操作的错误代码。
HAL_FLASH_OperationErrorCallback: 当Flash操作失败时调用的回调函数，需要用户实现以处理错误。

选项字节操作

HAL_FLASH_OB_Unlock() : 解锁选项字节以供修改。
HAL_FLASH_OB_Lock() : 锁定选项字节，防止进一步修改。
HAL_FLASHEx_OBProgram() : 编程选项字节，用于设置读保护、写保护等。

等待直到Flash操作完成

HAL_FLASH_WaitForLastOperation(uint32_t Timeout) : 等待直至上一次Flash操作完成或超时。

3. 小实验

写入扇区，扇区号为学号后2位，数据文本中要有姓名。

/**
 * @brief 将数据写入Flash
 * 
 * 该函数用于将给定的数据写入Flash中指定的地址。首先，它会擦除指定页面，然后将数据以16位字的形式编程到Flash中。
 * 
 * @param addr 写入Flash的起始地址
 * @param data 数据指针，包含要写入Flash的数据
 * @param Size 要写入的数据数量，以16位字为单位
 */
void Flash_WriteData(uint32_t addr, uint16_t *data, uint16_t Size)
{
    // 解锁Flash操作，以允许编程和擦除操作
    HAL_FLASH_Unlock();

    // 初始化擦除结构体，指定擦除类型为页面擦除，擦除地址为给定地址，擦除一个页面
    FLASH_EraseInitTypeDef EraseInitStruct;
    EraseInitStruct.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_PAGES;
    EraseInitStruct.PageAddress = addr;
    EraseInitStruct.NbPages = 1;

    // 定义一个变量来存储擦除过程中可能出现的错误页面
    uint32_t PageError = 0;

    // 如果擦除操作成功，则进行数据编程
    if (HAL_FLASHEx_Erase(&EraseInitStruct, &PageError) == HAL_OK)
    {
        uint32_t TempBuf = 0;
        // 遍历所有要写入的数据，将每个16位字倒序写入Flash
        for (uint32_t i = 0; i < Size; i++)
        {
            TempBuf = ~(*(data + i));
            TempBuf <<= 16;
            TempBuf += *(data + i);
            HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_WORD, addr + i * 4, TempBuf);
        }
    }

    // 锁定Flash操作，防止意外修改
    HAL_FLASH_Lock();
}

/**
 * @brief 从Flash中读取数据
 * 
 * 该函数从Flash的指定地址读取数据，并将其存储到提供的数据数组中。函数会检查读取的数据是否完整无误。
 * 
 * @param addr 读取数据的起始地址
 * @param data 数据指针，用于存储读取到的数据
 * @param Size 要读取的数据数量，以16位字为单位
 * @return uint8_t 返回1表示读取成功，返回0表示读取过程中发现数据不一致
 */
uint8_t Flash_ReadData(uint32_t addr, uint16_t *data, uint16_t Size)
{
    uint32_t temp;
    uint8_t result = 1;
    // 遍历所有要读取的数据，检查每个16位字是否符合预期的倒序存储形式
    for (uint32_t i = 0; i < Size; i++)
    {
        temp = *(__IO uint32_t *)(addr + i * 4);
        if ((uint16_t)temp == (uint16_t)(~(temp >> 16)))
        {
            *(data + i) = (uint16_t)temp;
        }
        else
        {
            result = 0;
        }
    }
    return result;
}

int main(void)
{
    // 初始化等操作省略

    printf("\r\nstart\r\n");
    int page0Addr = 0x08000000;
    char *target = "32106100106 luokairui";
    char readbuf[50];

    // 将字符串写入Flash
    Flash_WriteData(page0Addr + 60 * 1024, (uint16_t *)target, strlen(target));

    // 从Flash中读取数据，并检查读取是否成功
    Flash_ReadData(page0Addr + 60 * 1024, (uint16_t *)readbuf, strlen(target));

    // 打印读取到的数据
    printf("\r\n%s\r\n", readbuf);

    // 程序进入无限循环
    while (1);
}

由于我的学号末尾是06，而06要存放elf

所以我改成写入60号扇区

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零、 创新点

一、 ADC模数转换

1. 简介

基本特性：

特殊功能：

配置与使用：

2. HAL库中的代码

初始化与配置函数:

启动与停止转换函数:

中断与回调函数:

读取转换结果:

特殊功能函数:

状态与错误处理:

3. 小实验

二、 CAN通信

1. 简介

CAN总线简介

STM32的CAN模块特性

初始化与配置

发送与接收数据

CAN总线电路

应用实例

2. HAL库中的代码

初始化与配置函数

发送函数

接收函数

状态查询与控制函数

中断与错误处理

其他辅助函数

3. 小实验

三、 FLASH擦写

1. 简介

1. 基本概念

2. 容量与布局

3. 读写操作

4. 寿命与耐用性

5. 安全特性

6. 编程与擦除机制

7. 应用实例

2. HAL库中的代码

解锁/锁定Flash

擦除操作

编程操作

读取操作

状态检查和错误处理

选项字节操作

等待直到Flash操作完成

3. 小实验

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