STM32（M4）入门： 概述、keil5安装与模板建立（价值 3w + 的嵌入式开发指南）

前言：本教程内容源自信盈达教培资料，价值3w，使用的是信盈达的405开发版，涵盖面很广，流程清晰，学完保证能从新手入门到小高手，软件方面可以无基础学习，硬件学习支持两种模式：一是可以自己买一个405的核心板直接连杜邦线到模块就可以学习了，本教程循环递进，一次不会使用到很多模块，可以不用担心杜邦线太乱，所以不用使用面包板。二：需要一点硬件基础，根据原理图画板，如果很多人不会后续会考虑单独出一篇嘉立创的画图教程。教程配套原理图与接线配置将在 GPIO 章节呈现。有什么疑问多评论交流。

一、嵌入式系统的概念

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪的专用计算机系统，严格满足功能、可靠性、成本、体积、功耗等要求。

• 概念理解：与通用计算机不同，嵌入式系统专注特定场景。如智能门锁控制系统，聚焦身份识别与开关控制，兼顾成本、体积与可靠性。
• 应用领域：工业控制、智能家居、汽车电子、医疗设备等。如工业自动化生产线监控、汽车发动机控制等

二、常见处理器

嵌入式领域处理器多样，按性能与应用场景可分为：

• 8 位处理器：8051（教学为主）、AVR/PIC/STM8（简单系统适用）。
• 16 位处理器：MSP430（超低功耗，智能手环等续航敏感设备）。
• 32 位处理器：ARM 占据 80% 以上市场（手机、工业机器人等）。
• 专用处理器：DSP（数字信号与音视频处理）、FPGA（灵活可编程，高速数据采集）。

三、ARM 及其处理器简介

1. ARM 简介

ARM（Advanced RISC Machine）是一家微处理器行业的知名企业，该企业设计了大量高性能、廉价、低功耗的 RISC（精简指令集计算机）处理器。ARM 公司只负责处理器的设计，并不生产芯片，而是将处理器的技术授权给世界上许多半导体公司，如 ST（意法半导体）、三星、高通等，并为这些公司提供技术服务。凡是采用 ARM 内核设计的芯片均可称为 ARM 处理器。

2. 典型 ARM 处理器系列

ARM7 系列

ARM7 系列是早期的 ARM 处理器，具有低功耗、低成本的特点，适用于对性能要求不高的嵌入式系统。例如，一些早期的电子词典、简单的工业控制器等可能会使用 ARM7 处理器。

ARM9 系列

ARM9 系列在性能上比 ARM7 有了显著提升，支持更多的功能和更高的时钟频率。它常用于工业控制、网络设备等领域，如一些小型的网络路由器可能会采用 ARM9 处理器。

ARM11 系列

ARM11 系列进一步提高了性能和功能，在智能手机、平板电脑等移动设备的早期发展阶段有较多应用。例如，一些早期的 Android 手机就使用了 ARM11 处理器。

Cortex - A 系列

Cortex - A 系列主要用于高性能应用，如智能手机、平板电脑、智能电视等。以 Cortex - A8 和 Cortex - A9 为例，它们具有较高的主频和强大的计算能力，可以运行复杂的操作系统和应用程序。

Cortex - R 系列

Cortex - R 系列侧重于实时应用，如汽车电子、工业控制等对实时性要求很高的领域。例如，在汽车的发动机控制系统中，需要实时处理各种传感器的数据，并及时做出响应，Cortex - R4 处理器可以满足这种实时性要求。

Cortex - M 系列

Cortex - M 系列针对低成本、低功耗的嵌入式应用，如智能家居设备、可穿戴设备等。其中，Cortex - M0、M3、M4、M7 各有特点。Cortex - M0 是低成本、低功耗的入门级产品；Cortex - M3 性能适中，应用广泛；Cortex - M4 集成了单周期 DSP 指令和 FPU（浮点单元），提升了计算能力；Cortex - M7 则是高性能版本，适用于对性能要求较高的嵌入式系统。

一、家族标识：区分 32 位与 8 位阵营

• STM32：代表 32 位 MCU/MPU（微控制器 / 微处理器），适用于高性能、多任务的嵌入式场景，如工业控制、智能家居中枢等。
• STM8：代表 8 位 MCU，常用于对成本、功耗敏感且功能需求相对简单的场景，如简单传感器节点、低端家电控制。

二、特定功能：定位芯片系列特性

该字段为 3 位数字（如 051、103 等），依据产品系列划分，不同数字对应不同特性：

• STM32 系列：
  • 051：入门级，适合学习与简单应用；
  • 103：基础型，经典且应用广泛；
  • 303：带 DSP 和模拟外设，适用于信号处理场景；
  • 407：高性能（集成 DSP 和 FPU），满足复杂计算需求；
  • 152：超低功耗，适合电池供电设备。
• STM8 系列：
  • 103：主流型，平衡性能与成本；
  • L31：低端汽车级，满足汽车电子特定需求。

三、闪存容量：直观了解存储能力

通过数字或字母标识（单位：Kbytes），快速定位芯片存储容量：

• 数字标识：如 0 → 1KB，1 → 2KB，2 → 4KB，依此类推，最大到 9 → 72KB；
• 字母标识：A → 96 或 128KB，B → 128KB，Z → 192KB，C → 256KB，D → 384KB，E → 512KB，F → 768KB，G → 1024KB，H → 1536KB，J → 2048KB（部分仅针对 STM8A）。

四、封装形式：匹配硬件设计需求

不同字母对应不同封装，影响芯片的物理形态与焊接方式：

• B：Plastic DIP（塑料双列直插，适合手工焊接与调试）；
• D：Ceramic DIP（陶瓷双列直插，耐高温）；
• G：Ceramic QFP（陶瓷方形扁平，高密度封装）；
• H：LFBGA/TFBGA（薄型 / 微型球栅阵列，节省 PCB 空间）；
• M：Plastic SO（塑料小外形，常见于小规模电路）；
• P：TSSOP（薄型缩小型，兼顾空间与引脚密度）；
• Q：Plastic QFP（塑料方形扁平，性价比高）。

五、固件版税：明确特殊功能授权

• U：Universal（不用于生产，如样品、开发工具）；
• V：MP3 解码器（集成 MP3 解码功能）；
• W：MP3 编码器（支持 MP3 编码操作）；
• J：IS2T JAVA（特定 Java 功能，适用于相关应用开发）。

六、选项代码：定制化配置标识

通过代码组合表示特殊配置，例如：

• xTR：No RTC（无实时时钟，仅 STM8L）；
• Dxx：BOR OFF（电源复位功能关闭，分标准或特殊配置）；
• Sxx：BOR OFF with Boot I2CS（特殊引导配置，用于特定启动场景）；
• bxx：BOR ON（电源复位功能开启，带标准配置）。

七、引脚数：适配电路设计规模

不同字母对应引脚数量，决定芯片的接口丰富度与应用场景：

• D：140 引脚（适合高集成度、多外设场景）；
• C：48 或 49 引脚（常见于中等规模应用）；
• U：63 引脚（特定系列的标准配置）；
• Y：20 引脚（仅 STM8，适合极简设计）；
• A：169 引脚（高端型号，支持大量外设与接口）。

八、温度范围：适应不同工作环境

• 6 和 A：-40℃ 到 +85℃（常规工业级温度范围）；
• 7 和 B：-40℃ 到 +105℃（适用于稍高温环境）；
• 3 和 C：-40℃ 到 +125℃（工业高温场景）；
• D：-40℃ 到 +150℃（极端高温环境，如特殊工业设备）。

四、STM32F4 介绍

1. 概述

ST（意法半导体）推出了以基于 ARM® Cortex™ - M4 为内核的 STM32F4 系列高性能微控制器。该系列采用了 90 纳米的 NVM 工艺和 ART（自适应实时存储器加速器，Adaptive Real - Time Memory Accelerator™），具有出色的性能和丰富的外设资源。

2. 性能优势

自适应实时加速器（ART）

自适应实时加速器能够完全释放 Cortex - M4 内核的性能。当 CPU 工作于所有允许的频率（≤168MHz）时，在闪存中运行的程序，可以达到相当于零等待周期的性能，大大提升了程序执行的效率，使得 STM32F4 系列可达到最大 168MHz。例如，在一个需要快速处理大量数据的应用中，ART 加速器可以让程序更快速地从闪存中读取指令和数据，提高系统的响应速度。

计算能力提升

STM32F4 系列微控制器集成了单周期 DSP 指令和 FPU（浮点单元），提升了计算能力，可以进行一些复杂的计算和控制。在电机控制应用中，需要进行大量的数学运算来精确控制电机的转速和扭矩，STM32F4 的 DSP 指令和 FPU 可以大大提高计算效率，实现更精确的控制。

3. 产品特性

兼容性

STM32F4 系列兼容于 STM32F2 系列产品，便于 ST 的用户扩展或升级产品，而保持硬件的兼容能力。这意味着用户在开发新产品时，如果之前使用过 STM32F2 系列，只需要对软件进行适当的修改，就可以轻松迁移到 STM32F4 系列，降低了开发成本和时间。

先进技术和工艺

• 存储器加速器：自适应实时加速器（ART Accelerator™ ），让程序在闪存中的运行速度更快。
• 多重 AHB 总线矩阵和多通道 DMA：支持程序执行和数据传输并行处理，数据传输速率非常快。例如，在进行大数据量的存储或传输时，DMA 可以直接在内存和外设之间进行数据传输，而不需要 CPU 的干预，大大提高了数据传输的效率。
• 90nm 工艺：使得芯片的功耗更低，集成度更高。

高性能

• 210DMIPS@168MHz：在 168MHz 的主频下能达到 210DMIPS 的处理能力，性能强劲。
• 程序运行效率：由于采用了 ST 的 ART 加速器，程序从 FLASH 运行相当于 0 等待。
• 更多的存储器：多达 1MB FLASH（将来 ST 计划推出 2MB FLASH 的 STM32F4），192Kb SRAM（128KB 在总线矩阵上，64KB 在专为 CPU 使用的数据总线上），可以满足更复杂的程序和数据存储需求。
• 高级外设与 STM32F2 兼容：如 USB OTG 高速 480Mbit/s、IEEE1588、以太网 MAC 10/100、PWM 高速定时器（168MHz 最大频率）、加密 / 哈希硬件处理器（32 位随机数发生器（RNG））、带有日历功能的 32 位 RTC（<1 μA 的实时时钟，1 秒精度）。

更多的提升

• 低电压：1.8V 到 3.6V VDD，在某些封装上，可降低至 1.7V，适应不同的电源环境。
• 全双工 I2S：可用于音频数据的传输。例如，在一个音频播放系统中，I2S 接口可以方便地与音频编解码器进行连接，实现高质量的音频传输。
• 12 位 ADC：0.41us 转换 / 2.4Msps（7.2Msps 在交替模式），能快速、准确地采集模拟信号。在一个温度采集系统中，ADC 可以将温度传感器输出的模拟信号转换为数字信号，供处理器进行处理。
• 高速 USART：可达 10.5Mbits/s，方便与其他设备进行高速数据通信。
• 高速 SPI：可达 37.5Mbits/s，常用于与外部设备如 SPI 接口的传感器、存储器等进行高速数据传输。
• Camera 接口：可达 54M 字节 /s，可用于连接摄像头进行图像采集。

五、软件的安装

1. 获取安装包

软件的安装包可以去官网下载最新的软件安装包，也可以使用已有的安装包（链接: https://pan.baidu.com/s/1pDtqZbdj_TkMgAyve-FwcQ 提取码: xydc），就是版本没那么新，但是旧版的会适合学习一点，学习资料比较多而且又不容易出现新版的设置问题。例如，要安装 Keil MDK 软件，可以到 Keil 官方网站（Keil 下载）上下载适合自己操作系统的版本。

2. 软件安装

这里我们双击 MDK517 之后，安装程序，按引导操作一步一步做，来到安装路径选择界面。

路径建议选非系统盘（仅改盘符），更改盘符即可，不要随便更改路径，不然容易出现很多不必要的麻烦，因为跟着教程没有师傅可以随时指导，这样后续学习起来就会卡在软件下载部分了，软件下载不是难事，没必要过多纠结。

电子邮箱之类的信息随便填写即可，因为我们不需要去注册也可以使用。

出现相应界面之后只需要玩手机等待安装完成就可以了。

3. 安装芯片驱动

芯片驱动的安装路径会自动选择到软件安装的路径的，所以我们什么都不用管，只需要双击下面图片的 2 个安装包后一直点下一步就好了。例如，安装 STM32F4 系列芯片的驱动，安装过程会比较简单，按照提示操作就可以了。

4. 软件解码

以管理员身份运行 Keil5 软件。一定要以管理员。鼠标右键。

然后在启动的软件中点击左上角的File点击license Management。

进入到license Management界面后，如果没有解码是看不到 ID code 的。所以需要解码。

解码首先需要打开软件安装包中的 Keygen 软件（这里记得先关声音，会很吵，当然你好奇，喜欢听歌也可以听听）。

接下来的操作有点复杂，需要仔细一点操作，操作①首先 要把CID复制到软件中，②选择 Target 为 ARM，③点击 Generate 生成 code，④将生成的 code 复制到keil 5的ID Code位置⑤点击 Add LIC添加就完成了。

5. 下载器驱动

在这里下载运行代码我们使用的是下载器，因为下载器下载代码的速度相对较快而且方便，可以去买一个ST-Link，比较便宜一点。在安装包中找到安装路径下的指定位置，根据电脑选择驱动

现在一般都是 64 位的，不知道的话可以跟着操作做，知道的直接往后看就可以了，

1.打开系统设置。

2.选择系统

3.下拉找到系统信息

4.在设备规格中查看

选择好操作系统后双击安装就可以了。比如我们使用 ST-Link下载器，就需要安装对应的ST-Link 驱动。

6. 安装 CH340 驱动

首先找到图片路径下的文件，双击然后点击安装就可以了，显示预安装成功就代表没问题了。CH340 驱动CH340 是 USB 转串口芯片，实现接口转换，让设备经 USB 完成串口通信。在后面的语言模块和wifi模块中会使用到，现在先不安装也可以。

六、工程模板的建立

1. 文件准备

新的文件建议放在桌面，里面存放全部的工程文件，工程文件不用hal库，本次教程是库函数，不会有很大的内存，可以放心放到桌面，方便后续的查找

系统函数库和启动文件已经放在了keil5安装包的压缩中了，直接拿来用就可以了，这里不用教学，因为都是自带的文件，这里新手不要自己去下载，弄不好会比较麻烦，用户自定义文件我们先创建，之后我们自定义的文件都是放在里面。

这些3种文件都是会被分为头文件.h和源文件.c的，一般情况下我们会对这些文件进行分开存在，方便我们查看，但是移植很不方便，还有一种直接把.c和. h放在一起，这样移植会很方便，但是加头文件就比较麻烦，各有所长，这里我们使用定义 inc 和 src 文件夹。

例如，系统函数库文件可能会放在 src 文件夹下的一个子文件夹中，而对应的头文件则放在 inc 文件夹下的相应子文件夹中。

2. 创建工程

都准备好了之后，我们就开始正式创建一个工程。也是我们迈向嵌入式软件工程师的第一步，梦开始的地方。

打开Keil ，选择左上角的Project，点击 New Project 创建一个工程。

保存选择存放路径和工程名称，这里每个人都有每个人的习惯，我们学习的话跟着步骤操作即可。后面创建工程基本就都是复制粘贴了，工程文件复制就可以了，都很少自己创建工程了，除非是教学需要.......

接下来是选择芯片的型号，我们这次教程用到的是 STM32F405RGT6的芯片型号，选他。这里要下好芯片驱动才会有，你发现你没有肯定是你芯片驱动没下好，往上滑重新看看。

这里是询问你是否选择系统提供的启动文件，不必理会，直接关掉就可以了。

3. 配置工程

设置工程中文件的路径

打开三个小方块

在 Keil 中，需要设置工程中各个文件的路径，让编译器能够找到相应的文件。例如，要将系统函数库文件和启动文件的路径添加到工程中。

添加对应的文件

将准备好的源文件添加到工程中，而头文件是使用加载的方式，不需要手动添加。比如将 main.c 文件添加到工程中，编译器会根据头文件的包含语句自动找到相应的头文件。

设置输出位置,点击魔法棒

指定编译后生成的文件（如 hex 文件）的存放位置，方便后续下载和使用。

定义固件库的宏和添加头文件加载路径

定义固件库的宏（USE_STDPERIPH_DRIVER,STM32F40_41xxx）和添加头文件加载路径，让编译器能够正确识别和使用固件库。

修改下载方式

这个根据自己的情况而定，我们使用的是 STLink。

设置好了之后选择下载之后复位和运行，这样就不用下载完代码再按复位了。要是不选的话你会发现你的程序一直没法跑起来，大多数都是因为没设置，所以每次都要手动复位。

全部设置完成点击 OK。

4. Main 函数

创建一个文件后点击保存改名成 main.c

然后在里面添加如下代码：

#include "stm32f4xx.h"int main() {while (1) {}
}

在文件里面右键可以出现添加头文件的提示。

点击编译如果是 0 Error 0 Warning 就代表着工程没有问题。

下载器连接方式

根据下载器的线选择链接

• VCC —— 3.3V
• SWD —— DIO
• CLK —— CLK
• GND —— GND

通过以上步骤，你已经对 STM32（M4）有了一个初步的了解，并完成了开发环境的搭建和工程模板的建立。接下来，你可以基于这个基础，进一步学习和开发更复杂的应用程序。希望这篇文章能帮助你顺利入门 STM32（M4）开发！