如何学习神舟三号开发板?神舟三号开发板入门教程

神舟三号开发板是一款基于强大ARM Cortex-M3内核(STM32F103VET6微控制器)的嵌入式学习与开发平台,它集成了丰富的外设资源,是学习STM32、进行项目原型开发的理想选择,本教程将引导您从零开始,逐步掌握在神舟三号开发板上进行程序开发的核心流程和关键技巧。

如何学习神舟三号开发板?神舟三号开发板入门教程

开发环境搭建:坚实的起点

在动手编写代码前,一个稳定高效的开发环境是基石,对于神舟三号开发板(STM32F103系列),主流选择有:

  1. Keil MDK-ARM (uVision): 行业标准IDE之一,功能强大,调试方便,对STM32支持完善,需安装对应的STM32 Device Family Pack (DFP)。
  2. STM32CubeIDE: ST官方推出的免费集成开发环境,基于Eclipse,集成了STM32CubeMX配置工具,图形化配置外设非常便捷,代码生成效率高。强烈推荐初学者使用此环境。
  3. IAR Embedded Workbench: 另一款商业级专业IDE,性能优异,优化效果好。
  4. 搭配工具链 (GCC Arm): 如 PlatformIO (VSCode插件) 或 System Workbench for STM32 (SW4STM32),提供更灵活的开源开发体验。

基础步骤:

  • 下载并安装 您选择的IDE(如STM32CubeIDE)。
  • 连接开发板: 使用USB线(通常连接板载的USB转串口接口)将神舟三号开发板连接到电脑,确保安装了正确的USB驱动程序(通常IDE安装包会包含或自动安装)。
  • 安装/更新固件包: 在IDE中(如STM32CubeIDE),确保安装了针对STM32F1 Series的HAL库、LL库或标准外设库(SPL)支持包,HAL库(硬件抽象层)是目前ST主推的库,跨系列兼容性好,开发效率高。

第一个程序:点亮LED (GPIO输出控制)

控制LED闪烁是嵌入式世界的“Hello World”,神舟三号开发板通常板载多个用户LED(如连接在PC13、PC14、PC15等引脚)。

使用STM32CubeIDE的步骤:

  1. 创建新工程: 启动STM32CubeIDE -> File -> New -> STM32 Project

  2. 选择MCU: 在搜索框中输入STM32F103VETx,选中它并点击Next

  3. 配置工程: 输入工程名(如HSZ3_LED_Blink),选择工程路径,点击Finish,此时STM32CubeMX配置界面会自动打开。

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  4. 图形化配置:

    • 系统时钟 (SYS):System Core -> SYS中,将Debug设置为Serial Wire(使用板载ST-LINK调试器)。
    • 时钟配置 (RCC):System Core -> RCC中,将High Speed Clock (HSE)设置为Crystal/Ceramic Resonator(使用外部8MHz晶振)。
    • GPIO配置: 在左侧引脚图中找到连接LED的引脚(例如PC13),点击该引脚,选择GPIO_Output,在右侧的GPIO配置标签页中,可以设置:
      • GPIO output level: 初始电平(低电平点亮LED则设为High,高电平点亮则设为Low)。
      • GPIO modeOutput Push Pull (推挽输出)。
      • GPIO Pull-up/Pull-down: 通常选择No pull-up and no pull-down
      • Maximum output speedLow (LED控制无需高速)。
    • 时钟树配置: 点击顶部Clock Configuration标签页,通常HSE输入为8MHz,通过PLL倍频到72MHz(STM32F103的最高主频),STM32CubeMX会自动计算并设置PLL参数,确保HCLK (MHz)显示为72。
  5. 生成代码: 点击顶部工具栏的Project -> Generate Code或齿轮图标,IDE会根据配置生成初始化代码。

  6. 编写用户代码: 回到代码编辑界面,在Core/Src/main.c文件中,找到main()函数内部的while (1)主循环。

  7. 添加闪烁逻辑:while (1)循环内添加以下代码(假设LED在PC13,低电平点亮):

    / USER CODE BEGIN WHILE /
    while (1)
    {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET); // 点亮LED (低电平)
        HAL_Delay(500); // 延时500毫秒
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);   // 熄灭LED (高电平)
        HAL_Delay(500); // 延时500毫秒
        / USER CODE END WHILE /
        / USER CODE BEGIN 3 /
    }
    / USER CODE END 3 /
    • HAL_GPIO_WritePin(Port, Pin, PinState): 设置指定GPIO引脚的电平。
    • HAL_Delay(ms): 提供毫秒级延时(基于SysTick定时器)。
  8. 编译与下载: 点击工具栏的Build(锤子图标)编译工程,成功编译后,点击Debug(虫子图标)或Run(绿色三角图标),程序会自动下载到开发板并开始运行(或进入调试模式),观察板载LED是否开始闪烁。

深入中断系统:响应外部事件 (以按键为例)

轮询(如不断检查按键状态)效率低下,中断能即时响应外部事件(如按键按下),神舟三号开发板通常板载用户按键(如连接在PA0,对应外部中断线0)。

配置步骤 (STM32CubeMX):

  1. 在现有工程或新工程中: 打开STM32CubeMX配置。
  2. 配置按键引脚 (如PA0):
    • 点击PA0引脚,选择GPIO_EXTI0(表示连接到外部中断线0)。
    • 在右侧GPIO配置标签页中:
      • GPIO modeExternal Interrupt Mode with Rising/Falling edge trigger detection (上升沿/下降沿触发)。
      • GPIO Pull-up/Pull-down: 根据按键电路设计选择,若按键按下拉低PA0,则选择Pull-up(上拉),这样默认是高电平,按下变低电平。
      • NVIC Settings: 在System Core -> NVIC中,找到对应的外部中断线(如EXTI line0 interrupt),勾选Enabled开启中断,并设置合适的优先级(Preemption Priority抢占优先级,Sub Priority子优先级)。
  3. 生成代码。
  4. 编写中断回调函数: STM32 HAL库使用回调函数机制处理中断,在Core/Src/stm32f1xx_it.c中,找到EXTI0_IRQHandler函数,它会调用HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_0),我们需要在用户文件中实现弱定义的回调函数。
    • Core/Src/main.c文件顶部(/ USER CODE BEGIN Includes /之后)添加:
      / USER CODE BEGIN PFP /
      void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin);
      / USER CODE END PFP /
    • main.c文件底部(/ USER CODE END 4 /之后)实现该函数:
      / USER CODE BEGIN 4 /
      void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) {
        if (GPIO_Pin == KEY_Pin) { // KEY_Pin 需要根据你的按键定义,#define KEY_Pin GPIO_PIN_0
          // 按键按下(下降沿)或释放(上升沿)触发中断
          // 通常需要简单的消抖处理
          HAL_Delay(50); // 延时消抖
          if (HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIO_Port, KEY_Pin) == GPIO_PIN_RESET) { // 假设按下为低电平
            // 执行按键按下的操作,例如翻转LED状态
            HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin); // 翻转LED引脚状态
          }
        }
      }
      / USER CODE END 4 /
      • HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin): 所有GPIO外部中断最终都会调用这个回调函数,通过GPIO_Pin参数判断是哪个引脚触发。
      • HAL_GPIO_TogglePin(Port, Pin): 翻转指定GPIO引脚的电平状态。
      • HAL_GPIO_ReadPin(Port, Pin): 读取指定GPIO引脚的电平状态。
  5. 编译、下载、测试: 按下按键,观察LED状态是否翻转。

串口通信:与外界对话 (UART)

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串口(UART)是嵌入式开发中最基础、最重要的调试和通信接口,神舟三号开发板通常通过板载USB转串口芯片(如CH340)提供至少一个用户可用串口(如USART1)。

配置步骤 (STM32CubeMX):

  1. 在工程配置中: 打开STM32CubeMX。
  2. 配置串口引脚 (如USART1):
    • 找到USART1,将其模式Mode设置为Asynchronous(异步通信)。
    • 自动配置引脚:通常TX(PA9), RX(PA10)。
    • 参数配置:Configuration -> Connectivity -> USART1中:
      • Baud Rate: 设置波特率(常用9600, 115200等)。
      • Word Length8 Bits
      • ParityNone
      • Stop Bits1
      • Over Sampling16 Samples
    • 中断/DMA (可选但推荐):
      • 中断方式:NVIC Settings中,使能USART1 global interrupt,适合低速或不定长数据接收。
      • DMA方式:DMA Settings标签页,添加RXTX的DMA通道(选择优先级PriorityMediumHigh,模式ModeNormalCircular),适合高速、大数据量传输,减轻CPU负担。推荐掌握DMA方式提升效率。
  3. 生成代码。
  4. 编写串口收发代码 (以中断接收为例):
    • 初始化后启动接收:main()函数初始化部分(/ USER CODE BEGIN 2 /)之后,添加:
      / USER CODE BEGIN 2 /
      // 启动串口接收中断 (接收1个字节到缓冲区)
      uint8_t rxBuffer[1];
      HAL_UART_Receive_IT(&huart1, rxBuffer, 1); // huart1是CubeMX生成的串口句柄
      / USER CODE END 2 /
    • 实现接收完成回调函数:main.c底部实现:
      / USER CODE BEGIN 4 /
      void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef huart) {
        if (huart->Instance == USART1) { // 判断是哪个串口
          // 处理接收到的1字节数据 rxBuffer[0]
          // 将接收到的字节原样发送回去 (回显)
          HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, rxBuffer, 1);
          // 重新启动接收中断,准备接收下一个字节
          HAL_UART_Receive_IT(&huart1, rxBuffer, 1);
        }
      }
      / USER CODE END 4 /
    • 发送数据: 在需要发送数据的地方调用:
      char message[] = "Hello, Shenzhou III!rn";
      HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t)message, strlen(message), HAL_MAX_DELAY); // 阻塞式发送
      // 或使用中断发送 HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, (uint8_t)message, strlen(message));
      // 或使用DMA发送 HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, (uint8_t)message, strlen(message));
  5. 连接串口终端: 使用串口调试助手(如Putty, Tera Term, MobaXterm等),选择开发板对应的串口号(在设备管理器中查看),设置与代码中相同的波特率(如115200),数据位8,停止位1,无校验,上电后,在终端输入字符,应能看到回显,发送Hello, Shenzhou III!也应能在终端显示。

进阶应用与资源

掌握了GPIO、中断、UART这些核心外设后,您可以探索神舟三号开发板更强大的功能:

  • 定时器 (TIM): 用于精准定时、PWM输出(控制LED亮度、舵机、电机)、输入捕获(测量脉冲宽度、频率)、输出比较等,结合HAL库的PWM接口,可以轻松控制板载LED实现呼吸灯效果。
  • 模数转换器 (ADC): 读取模拟传感器数据(如电位器、光敏电阻、温度传感器),神舟三号开发板通常引出多个ADC通道。
  • 直接存储器访问 (DMA): 在串口、ADC、SPI、I2C等外设与内存之间进行高速数据传输,无需CPU干预,极大提高系统效率,强烈建议在数据量大的场景中使用。
  • SPI/I2C总线: 连接各种外设模块,如OLED/LCD屏幕、EEPROM存储器、加速度计/陀螺仪传感器、无线模块(NRF24L01, ESP8266/32)等,理解总线协议和HAL库的驱动函数是关键。
  • 实时操作系统 (RTOS): 如FreeRTOS、uC/OS-II/III,当应用逻辑变得复杂,需要多任务调度、同步通信、资源管理时,引入RTOS是必要的,神舟三号开发板资源足够运行小型RTOS。
  • 文件系统: 通过SPI接口连接SD卡模块,使用FATFS等库实现文件读写。
  • 网络连接: 通过串口或SPI连接以太网模块(如W5500)或WiFi模块(如ESP8266),实现网络通信。

官方与社区资源:

  • ST官网: 获取STM32F103VET6数据手册(DS)、参考手册(RM)、编程手册(PM)、应用笔记(AN)、HAL/LL库文档、STM32CubeF1固件包,这是最权威的技术资料。
  • 开发板原理图: 务必找到您使用的神舟三号开发板的原理图PDF文件,这是理解硬件连接、排查问题的根本依据。
  • STM32CubeMX软件: 图形化配置工具,大幅提升初始化效率。
  • 开源社区: GitHub、Gitee上有大量基于STM32F1和神舟三号开发板的开源项目、驱动库、示例代码可供学习参考。
  • 技术论坛: 如电子工程世界(EEWorld)、21ic、CSDN、Stack Overflow等,遇到问题可以搜索或提问。

调试技巧:解决问题的利器

  • 串口打印: 最基本也是最常用的调试手段,使用printf重定向到串口输出变量值、状态信息。
  • LED指示: 用不同的LED闪烁模式表示程序运行的不同状态或错误码。
  • 断点调试 (Debugger): 利用板载ST-LINK或J-Link等调试器,在IDE中设置断点,单步执行,查看寄存器、内存、变量值,这是定位逻辑错误最有效的方法。
  • 逻辑分析仪: 用于抓取和分析GPIO、UART、SPI、I2C等数字信号波形,验证时序是否正确,对于通信协议调试非常有用。
  • 万用表/示波器: 检查电源电压、信号电平、模拟量等硬件基础。

互动问答:

掌握了神舟三号开发板的这些核心开发技能,您已经具备了进行丰富项目实践的基础,在实际开发中,您遇到了哪些印象深刻的挑战?是某个外设的驱动调试,还是RTOS任务间的通信问题?或者您有关于ADC多通道采样、PWM高级应用、低功耗模式等方面的具体疑问?欢迎在评论区留言分享您的经验或提出您遇到的难题,让我们一起交流探讨,共同进步!您最想用神舟三号开发板实现什么样的创意项目呢?

原创文章,作者:世雄 - 原生数据库架构专家,如若转载,请注明出处:https://idctop.com/article/11498.html

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