第一章：GD32F103C8T6 微控制器概述

GD32F103C8T6 是一款由兆易创新（GigaDevice）公司生产的基于 ARM Cortex-M3 内核的 32 位通用微控制器。该系列芯片以其卓越的性价比、丰富的外设资源和高效的处理能力，在嵌入式系统设计领域获得了广泛应用，特别是在工业控制、消费电子、物联网设备和汽车电子等多个领域。GD32F103C8T6 芯片继承了 GD32 系列一贯的高性能与低功耗特性，其核心主频最高可达 108MHz，相比同类产品提供了更快的处理速度。此外，它还集成了丰富的片上资源，包括高速闪存、SRAM、多种通信接口和定时器，为开发者提供了强大的硬件基础，使其能够轻松应对复杂的应用场景。本手册旨在详细阐述 GD32F103C8T6 的核心架构、内存组织、时钟系统、电源管理以及其所有主要外设模块的工作原理和使用方法，帮助您充分利用这款芯片的潜力。

第二章：核心架构与性能

GD32F103C8T6 采用的是 ARM Cortex-M3 内核，这是 ARM 公司专门为微控制器应用设计的低功耗、高性能的处理器内核。Cortex-M3 内核的特点是高度集成、指令集精简且高效，支持 Thumb-2 指令集，该指令集在代码密度和执行效率之间取得了极佳的平衡。相较于传统的 ARM7 或 ARM9 内核，Cortex-M3 采用了三级流水线技术，可以同时执行多条指令，从而在同等频率下提供更高的性能。Cortex-M3 内核还内置了 NVIC（嵌套向量中断控制器），极大地简化了中断管理，支持多达 240 个中断源，并且提供了 16 级的可编程中断优先级，确保了高实时性应用的响应需求。此外，该内核还包含一个强大的调试组件，支持 JTAG 和 SWD 两种调试接口，方便开发者进行程序调试和故障排除。GD32F103C8T6 的主频最高可达 108MHz，这使得它能够轻松执行复杂的算法和数据处理任务，例如数字信号处理、实时控制算法以及图形显示等。

第三章：存储器组织与管理

GD32F103C8T6 的存储器系统由三大部分组成：片上闪存（Flash）、静态随机存取存储器（SRAM）和片上外设寄存器。片上闪存作为程序的存储空间，其容量为 64KB，通过 Flash Memory Controller（FMC）进行管理。闪存的访问速度相对较慢，但其非易失性使其成为存储程序代码和常量数据的理想选择。为了提高程序执行效率，芯片在闪存和核心之间设计了预取缓冲器和指令高速缓存，可以有效减少等待周期。SRAM 则是用于存储程序运行时的数据，例如局部变量、堆栈和堆等。GD32F103C8T6 集成了 20KB 的 SRAM，足以满足大多数中小型嵌入式应用的数据存储需求。SRAM 的访问速度远高于闪存，因此在处理大量运行时数据时能提供出色的性能。外设寄存器则被映射到统一的地址空间，通过读写这些寄存器可以控制和配置芯片的所有外设模块。这种统一的存储器映射方式简化了编程模型，使得开发者可以使用指针直接访问和操作外设，而无需使用特殊的指令。

第四章：时钟系统

时钟是微控制器的心脏，它为处理器和所有外设提供同步工作的基础。GD32F103C8T6 的时钟系统非常灵活且强大，提供了多种时钟源和分频器，以满足不同应用场景对功耗和性能的需求。主要时钟源包括：高速外部时钟（HSE）：通常由外部晶体振荡器提供，频率范围为 4MHz 到 16MHz。这是最常用的主时钟源，提供高精度的时钟信号。高速内部时钟（HSI）：一个内部 RC 振荡器，频率约为 8MHz，精度较低，但无需外部元件，适合对时钟精度要求不高的应用。低速外部时钟（LSE）：通常由 32.768kHz 的外部晶体振荡器提供，主要用于实时时钟（RTC）功能，提供高精度的计时。低速内部时钟（LSI）：一个内部 RC 振荡器，频率约为 40kHz，用于独立看门狗（IWDG）和 RTC 的低功耗模式。

这些时钟源可以通过 锁相环（PLL） 进行倍频，产生更高的系统时钟频率。GD32F103C8T6 的系统时钟（SYSCLK）最高可达 108MHz，这极大地提升了芯片的运算能力。通过 RCC 模块，开发者可以灵活地选择时钟源，并配置 AHB、APB1 和 APB2 等总线的时钟分频器，从而为不同速度需求的外设提供合适的时钟频率，实现功耗和性能的优化。

第五章：电源管理与复位

GD32F103C8T6 的电源管理单元旨在提供多种功耗模式，以适应不同应用对能耗的严格要求。芯片支持以下几种电源模式：运行模式（Run Mode）：这是正常工作模式，所有时钟和外设都处于活动状态。在运行模式下，内核全速运行，功耗最高。睡眠模式（Sleep Mode）：CPU 停止工作，但所有外设和时钟仍然保持运行。进入睡眠模式可以通过 WFI（等待中断）或 WFE（等待事件）指令实现，当有中断或事件发生时，芯片会立即唤醒。深度睡眠模式（Deep-sleep Mode）：所有时钟和大部分外设停止工作，只有少部分功能（如 SRAM 内容）保持。该模式通过软件进入，通常由唤醒引脚或 RTC 唤醒。待机模式（Standby Mode）：这是最低功耗模式，除了部分寄存器和备份 SRAM 外，所有外设、时钟和 SRAM 都被关闭。唤醒待机模式需要外部引脚电平变化、复位或 RTC 报警等事件。

此外，芯片内置了多种复位源，包括上电复位（POR）、外部引脚复位（NRST）、软件复位、看门狗复位以及低功耗管理复位等。复位源的选择和配置对于确保系统的稳定性和可靠性至关重要。

第六章：通用输入/输出（GPIO）

GD32F103C8T6 共有 37 个通用输入/输出引脚，这些引脚被分组为 GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD 和 GPIOF，每个端口最多包含 16 个引脚。每个 GPIO 引脚都具有高度的灵活性和可配置性，可以作为输入、输出、模拟功能或多种备用功能使用。对于输入模式，引脚可以配置为浮空输入、带上拉电阻输入或带下拉电阻输入，以确保在无外部信号输入时引脚状态的确定性。对于输出模式，引脚可以配置为推挽输出或开漏输出，并且支持最高 50MHz 的输出速度。开漏输出模式常用于需要电平转换或多主设备总线（如 I2C）的应用中。此外，许多引脚还具备备用功能，例如作为定时器的输入/输出、ADC 的模拟输入、或串行通信接口（如 USART、SPI、I2C）的引脚。通过 GPIO 模块，开发者可以灵活地配置每个引脚的模式、速度、上下拉电阻和备用功能，从而满足不同外设和应用的需求。

第七章：复位和时钟控制（RCC）

RCC 模块是 GD32F103C8T6 的核心控制单元之一，负责管理芯片的复位源和时钟分发。它控制着所有片上外设的时钟使能与失能，并提供时钟配置寄存器来选择主系统时钟源、PLL 倍频因子以及 AHB、APB1 和 APB2 等总线的时钟分频系数。通过 RCC 模块，开发者可以精细地调整各个外设的工作频率，以平衡功耗和性能。例如，如果某个外设需要低功耗工作，可以通过 RCC 模块降低其时钟频率甚至关闭其时钟。此外，RCC 还提供了多个复位状态标志，用于指示上次复位的原因，这对于系统故障排查和调试非常有用。RCC 模块的正确配置是任何 GD32F103C8T6 应用开发的第一步，它直接影响到整个系统的稳定性和性能。

第八章：中断与事件管理

GD32F103C8T6 采用 NVIC（嵌套向量中断控制器） 来管理所有的中断请求。NVIC 是 Cortex-M3 内核的一个重要组成部分，它支持多种中断源，并允许开发者为每个中断源设置优先级。NVIC 的主要特点是：嵌套中断：当一个中断正在处理时，如果发生了优先级更高的中断，当前中断会被挂起，转而执行高优先级中断。当高优先级中断处理完毕后，系统会自动返回到被挂起的中断继续执行。可编程优先级：每个中断源都可配置 16 个不同的优先级级别，开发者可以根据应用需求灵活设置。向量表：所有的中断服务程序（ISR）地址都存储在一个称为向量表的特殊内存区域中。当发生中断时，NVIC 会自动查找并跳转到对应的 ISR 地址执行。

除了中断，芯片还支持 EXTI（外部中断/事件控制器） 模块，该模块可以配置 GPIO 引脚作为外部中断源。EXTI 能够将任意 GPIO 引脚的电平变化（上升沿、下降沿或双边沿）配置为中断或事件，从而在特定外部事件发生时唤醒 CPU 或触发其他操作，例如启动 ADC 转换或定时器捕获。

第九章：定时器（Timer）

GD32F103C8T6 集成了丰富的定时器资源，包括高级控制定时器、通用定时器和基本定时器，以满足不同的计时和控制需求。

高级控制定时器（TIMER0）：这是一个功能强大的 16 位定时器，主要用于电机控制和 PWM 信号生成。它具备多达 6 个独立的 PWM 输出通道，每个通道都带有死区生成和互补输出功能，非常适合三相电机驱动。此外，它还支持刹车功能，可以在紧急情况下快速关闭 PWM 输出，保护电机和功率器件。

通用定时器（TIMER1、TIMER2、TIMER3）：这些是 16 位通用定时器，每个都包含输入捕获、输出比较和 PWM 信号生成等功能。它们可以作为独立的计数器、输入捕获单元或 PWM 发生器使用。例如，通过输入捕获模式可以精确测量外部信号的脉冲宽度或频率；通过 PWM 模式可以控制 LED 亮度、电机速度等。这些通用定时器用途广泛，是嵌入式系统中最常用的定时器类型。

基本定时器（TIMER5、TIMER6）：这些是简单的 16 位定时器，主要用于产生时基中断，或者作为 DAC 的触发源。它们不具备输入捕获或 PWM 功能，但结构简单，功耗低，适合用于需要周期性任务调度或简单计时的场合。

所有的定时器都支持多种计数模式，例如向上计数、向下计数和中央对齐计数，并且可以与 DMA 控制器配合，在不占用 CPU 资源的情况下进行数据传输。

第十章：模数转换器（ADC）

GD32F103C8T6 内置了一个功能强大的 12 位模数转换器（ADC），可将外部的模拟电压信号转换为数字值。这个 ADC 具有以下关键特性：18 个通道：包括 16 个外部通道和 2 个内部通道（内部温度传感器和 VREFINT）。转换模式：支持单次转换、连续转换、扫描模式和间断模式。在扫描模式下，ADC 可以自动按顺序转换多个通道，并将结果存储到指定的寄存器或内存中。触发源：ADC 的转换可以由软件或外部事件（如定时器或外部引脚）触发，提供了灵活的控制方式。DMA 支持：ADC 可以与 DMA 控制器无缝集成，在转换完成后自动将结果传输到内存中，而无需 CPU 的干预，大大提高了数据采集的效率。数据对齐：支持左对齐和右对齐两种数据格式，方便用户处理转换结果。

ADC 的使用通常包括以下几个步骤：首先，通过 RCC 模块使能 ADC 时钟；其次，配置 ADC 的通道、采样时间、转换模式和触发源；最后，启动转换并读取转换结果。对于多个通道的转换，通常会使用扫描模式和 DMA，以实现高效、实时的多通道数据采集。

第十一章：串行通信接口

GD32F103C8T6 集成了多种串行通信接口，用于与其他设备进行数据交换。

通用同步/异步收发器（USART0、USART1）：GD32F103C8T6 提供了两个功能全面的 USART 模块。它支持异步通信（UART）和同步通信（USART），可以配置多种数据格式、波特率和流控制模式。USART 广泛用于与 PC、其他微控制器、蓝牙模块和 GPS 模块等进行通信。每个 USART 都包含独立的发送和接收 FIFO，并支持 DMA，从而减轻了 CPU 的负担。

串行外设接口（SPI0、SPI1）：GD32F103C8T6 集成了两个 SPI 模块。SPI 是一种高速全双工的同步通信协议，通常用于与存储器（如 EEPROM）、传感器和 LCD 显示屏等外设进行通信。SPI 模块可以配置为主设备或从设备，并支持多种时钟极性和相位组合（CPOL/CPHA），以适应不同的 SPI 外设。

集成电路总线（I2C0、I2C1）：芯片提供了两个 I2C 模块。I2C 是一种双线制、多主/多从的串行通信协议，常用于与 EEPROM、实时时钟芯片、各种传感器等低速外设进行通信。I2C 模块支持标准模式（100kHz）、快速模式（400kHz）和快速模式增强版（1MHz），并且可以配置为主设备或从设备。

第十二章：直接存储器访问（DMA）

DMA（Direct Memory Access） 是 GD32F103C8T6 芯片中的一个关键模块，它允许外设与内存之间，或者内存与内存之间进行高速数据传输，而无需 CPU 的干预。这极大地减少了 CPU 的工作负担，使其可以专注于执行其他任务，从而显著提高系统的整体性能。

GD32F103C8T6 的 DMA 控制器具有 7 个独立的通道，每个通道都可以配置为不同的外设请求。DMA 的主要特点包括：多种传输模式：支持内存到内存、外设到内存、内存到外设等多种传输方向。循环模式：允许 DMA 传输在完成一次数据块传输后自动重新启动，非常适合需要周期性数据采集或发送的应用，例如 ADC 连续转换到内存。传输大小：每个通道都可以配置传输的数据宽度，例如字节（8 位）、半字（16 位）或字（32 位）。

DMA 的使用场景非常广泛，例如：

1. ADC 数据采集：ADC 转换完成后，DMA 自动将结果传输到 SRAM 中，形成一个数据缓冲区。

2. USART/SPI 数据收发：DMA 可以自动将数据从内存发送到 USART/SPI 模块，或将接收到的数据从模块传输到内存，无需 CPU 逐个字节地处理。

3. 内存拷贝：在需要高效地将一个内存块的数据拷贝到另一个内存块时，DMA 提供了比 CPU 拷贝更快的解决方案。

第十三章：实时时钟（RTC）

GD32F103C8T6 内置了一个独立的 实时时钟（RTC） 模块，它由一个低速外部晶体振荡器（LSE）或低速内部振荡器（LSI）驱动，并且在主电源断开后，可以通过备用电池（VBAT）继续供电，从而实现精确的计时功能。RTC 能够提供秒、分钟、小时、星期、日期、月份和年份等时间信息。

RTC 的主要功能包括：时间计数：以秒为单位进行计数，并可以根据闰年自动调整月份天数。报警功能：可以设置一个特定的时间，当 RTC 计数器达到此时间时，会产生一个中断，用于唤醒系统或执行其他任务。校准功能：RTC 模块提供了校准功能，以补偿晶体振荡器的微小误差，确保计时的准确性。

RTC 的使用场景非常广泛，例如在需要精确计时的应用中，如数据记录器、定时开关和智能家居设备等。它与电源管理模式相结合，可以实现低功耗的定时唤醒功能。

第十四章：闪存控制器（FMC）

GD32F103C8T6 的 FMC 模块负责管理片上闪存的读写操作。闪存是一种非易失性存储器，用于存储程序的代码和配置数据。FMC 提供了对闪存的擦除和编程功能，并且通过硬件保护机制，防止用户在程序运行时意外擦除关键代码区域。

FMC 的主要功能包括：擦除操作：支持按页（Page）或按块（Block）进行擦除。GD32F103C8T6 的闪存每页大小为 1KB。编程操作：支持按半字（16 位）或字（32 位）进行编程。写保护：可以对闪存的特定区域进行写保护，防止程序意外修改重要代码。读保护：可以设置读保护，以防止非法用户读取闪存中的代码，保护知识产权。

开发者通常需要使用 FMC 提供的库函数来对闪存进行操作。例如，在需要存储校准数据或用户设置时，可以使用 FMC 在程序运行时将数据写入闪存中，并在下次启动时读取。

第十五章：开发环境与工具链

GD32F103C8T6 的开发生态系统非常完善，有多种主流的开发工具可供选择。集成开发环境（IDE）：

• Keil MDK：由 ARM 官方推荐，功能强大，界面友好，内置了调试器和编译器，是业界最广泛使用的 IDE 之一。

• IAR Embedded Workbench：以其高效的编译器而闻名，生成的代码尺寸小、执行效率高，在对代码大小和性能有严格要求的应用中非常受欢迎。

• GigaDevice GD32 IDE：兆易创新官方提供的集成开发环境，基于 Eclipse 平台，针对 GD32 系列芯片进行了深度优化，提供了一站式的开发体验。

编译器：除了 IDE 内置的编译器，开发者也可以选择使用 GCC（GNU Compiler Collection），这是开源的编译器，可以与各种构建系统和调试工具结合使用，提供了极大的灵活性。

调试工具：

• J-Link：由 Segger 公司出品，功能强大，支持多种调试协议（JTAG、SWD），是使用最广泛的调试器之一。

• ST-Link：由于 GD32F103C8T6 在引脚和架构上与 STM32F103C8T6 高度兼容，因此许多 ST-Link 调试器也能够支持 GD32 芯片的调试。

• GigaDevice Debugger：兆易创新官方提供的调试器，为 GD32 芯片提供了最佳的调试支持。

第十六章：应用示例与开发技巧

在 GD32F103C8T6 的开发中，一些实用的技巧和应用示例可以帮助您更高效地完成项目。时钟配置：在项目开始时，正确配置时钟系统至关重要。建议使用 HSE 晶体振荡器作为时钟源，并使用 PLL 将系统时钟倍频到 108MHz，以获得最佳性能。同时，也要根据外设的需求，合理配置 AHB、APB1 和 APB2 的分频器。

GPIO 初始化：所有用到的 GPIO 引脚都必须进行初始化配置。对于输入引脚，建议启用上拉或下拉电阻，以避免引脚悬空。对于输出引脚，应根据需求选择推挽或开漏模式。

中断处理：中断是实现实时响应的关键。在编写中断服务程序（ISR）时，应尽量保持其简洁高效，避免在 ISR 中执行耗时操作，以防影响其他中断的响应。

低功耗设计：对于电池供电的应用，功耗管理是首要考虑。可以通过在空闲时进入睡眠或深度睡眠模式来降低功耗，并通过中断或 RTC 报警来唤醒系统。在配置外设时，也可以选择较低的时钟频率来降低功耗。

DMA 应用：充分利用 DMA 可以显著提高系统的吞吐量。例如，在进行大量数据采集或通信时，可以将 DMA 配置为自动传输数据，让 CPU 专注于数据处理或算法执行。

调试技巧：使用 SWD 接口进行调试，可以利用 IDE 提供的断点、单步执行和变量观察等功能，快速定位代码中的问题。此外，也可以在程序中加入串口打印信息，通过串口助手实时查看程序运行状态。