STM32开发平台实验指导书

1STM32综合开发平台实验指导书中国海洋大学自动化及测控系2012年5月2序言STM32家族是意法半导体公司的基于Cortex-M3内核性价比非常高的微处理器，应用领域非常广泛。为了初学者比较容易的学习该系列的芯片，我们设计了STM32系列的开发平台，并且编写了配套的实验指导书。为了本平台尽可能兼容更多的芯片，本设计采用了核心板+基板的方案。基板上有一个的MCU标准插槽，该标准插槽有一个详细定义的物理接口和引脚定义。核心板设计了符合标准插槽定义的插针，可以查结在基板上使用。基板可以由USB或者7V-40V直流电源两种方式供电，包含通用电路，如以太网，USB，时钟芯片，OLED,IRDA，RS232,RS485,CAN总线，音频，SD卡等20多种常用的模块电路；MCU保准插槽并且有一个扩展插槽，可以外扩设备。核心板是单片机最小系统，包括晶振，看门狗电路等等，标准插针等。我们的核心板采用了兼容STM32F105，STM32F107，STM32F205，STM32F207四种芯片的设计。本设计方案在将来芯片升级的时候，可以只升级核心板，而基板还可以继续使用，有很强的灵活性，并可以节约成本。同时，本平台还包含详细的开发范例，包括单元测试，系统自检，操作系统范例以及基于Labview的上位机软件。在焊接篇，详细的介绍的核心板和实验班的焊接流程，注意事项和检测方法。可以用于实习项目，也可以使实验者自己DIY使用。在硬件篇，指导书还会详细介绍各个单元模块的电路设计和布线原则。供实验者在自己做项目的时候参考和借鉴。另外，硬件篇还会介绍单元模块常见的故障和排除方法，使实验者能够在硬件电路出现故障的时候，迅速查找原因和修复。软件是嵌入式设计的灵魂。软件篇由单元驱动，操作系统和软件框架三部分3组成。单元驱动包含各个模块电路的驱动代码，使实验者能够在将来熟练使用各个模块电路。另外，在操作各个模块电路的过程中，实验者也同时掌握了STM32系列芯片的使用。操作系统部分，以FreeRTOS为主，介绍了操作系统的原理，并距离说明如何使用。另外，对uC/OS-ii和RT-Thread两款操作系统软件也做了相应的介绍。在软件框架部分，介绍了量子平台的原理和使用。本平台有相应的上位机软件，用于系统自检，单元测试等，可以为实验者提供良好的人机接口和开发环境。目录概论第一部分：焊接篇(新增内容)1焊接工艺1.1回流焊机焊接1.2手工焊接1.2.1贴片手工焊接1.2.1接插件手工焊接2焊接工序2.1焊接图2.2BOM单3焊接管理4实物效果图45测试5.1STM32自检程序第二部分：硬件篇(修改)1.实验板资源(第一节和第二节合并需要修改)2.电路板配置(增加)3.单元电路((需要修改)（附录应该在全书后面，另外原理图应该作为附录）第三部分：工具篇(软件篇用词不当)1.IDE开发环境（介绍IAR工具，可以考虑新增Keil）1.1IAR1.2Keil1.3coIED1.4Keil工程和IAR工程的相互转换(方便将IAR工程和Keil工程之间的平移)2.仿真器(Jlink,ST-link,coLink等等)3.ISP[和IAP]4.1.3上位机演示软件(labview)5.第四部分：实验篇5单元实验、高级实验和应用实验1.基本实验(和原文大体相同)1.1GPIO实验（按键，跑马灯，旋转编码，波动开关，蜂鸣器)1.2定时器实验(PWM波形输出，系统滴答等)1.3UART实验(RS232,RS485及红外)1.4ADC和DAC实验(输出三角波，正弦波，电位器输入)1.5I2C实验1—(OLED,实时时钟)1.6I2C实验2-(加速度计，E2PROM)1.7CAN通信实验1.8DS18B201.9PS/2键盘实验2.综合实验2.1USB通信(虚拟串口，U盘)2.2SD卡和文件系统2.3以太网应用2.4音频应用2.5FM应用3.高级实验（面向应用）3.1音频播放器(包括SD卡和收音机)63.2示波器(ADC和OLED)3.3串口设备(串口转太网和串口转CAN)（以上实验可根据要求增删）第五部分：软件篇1.1嵌入式操作系统(FreeTOS，1.2uc/OSii,1.3RT-Thread1.4量子平台1.5简单软件框架附录：1.STM32核心板电路图2.STM32基板电路图3.STM3核心板BOM单4.STM32基板BOM单5.索引6.术语解释7.程序清单8.上位机通讯协议9.参考文献7第一部分焊接篇焊接是电子实习一个重要的组成部分，也是我们整个实验的起点。本章主要介绍的焊接工艺，焊接步骤，可以方便学习者自己DIY，也可以作为电子实习的焊接指导书。1焊接工艺电路板焊接分为使用回流焊机进行焊接和使用电烙铁手工焊接。波峰焊接一般在批量生产的时候使用，优点是速度快，焊接质量高，焊接水平要求不高。缺点是成本较高，对需要有波峰焊机，钢网，刮锡台等设备。电烙铁手工焊接优点简便易行，只需要一部焊接台，焊锡丝和少量助焊剂即可；但是对焊接水平要求较高，而且速度较慢，焊接质量和焊接水平有很大关系。81.1回流焊机焊接STM32平台的PCB板，贴片使用回流焊机进行焊接，不耐温的元件使用电烙铁手工焊接。后期可能使用电烙铁进行补焊。不耐温的元件有包括接插件，因为有塑料，高温焊接可能导致元件变形。高温可能导致损坏的元件有OLED显示器和红外传感器HSDL3201，这些需要使用电烙铁手工焊接。回流焊接一般分为三个基本步骤：刮锡，摆放元件，回流焊。刮锡是指将电路板清洗后固定在刮锡台上，将钢网防止在电路板上，使用刮刀将焊锡膏均匀的涂在电路板的焊盘上。排放元件是指将电子元件，如电阻，电容，芯片正确的摆放在涂有焊锡膏的PCB板上。回流焊是指，将摆有元件的PCB板放置在回流焊机里面，设定好温度曲线，然后进行焊接。因为STM32的电路板正面和反面都有期间，所有一块电路板需要焊接两边，芯片元件一般都摆放在正面，所以一般都要先焊接反面的元件，完成后再焊接正面的元件。回流焊接需要的设备包括刮锡台，刮刀，钢网，焊接台，镊子，放大镜等等，需要的材料包括锡膏，酒精，软毛刷子等。酒精和软毛刷子用来擦拭钢网和电路板，刮戏台，刮刀和钢网用来刮锡，镊子用来摆放元件。回流焊接用来进行高温焊接，放大镜用来检查电路板的焊点情况。生产顺序为：1清洗钢网2反面刮锡3摆放反面元件4反面回流焊接5正面刮锡6摆放正面元件7正面回流焊接8手工焊接不耐温的元件。刮锡操作步骤及注意事项环节要求1清洗钢网1、要求用酒精清除钢网上的焊锡膏，特别是管脚比较密的芯片，清洗的清洁程度对刮锡影响非常大。2、清洗结束要擦拭干净，风干后再固定到印刷台上。2擦电路板刮锡前要用酒精将电路板焊盘擦拭一遍，有利于改善刮锡效果，酒精风干后再固定。3固定要求电路板摆正，钢网上所有漏孔都必须完全露出焊盘，特9注意：两组共用一盒锡膏，用完后请将剩余锡膏刮回到锡膏盒内，贴上本组标签后，送交检查员冷冻处理，待检查员签字后方可进入下一流程。生产实习摆件规范及注意事项1、找元件同学一定要确认元器件标号，避免出错。特别是贴片电容，摆上后不同容值的就分辨不出了。2、发件同学拆件时，要尽量靠近桌面，以免拆件时贴片元件因弹崩而丢失。3、器件数量有限，各同学一定避免元器件丢失，遗失元器件要写书面说明，说明丢件原因，经负责人审核后再行补件。4、找元器件的同学最好把元器件正面向上送给摆件同学，方便摆元器件的同学别是开发板正面两个BGA封装的芯片。在拧紧刮锡台上部的螺母时，要按顺序，不可用力太大，稍稍拧紧即可。4刮锡要求用刮刀轻微用力朝一个方向刮锡，不要来回反复。待锡膏将网孔全部覆盖后，将挂到与钢网垂直，把多余的锡膏刮走。对一些管脚较密的芯片可稍微加力，保证刮锡效果。（注意：网孔细长处，必须沿着网孔的方向再刮一遍）5卸钢网抬钢网时，如果出现电路板粘附在钢网上时，不能用手将电路板拔下，只需轻弹钢网正面（不可用手触及网孔内的锡膏，只能轻弹网孔的周围区域），使电路板自由落下。卸下后要检查刮锡效果。（注意：正面刮锡时要特别注意，BGA封装的芯片如果不合格，要重新清理，重新刮锡）6清洗钢网1、要求用酒精将刚刚用过的钢网上的焊锡膏清洗干净，特别是比较密的管脚，不能出现锡膏形成的毛刺。清洗时间一般在一小时以上，保证清洗后的酒精不含任何杂质，并且风干后钢网表面不能有白色粉末状沉淀物。2、清洗干净后，风干即可，以备下组使用。7收拾工具刮锡结束要将刮刀、盛放锡膏和酒精的容器清洗干净，将桌面上的物品摆放整齐，以便于日后工作。10操作。5、摆件要求把元器件摆正，特别是元器件在一排的，尽量使中心摆成直线，贴片电阻最好将数字朝向一个方向。保持桌面清洁，焊完一个元件后，如有剩余，找件同学一定把剩下的保管好，以免与新发器件混淆。6、芯片注意凹槽位置，凹槽左下侧第一个管脚为第1管脚。对应芯片的凹槽、原点或带横线的一端。生产实习直插件焊接规范及注意事项1、直插件焊接需要先焊接对角线两个引脚，方向调整好之后再焊接剩余两脚，再给四个引脚补上焊锡。焊好两个焊点后要给检查员检查，通过后再焊接其他焊点。2、直插件焊接要求底面紧贴电路板，不要留缝隙。3、要求直插件外边缘与电路板外缘平行或垂直。4、拨码开关等比较集中的元器件焊接一定注意摆齐，尽量平行放置。5、扁平电缆焊接一定注意凹槽方向，40pin扁平电缆凹槽统一朝里。6、焊接时一定不要用烙铁烫坏其他元器件塑料外壳。7、铝电解电容的焊接尽量使黑色标线保持水平，电容需紧贴电路板焊接。8、焊接要求焊接饱满，先用烙铁将焊盘烫热后再放焊锡丝，使焊锡熔化后自然流淌到焊盘上，避免出现虚焊。焊锡外形以凹形为佳，避免出现突起的圆球状焊点。9、保持电路板清洁，焊接结束后要检查电路板是否有残留的焊锡，如有发现，一定清除，以免对日后调试造成隐患。10、焊接时出现连焊等问题一定及时找研究生检查员，不要盲目操作，造成焊盘脱落等问题。11、焊接完成后要将烙铁头挂上锡，防止烙铁氧化，损坏烙铁。1.2手工焊接手工焊接的基本工具让我们来了解一些常用的焊接贴片元件所需的一些基本工具（见图1，从左至右，第一排为：热风枪、镊子、焊锡丝。第二排为：电烙铁、松香、吸锡带）11图1手工焊接贴片元件所用到常用工具1.电烙铁手工焊接元件，这个肯定是不可少了。在这里向大家推荐烙铁头烙铁头烙铁头一般采用紫铜材料制造.为保护在焊接的高温条件下不被氧化生锈,常将烙铁头经电镀处理,有的烙铁头还采用不易氧化的合金材料制成。新的烙铁头在正式焊接前应先进行镀锡处理.方法是将烙铁头用细纱纸打磨干净,然后浸入松香水,沾上焊锡在硬物(例如木板)上反复研磨,使烙铁头各个面全部镀锡。若使用时间很长,烙铁头已经氧化发生时,要用小锉刀轻锉去表面氧化层,在露出紫铜的光亮后用同新烙铁头镀锡的方法一样进行处理.当仅使用一把电烙铁时,可以利用烙铁头插人烙铁芯深浅不同的方法调节烙铁头的温度。烙铁头从烙铁芯拉出的越长,烙铁头的温度相对越低,反之温度就越高。[全文]比较尖的那种，因为在焊接管脚密集的贴片芯片的时候，能够准确方便的对某一个或某几个管脚进行焊接。2.焊锡丝好的焊锡丝对贴片焊接也很重要，如果条件允许，在焊接贴片元件的时候，尽可能的使用细的焊锡丝，这样容易控制给锡量，从而不用浪费焊锡和吸锡的麻烦。3.镊子镊子的主要作用在于方便夹起和放置贴片元件，例如焊接贴片电阻的时候，就可用镊子夹住电阻放到电路板上进行焊接。镊子要求前端尖而且平以便于夹元件。另外，对于一些需要防止静电的芯片，需要用到防静电镊子。4.吸锡带12焊接贴片元件时，很容易出现上锡过多的情况。特别在焊密集多管脚贴片芯片时，很容易导致芯片相邻的两脚甚至多脚被焊锡短路。此时，传统的吸锡器是不管用的，这时候就需要用到编织的吸锡带。吸锡带可在卖焊接器材的地方买到，如果没有也可以拿电线中的铜丝来代替，后文将会讲述。5.松香松香是焊接时最常用的助焊剂了，因为它能析出焊锡中的氧化物，保护焊锡不被氧化，增加焊锡的流动性。在焊接直插元件时，如果元件生锈要先刮亮，放到松香上用烙铁烫一下，再上锡。而在焊接贴片元件时，松香除了助焊作用外还可以配合铜丝可以