STM32系列与固件库..

STM32系列微控制器开发基础嵌入式系统原理与接口技术5.1STM32系列微控制器概述STM32系列微控制器概述STM32系列微控制器使用来自于ARM公司具有突破性的Cortex-M3内核，该内核是专门设计于满足集高性能、低功耗、实时应用、高性价比于一体的嵌入式领域的要求。STM32系列给MCU用户带来了前所未有的自由空间，提供了全新的32位产品选项，结合了高性能、实时、低功耗、低电压等特性，同时保持了高集成度和易于开发的优势。嵌入式系统原理与接口技术25.1STM32系列微控制器概述STM32系列微控制器的优势由于STM32系列微控制器的定位是针对传统的嵌入式入门市场，因此相对于传统的8051、AVR等单片机，其巨大的优势显露无遗。主要体现在以下几个方面：•1.25DMIPS/MHz和0.19mW/MHz；支持Thumb-2指令集；单周期乘法指令和硬件除法指令；内置了快速的中断控制器，提供了优越的实时特性，中断间的延迟时间降到只需6个CPU周期，从低功耗模式唤醒的时间也只需6个CPU周期；与ARM7TDMI相比运行速度最多可快35%且代码最多可节省45%；提供更为丰富的外设和网络接口，使用更为灵活方便。嵌入式系统原理与接口技术35.1STM32系列微控制器概述STM32系列微控制器的应用STM32系列微控制器主要应用在以下场合：•工业领域：可编程逻辑控制器（PLC）、变频器、打印机、扫描仪和工控网络。•建筑和安防领域：警报系统、可视电话和HVAC。•低功耗领域：血糖测量仪、电表和电池供电应用。•家电领域：电机控制和应用控制。•消费类产品领域：PC外设、游戏机、数码相机和GPS平台。嵌入式系统原理与接口技术45.2STM32F103系列微控制器主要特点STM32F103xx系列微控制器基于高性能32位RISC的ARMCortex-M3核，工作频率为72MHz。片上集成了高速存储器和通过APB总线连接的丰富和增强的外设和I/O。所有的设备都提供标准的通信接口（最多可达两个I2C接口，三个SPI接口和五个USART接口）。片上还带有两个12位的ADC、一个12位的双通道DAC、11个16位计时器。根据应用范围的不同，STM32F103xx系列具有众多的配置型号，非常适合不同应用中的选型。嵌入式系统原理与接口技术55.2STM32F103系列微控制器总体结构STM32F103xx的主系统由以下部分构成：•四个驱动单元：Cortex-M3内核DCode总线（D-bus），和系统总线（S-bus）；通用DMA1和通用DMA2。•四个被动单元：内部SRAM；内部闪存存储器；FSMC；AHB到APB的桥（AHB2APBx），它连接所有的APB设备。嵌入式系统原理与接口技术65.2STM32F103系列微控制器系统结构嵌入式系统原理与接口技术75.2STM32F103系列微控制器各单元功能嵌入式系统原理与接口技术8单元/部件功能描述ICode总线将Cortex-M3内核的指令总线与闪存指令接口相连接。指令预取在此总线上完成。DCode总线将Cortex-M3内核的DCode总线与闪存存储器的数据接口相连接(常量加载和调试访问)。系统总线连接Cortex-M3内核的系统总线(外设总线)到总线矩阵，总线矩阵协调着内核和DMA间的访问。DMA总线将DMA的AHB主控接口与总线矩阵相联，总线矩阵协调着CPU的DCode和DMA到SRAM、闪存和外设的访问。总线矩阵协调内核系统总线和DMA主控总线之间的访问仲裁，仲裁利用轮换算法。AHB外设通过总线矩阵与系统总线相连，允许DMA访问。AHB/APB桥(APB)两个AHB/APB桥在AHB和2个APB总线间提供同步连接。APB1操作速度限于36MHz，APB2操作于全速(最高72MHz)。5.2STM32F103系列微控制器功能概述集成嵌入式Flash和SRAM存储器的ARMCortex-M3内核•ARMCortex-M3处理器是用于嵌入式系统的最新一代ARM处理器。用于提供一个满足MCU实现需要的低开销平台，具有更少的引脚数和更低的功耗，并且提供了更好的计算表现和更快的中断系统应答。嵌入式Flash存储器和RAM存储器•内置了多达512K的嵌入式Flash，可用于存储程序和数据。多达64K的嵌入式SRAM可以以CPU时钟速度进行读写（不带等待状态）。嵌入式系统原理与接口技术95.2STM32F103系列微控制器功能概述可变静态存储控制器（FSMC）•FSMC嵌入在STM32F103xC，STM32F103xD和STM32F103xE中，带有四个片选，支持下面四种模式：Flash，RAM，PSRAM，NOR和NAND。嵌套矢量中断控制器（NVIC）•STM32F103xx系列微控制器嵌入了一个嵌套矢量中断控制器，可以处理43个可屏蔽中断通道（不包括Cortex-M3的16根中断线），提供16个中断优先级。嵌入式系统原理与接口技术105.2STM32F103系列微控制器功能概述外部中断/事件控制器（EXTI）•外部中断/事件控制器由用于19条产生中断/事件请求的边沿探测器线组成。每条线可以被单独配置用于选择触发事件（上升沿，下降沿或者两者都可以），也可以被单独屏蔽。时钟和启动•在启动的时候还是要进行系统时钟选择，但复位的时候内部8MHz的晶振被选作CPU时钟。可以选择一个外部的4-16MHz的时钟，并且会被监视判定是否成功。嵌入式系统原理与接口技术115.2STM32F103系列微控制器功能概述Boot模式•在启动的时候，boot引脚被用来在三种boot选项中的选择一种：从用户Flash导入；从系统存储器导入；从SRAM导入。boot导入程序位于系统存储器，用于通过USART1重新对Flash存储器进行编程。电源供电方案•VDD，电压范围为2.0到3.6V，用于I/O和内部调压器。•VSSA，VDDA，电压范围为2.0到3.6V，用于ADC、复位模块、RC和PLL。•VBAT，电压范围为1.8到3.6V嵌入式系统原理与接口技术125.2STM32F103系列微控制器功能概述电源管理•设备有一个完整的上电复位（POR）和掉电复位（PDR）电路。这条电路一直有效，用于确保从2V启动或者掉到2V的时候进行一些必要的操作。当VDD低于一个特定下限VPOR/PDR的时候，不需要外部复位电路，设备也可以保持在复位模式。电源供电方案•调压器有三种运行模式：主（MR），用在传统意义上的调节模式（运行模式）；低功耗（LPR），用在停止模式；掉电，用在待机模式：调压器输出为高阻，核心电路掉电，包括零消耗。嵌入式系统原理与接口技术135.2STM32F103系列微控制器功能概述低功耗模式，包含三种低功耗模式：•休眠模式。在休眠模式中，只有CPU停止工作，所有的外设继续运行，在中断/事件发生时唤醒CPU。•停止模式。停止模式允许以最小的功耗来保持SRAM和寄存器的内容。设备可以通过外部中断线从停止模式唤醒。外部中断源可以使16个外部中断线之一、PVD输出或者TRC警告。•待机模式。待机模式追求最少的功耗。内部调压器被关闭，这样1.8V区域被断电。PLL、HSI和HSERC振荡器也被关闭。嵌入式系统原理与接口技术145.2STM32F103系列微控制器片上外设概述DMA•12通道的通用DMA可用于存储器到存储器、外设到存储器和存储器到外设的传输。DMA控制器支持循环缓冲器管理，从而避免了在到达缓冲区末端时产生中断。RTC（实时时钟）和备份寄存器•RTC和备份寄存器通过一个开关来控制供电，当VDD有效的时候通过VDD供电，否则通过VBAT供电。备份寄存器（10个16位寄存器）可以用来在VDD无效的保存数据。嵌入式系统原理与接口技术155.2STM32F103系列微控制器片上外设概述独立看门狗•独立看门狗基于12位的倒计数器和8位的预比较器。由一个独立的40kHz的内部RC提供时钟。由于和主时钟独立工作，所以它可以工作在停止和待机模式。可以用作在系统出问题时来复位设备，也可以作为一个空转的定时器来用于应用程序的定时器管理。窗口看门狗•窗口看门狗基于一个在空转时可设置的7位倒计数器。可以用作在系统出问题的时候来复位设备。由主时钟提供时钟源。能够实现提早警告中断并且计数器在调试模式的时候可以冻结。嵌入式系统原理与接口技术165.2STM32F103系列微控制器片上外设概述SysTick定时器•该定时器是OS专用，但也可以用作标准的倒计数器。它的特征是：一个24位的倒计数器；自动重载能力；当计数器为0时产生的系统中断是可屏蔽的；可编程的时钟源。通用定时器（TIMx）•STM32F103xx设备最多自带4个同步标准定时器。这些定时器基于一个16位自动重载顺序/倒序计数器和一个16位的预比较器。每个定时器特有分别用于输入捕获、输出比较、PWM或者单脉冲模式输出的4个独立通道。嵌入式系统原理与接口技术175.2STM32F103系列微控制器片上外设概述基本定时器TIM6和TIM7•这些定时器用于产生DAC触发，也可以用作通用的16位定时器。高级控制定时器（TIM1和TIM8）•高级控制定时器（TIM1）可以被看作是一个在6通道上复用的三相PWM，也可以被看作是通用定时器，4个独立的通道可以用作：输入捕获；输出捕获；PWM产生；单脉冲模式输出；可设置空转时间的PWM输出。TIM1和具有相同结构的TIMx有相同的特性，所以TIM1通过同步连接特性或者事件链，可以和TIMx一起工作。嵌入式系统原理与接口技术185.2STM32F103系列微控制器片上外设概述I2C总线•最多可有两个工作在多主机模式和从模式下的I2C总线接口，支持标准和快速模式。都支持双从机寻址（只能是7位）和7/10位主机模式下寻址。内置硬件CRC产生和验证模块。都支持DMA，支持SMBus2.0/PMBus。通用同步/异步收发器（USART）•USART接口最多可以2.25Mbit/s的速度通信。对CTS和RTS信号使用硬件管理，支持IrDASIRENDEC，兼容ISO7816并且具有LIN主/从性能。USART接口支持DMA。嵌入式系统原理与接口技术195.2STM32F103系列微控制器片上外设概述串行外设接口（SPI）•设备最多可有2个SPI接口，最多可以18Mbit/s的速度在全双工和单工的主机和从机模式下通信。3位预比较器提供了8种主机模式频率，桢长可以配置为8位或者16位。硬件CRC产生/验证模块支持基本的SDCard/MMC模式。SPI接口都支持DMA。I2S•STM32F103xC、STM32F103xD和STM32F103xE有两个和SPI2、SPI3复用的I2S接口，可用于主模式或者从模式。可以配置成16位或者32位精度的输入或者输出。音频采样频率可以在8KHz到48KHz。嵌入式系统原理与接口技术205.2STM32F103系列微控制器片上外设概述SDIO•STM32F103xC、STM32F103xD和STM32F103xE有一个SD/SDIO/MMC主机接口，支持MMC4.2。有三种数据总线模式：1位（默认），4位和8位。在8位模式下最高可达48MHz。此外还兼容SD2.0。1位和4位总线模式下支持SDIO2.0。控制器局域网（CAN）•CAN兼容2.0A和2.0B标准，比特率高达1Mbit/s。可以发送和接收11位标示符的标准桢，也可以发送和接收29位标示符的扩展桢。有三个发送邮箱，两个3阶接收FIFO队列和14个可升级过滤器阵列。嵌入式系统原理与接口技术215.2STM32F103系列微控制器片上外设概述通用串行总线（USB）•STM32F103xx嵌入了一个支持USB全速12Mbit/s的USB外设。USB接口实现了全速（12Mbit/s）功能接口。可通过软件配置端点，也可以通过软件控制挂起/恢复。时钟来自内部PLL产生的48MHz