新一代嵌入式微處理器STM32F103開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

摘要： 基于Co rtex- M3內(nèi)核的STM 32F103系列芯片是新型的32位嵌入式微處理器， 它是不需操作系統(tǒng)的ARM, 其性能遠(yuǎn)高于51系列單片機(jī)， 但開(kāi)發(fā)過(guò)程與51系列單片機(jī)一樣簡(jiǎn)便， 因而在很多應(yīng)用場(chǎng)合可替代51系列單片機(jī)。本文從STM 32F103系列芯片性能特點(diǎn)和片上資源入手， 重點(diǎn)介紹其開(kāi)發(fā)工具以及開(kāi)發(fā)流程。并以溫度測(cè)量為例， 具體說(shuō)明了基于Keil? Vision4軟件的工程建立、源程序編輯、編譯， 基于J- L ink仿真器的程序下載， 程序在線調(diào)試， 片上運(yùn)行等過(guò)程， 最終測(cè)量的溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字量， 通過(guò)串口發(fā)送至PC 機(jī)顯示。

　　1 引言

　　嵌入式微處理器正越來(lái)越廣泛的應(yīng)用在生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域， 但是傳統(tǒng)的嵌入式微處理器要么是8位的處理器， 性能有限， 要么是32位基于ARM 的微處理器在使用上需要嵌入式操作系統(tǒng)的支持， 比如L inux操作系統(tǒng)， 使得系統(tǒng)不夠精煉。這一情況直到ARM 公司推出Cortex- M 內(nèi)核才得以改善， 它無(wú)需操作系統(tǒng)，可以像單片機(jī)一樣使用Ke il C 語(yǔ)言進(jìn)行編程， 極大的減少了開(kāi)發(fā)者的工作量。2007年6月， ST 公司及時(shí)推出了一款基于Cortex- M 3內(nèi)核的新型ARM 處理器： STM32系列微處理器。本文以stm32F103處理器為例， 列舉了開(kāi)發(fā)需要用到的各種軟硬件資源及其作用， 較詳細(xì)介紹了處理器開(kāi)發(fā)使用方法， 隨后具體到以溫度傳感器檢測(cè)溫度這一實(shí)際應(yīng)用， 給開(kāi)發(fā)者提供一個(gè)更加直觀的印象， 目的就是讓開(kāi)發(fā)者能盡快了解熟悉該處理器的特點(diǎn)， 掌握該系列處理器的開(kāi)發(fā)使用方法。

　　2 STM32F103系列微處理器簡(jiǎn)介

　　STM32F103系列微處理器是首款基于ARMv7- M體系結(jié)構(gòu)的32位標(biāo)準(zhǔn)RISC （精簡(jiǎn)指令集）處理器， 提供很高的代碼效率， 在通常8位和16位系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間上發(fā)揮了ARM 內(nèi)核的高性能。該系列微處理器工作頻率為72MHz，內(nèi)置高達(dá)128K 字節(jié)的Flash存儲(chǔ)器和20K 字節(jié)的SRAM，具有豐富的通用I /O 端口。

　　作為最新一代的嵌入式ARM 處理器， 它為實(shí)現(xiàn)MCU 的需要提供了低成本的平臺(tái)、縮減的引腳數(shù)目、降低的系統(tǒng)功耗， 同時(shí)提供了卓越的計(jì)算性能和先進(jìn)的中斷響應(yīng)系統(tǒng)。豐富的片上資源使得STM32F103系列微處理器在多種領(lǐng)域如電機(jī)驅(qū)動(dòng)、實(shí)時(shí)控制、手持設(shè)備、PC 游戲外設(shè)和空調(diào)系統(tǒng)等都顯示出了強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

　　STM32F103系列微處理器主要資源和特點(diǎn)如下：

　　（ 1）多達(dá)51個(gè)快速I(mǎi) /O 端口， 所有I/O口均可以映像到16個(gè)外部中斷， 幾乎所有端口都允許5V 信號(hào)輸入。每個(gè)端口都可以由軟件配置成輸出（推挽或開(kāi)漏）、輸入（帶或不帶上拉或下拉） 或其它的外設(shè)功能口。

　?。?2） 2個(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 多達(dá)16個(gè)外部輸入通道， 轉(zhuǎn)換速率可達(dá)1MH z, 轉(zhuǎn)換范圍為0~ 36V; 具有雙采樣和保持功能； 內(nèi)部嵌入有溫度傳感器， 可方便的測(cè)量處理器溫度值。

　　（ 3）靈活的7路通用DMA 可以管理存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器、設(shè)備到存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器到設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸， 無(wú)須CPU 任何干預(yù)。通過(guò)DMA可以使數(shù)據(jù)快速地移動(dòng)， 這就節(jié)？？ CPU 的資源來(lái)進(jìn)行其他操作。DMA 控制器支持環(huán)形緩沖區(qū)的管理， 避免了控制器傳輸?shù)竭_(dá)緩沖區(qū)結(jié)尾時(shí)所產(chǎn)生的中斷。它支持的外設(shè)包括： 定時(shí)器、ADC、SPI、I2C和USART 等。

　　（ 4）調(diào)試模式： 支持標(biāo)準(zhǔn)的20腳JTAG 仿真調(diào)試以及針對(duì)Cortex- M3內(nèi)核的串行單線調(diào)試（ SWD ）功能。通常默認(rèn)的調(diào)試接口是JTAG 接口。

　?。?5）內(nèi)部包含多達(dá)7個(gè)定時(shí)器， 具體名稱(chēng)和功能如表1所示。

　?。?6）含有豐富的通信接口： 三個(gè)USART異步串行通信接口、兩個(gè)I2C 接口、兩個(gè)SPI接口、一個(gè)CAN 接口和一個(gè)USB接口， 為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信提供了保證。

表1 各個(gè)定時(shí)器名稱(chēng)及其作用

　　3 開(kāi)發(fā)工具和流程

　　3.1 開(kāi)發(fā)工具

　　對(duì)STM32F103系列MPU 開(kāi)發(fā)前， 需要準(zhǔn)備相應(yīng)的軟硬件。其中硬件主要包括STM32F103開(kāi)發(fā)板（或用戶(hù)目標(biāo)板）、J- L ink下載仿真器等； 軟件主要包括Ke il V ision4 IDE 開(kāi)發(fā)平臺(tái)。下面對(duì)各自的功能和特點(diǎn)做簡(jiǎn)要說(shuō)明。

　　（ 1） STM32F103開(kāi)發(fā)板（或用戶(hù)目標(biāo)板）是開(kāi)發(fā)目標(biāo)對(duì)象。

　?。?2） J- L ink下載仿真器是程序下載的樞紐， 它帶有的標(biāo)準(zhǔn)20芯扁平電纜可將程序通過(guò)JTAG 接口下載到處理器內(nèi)部存儲(chǔ)空間； 無(wú)需外部供電， 用USB 連接線與PC 機(jī)連接好后即可工作； 還具有下載速度快、功耗低的特點(diǎn)。

　　（ 3） Ke il V ision4 IDE 是一個(gè)基于窗口的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)， 它集成了強(qiáng)大而且現(xiàn)代化的編輯器、工程管理器和make工具， 幾乎集成了嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)所需的全部工具： C /C + + 編譯器、宏匯編器、鏈接/定位器、HEX 文件生成器等。該軟件提供了兩種工作模式： 編譯和調(diào)試模式。在編譯模式中， 開(kāi)發(fā)者可以創(chuàng)建工程、選擇目標(biāo)器件、新建文件、輸入源代碼、生成可執(zhí)行文件； 調(diào)試模式中， 開(kāi)發(fā)者可以利用其強(qiáng)大的集成調(diào)試器對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行調(diào)試， 如設(shè)置斷點(diǎn)、單步執(zhí)行等， 方便了程序錯(cuò)誤的查找和修改。