新一代嵌入式微處理器STM32F103開發(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， 但開發(fā)過程與51系列單片機一樣簡便， 因而在很多應(yīng)用場合可替代51系列單片機。本文從STM 32F103系列芯片性能特點和片上資源入手， 重點介紹其開發(fā)工具以及開發(fā)流程。并以溫度測量為例， 具體說明了基于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， 片上運行等過程， 最終測量的溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字量， 通過串口發(fā)送至PC 機顯示。

　　1 引言

　　嵌入式微處理器正越來越廣泛的應(yīng)用在生產(chǎn)生活的各個領(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， 它無需操作系統(tǒng)，可以像單片機一樣使用Ke il C 語言進(jìn)行編程， 極大的減少了開發(fā)者的工作量。2007年6月， ST 公司及時推出了一款基于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)介紹了處理器開發(fā)使用方法， 隨后具體到以溫度傳感器檢測溫度這一實際應(yīng)用， 給開發(fā)者提供一個更加直觀的印象， 目的就是讓開發(fā)者能盡快了解熟悉該處理器的特點， 掌握該系列處理器的開發(fā)使用方法。

　　2 STM32F103系列微處理器簡介

　　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， 它為實現(xiàn)MCU 的需要提供了低成本的平臺、縮減的引腳數(shù)目、降低的系統(tǒng)功耗， 同時提供了卓越的計算性能和先進(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)域如電機驅(qū)動、實時控制、手持設(shè)備、PC 游戲外設(shè)和空調(diào)系統(tǒng)等都顯示出了強大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

　　STM32F103系列微處理器主要資源和特點如下：

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

　?。?2） 2個12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 多達(dá)16個外部輸入通道， 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， 可方便的測量處理器溫度值。

　?。?3）靈活的7路通用DMA 可以管理存儲器到存儲器、設(shè)備到存儲器和存儲器到設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸， 無須CPU 任何干預(yù)。通過DMA可以使數(shù)據(jù)快速地移動， 這就節(jié)？？ CPU 的資源來進(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)尾時所產(chǎn)生的中斷。它支持的外設(shè)包括： 定時器、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個定時器， 具體名稱和功能如表1所示。

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

表1 各個定時器名稱及其作用

　　3 開發(fā)工具和流程

　　3.1 開發(fā)工具

　　對STM32F103系列MPU 開發(fā)前， 需要準(zhǔn)備相應(yīng)的軟硬件。其中硬件主要包括STM32F103開發(fā)板（或用戶目標(biāo)板）、J- L ink下載仿真器等； 軟件主要包括Ke il V ision4 IDE 開發(fā)平臺。下面對各自的功能和特點做簡要說明。

　?。?1） STM32F103開發(fā)板（或用戶目標(biāo)板）是開發(fā)目標(biāo)對象。

　?。?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JTAG 接口下載到處理器內(nèi)部存儲空間； 無需外部供電， 用USB 連接線與PC 機連接好后即可工作； 還具有下載速度快、功耗低的特點。

　?。?3） Ke il V ision4 IDE 是一個基于窗口的軟件開發(fā)平臺， 它集成了強大而且現(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， 開發(fā)者可以利用其強大的集成調(diào)試器對應(yīng)用程序進(jìn)行調(diào)試， 如設(shè)置斷點、單步執(zhí)行等， 方便了程序錯誤的查找和修改。