STM32單片機硬件關(guān)鍵基礎(chǔ)精華及注意事項

STM32簡單介紹

　　一、背景

　　如果你正為項目的處理器而進行艱難的選擇：一方面抱怨16位單片機有限的指令和性能，另一方面又抱怨32位處理器的高成本和高功耗，那么，基于 ARM Cortex-M3內(nèi)核的STM32系列處理器也許能幫你解決這個問題。使你不必在性能、成本、功耗等因素之間做出取舍和折衷。

　　即使你還沒有看完STM32的產(chǎn)品手冊，但對于這樣一款融合ARM和ST技術(shù)的“新生兒”相信你和我一樣不會擔心這款針對16位MCU應(yīng)用領(lǐng)域 的32位處理器的性能，但是從工程的角度來講，除了芯片本身的性能和成本之外，你或許還會考慮到開發(fā)工具的成本和廣泛度；存儲器的種類、規(guī)模、性能和容 量；以及各種軟件獲得的難易，我相信你看完本專題會得到一個滿意的答案。

　　對于在16位MCU領(lǐng)域用慣專用在線仿真器（ICE）的工程師可能會擔心開發(fā)工具是否能夠很快的上手？開發(fā)復雜度和整體成本會不會增加？產(chǎn)品上 市時間會不會延長？沒錯，對于32位嵌入式處理器來說，隨著時鐘頻率越來越高，加上復雜的封裝形式，ICE已越來越難勝任開發(fā)工具的工作，所以在32位嵌 入式系統(tǒng)開發(fā)中多是采用JTAG仿真器而不是你熟悉的ICE。但是STM32采用串行單線調(diào)試和JTAG，通過JTAG調(diào)試器你可以直接從CPU獲取調(diào)試 信息，從而將使你的產(chǎn)品設(shè)計大大簡化，而且開發(fā)工具的整體價格要低于ICE，何樂而不為？

　　有意思的是STM32系列芯片上印有一個蝴蝶圖像，據(jù)ST微控制器產(chǎn)品部Daniel COLONNA先生說，這是代表自由度，意在給工程師一個充分的創(chuàng)意空間。我則“曲解”為預(yù)示著一種蝴蝶效應(yīng)，這種蝴蝶效應(yīng)不僅會對方案提供商以及終端產(chǎn) 品供應(yīng)商帶來舉足輕重的影響，而且會引起競爭對手策略的改變……翅膀已煽動，讓我們一起靜觀其變！

　　二、STM32市面上流通的型號

　　截至2010年7月1日，市面流通的型號有：

　　基本型：STM32F101R6，STM32F101C8，STM32F101R8，STM32F101V8 ，STM32F101RB，STM32F101VB

　　增強型：STM32F103C8，STM32F103R8，STM32F103V8，STM32F103RB，STM32F103VB，STM32F103VE，STM32F103ZE

　　三、STM32系列的作用

　　ARM公司的高性能”Cortex-M3”內(nèi)核

　　1.25DMips/MHz，而ARM7TDMI只有0.95DMips/MHz

　　一流的外設(shè)

　　1μs的雙12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/秒的SPI，18MHz的I/O翻轉(zhuǎn)速度

　　低功耗

　　在72MHz時消耗36mA（所有外設(shè)處于工作狀態(tài)），待機時下降到2μA

　　最大的集成度

　　復位電路、低電壓檢測、調(diào)壓器、精確的RC振蕩器等

　　簡單的結(jié)構(gòu)和易用的工具

　　四、STM32F10x重要參數(shù)

　　2V-3.6V供電

　　容忍5V的I/O管腳

　　優(yōu)異的安全時鐘模式

　　帶喚醒功能的低功耗模式

　　內(nèi)部RC振蕩器

　　內(nèi)嵌復位電路

　　工作溫度范圍：-40℃至+85℃或105℃

　　五、性能特點

　　基本型STM32F101：36MHz CPU，多達16K字節(jié)SRAM，1x12位ADC溫度傳感器

　　增強型STM32F103：72MHz CPU，多達20K字節(jié)SRAM，2x12位ADC 溫度傳感，PWM定時器，CAN，USB

六、STM32互聯(lián)型系列簡介：

　　全新STM32互連型（Connectivity）系列微控制器增加一個全速USB（OTG）接口，使終端產(chǎn)品在連接另一個USB設(shè)備時既可以 充當USB主機又可充當USB從機；還增加一個硬件支持IEEE1588精確時間協(xié)議（PTP）的以太網(wǎng)接口，用硬件實現(xiàn)這個協(xié)議可降低CPU開銷，提高 實時應(yīng)用和聯(lián)網(wǎng)設(shè)備同步通信的響應(yīng)速度。

　　全新互連型系列還是STM32家族中首款集成兩個CAN2.0B控制器的產(chǎn)品，讓開發(fā)人員能夠研制可連接兩條工業(yè)標準CAN（控制器區(qū)域網(wǎng)）總 線的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。此外，新系列微控制器還支持以太網(wǎng)、USB OTG和CAN2.0B外設(shè)接口同時工作，因此，開發(fā)人員只需一顆芯片就能設(shè)計整合所有這些外設(shè)接口的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。

　　STM32互連型系列產(chǎn)品強化了音頻性能，采用一個先進的鎖相環(huán)機制，實現(xiàn)音頻級別的I2S通信。結(jié)合USB主機或從機功能，STM32可以從 外部存儲器（U盤或MP3播放器）讀取、解碼和輸出音頻信號。設(shè)計人員還可以在新系列微控制器上開發(fā)人機界面（HMI）功能，如播放和停止按鍵，以及顯示 器界面。這個功能使其可用于各種家庭音響設(shè)備，如音響底座系統(tǒng)、鬧鐘/音樂播放器和家庭影院。

　　新系列產(chǎn)品整合先進的面向連接的外設(shè)，標準的STM32外設(shè)（包括一個PWM定時器），高性能的32位ARM Cortex-M3 CPU，這些特性使開發(fā)人員可以在設(shè)備上（如家電、樓宇或工業(yè)自動化）整合多種功能，如馬達控制、用戶界面控制和設(shè)備互連功能。其它目標應(yīng)用包括需要聯(lián) 網(wǎng)、數(shù)據(jù)記錄或USB外設(shè)擴展功能的系統(tǒng)，如病患監(jiān)視、銷售終端機、自動售貨機和保安系統(tǒng)。

　　包括新的互連型系列在內(nèi)的STM32系列微控制器具有多種配套軟件和開發(fā)工具，其中包括意法半導體免費提供的軟件庫以及第三方工具廠商的廣泛支持。意法半導體還將推出一個新的評估板，目前正在向大客戶提供STM32F105和STM32F107互連型系列的樣片。

　　七、STM32新系列產(chǎn)品的功能：

　　STM32互連型系列產(chǎn)品分為兩個型號：STM32F105和STM32F107。STM32F105具有USB OTG 和CAN2.0B接口。STM32F107在USB OTG 和CAN2.0B接口基礎(chǔ)上增加了以太網(wǎng)10/100 MAC模塊 。片上集成的以太網(wǎng)MAC支持MII和RMII，因此，實現(xiàn)一個完整的以太網(wǎng)收發(fā)器只需一個外部PHY芯片。只使用一個25MHz晶振即可給整個微控制器 提供時鐘頻率，包括以太網(wǎng)和USB OTG外設(shè)接口。微控制器還能產(chǎn)生一個25MHz或50MHz的時鐘輸出，驅(qū)動外部以太網(wǎng)PHY層芯片，從而為客戶節(jié)省了一個附加晶振。

　　音頻功能方面，新系列微控制器提供兩個I2S音頻接口，支持主機和從機兩種模式，既用作輸入又可用作輸出，分辨率為16位或32位。音頻采樣頻 率從8kHz到96kHz。利用新系列微控制器強大的處理性能，開發(fā)人員可以用軟件實現(xiàn)音頻編解碼器，從而消除了對外部組件的需求。

　　把U盤插入微控制器的USB OTG接口，可以現(xiàn)場升級軟件；也可以通過以太網(wǎng)下載代碼進行軟件升級。這個功能可簡化大型系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（如遠程控制器或銷售終端設(shè)備）的管理和維護工作。

　　八、充分發(fā)揮 STM32架構(gòu)的優(yōu)勢：

　　除新增的功能強化型外設(shè)接口外，STM32互連系列還提供與其它STM32微控制器相同的標準接口，這種外設(shè)共用性提升了整個產(chǎn)品家族的應(yīng)用靈 活性，使開發(fā)人員可以在多個設(shè)計中重復使用同一個軟件。新STM32的標準外設(shè)包括10個定時器、兩個12位1-Msample/s 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （交錯模式下2-Msample/s）、兩個12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器、兩個I2C接口、五個USART接口和三個SPI端口。新產(chǎn)品外設(shè)共有12條DMA通道， 還有一個CRC計算單元，像其它STM32微控制器一樣，支持96位唯一標識碼。

　　新系列微控制器還沿續(xù)了STM32產(chǎn)品家族的低電壓和節(jié)能兩大優(yōu)點。2.0V到3.6V的工作電壓范圍兼容主流的電池技術(shù)，如鋰電池和鎳氫電 池，封裝還設(shè)有一個電池工作模式專用引腳Vbat。以72MHz頻率從閃存執(zhí)行代碼，僅消耗 27mA電流。低功耗模式共有四種，可將電流消耗降至兩微安。從低功耗模式快速啟動也同樣節(jié)省電能；啟動電路使用STM32內(nèi)部生成的8MHz信號，將微 控制器從停止模式喚醒用時小于6微秒。

　　九、存儲器和封裝選項：

　　在STM32F105和STM32F107互連型系列微控制器之前，意法半導體已經(jīng)推出STM32基本型系列、增強型系列、USB基本型系列和 增強型系列；新系列產(chǎn)品沿用增強型系列的72MHz處理頻率。內(nèi)存包括64KB到256KB閃存和 20KB到64KB嵌入式SRAM。新系列采用LQFP64、LQFP100和LFBGA100三種封裝，不同的封裝保持引腳排列一致性，結(jié)合STM32 平臺的設(shè)計理念，開發(fā)人員通過選擇產(chǎn)品可重新優(yōu)化功能、存儲器、性能和引腳數(shù)量，以最小的硬件變化來滿足個性化的應(yīng)用需求。

　STM32硬件關(guān)鍵設(shè)計精華集錦

　　如何保證ADC精度之STM32的ADC

　　共有最多3個ADC模塊，最多21個ADC輸入通道

　　特性

　　12位分辨率

　　自校準

　　轉(zhuǎn)換結(jié)束，注入轉(zhuǎn)換結(jié)束和發(fā)生模擬看門狗事件時產(chǎn)生中斷

　　帶內(nèi)嵌數(shù)據(jù)一致的數(shù)據(jù)對齊

　　非常豐富的操作模式

　　雙重模式（帶2個或以上ADC的器件）

　　ADC轉(zhuǎn)換時間：

　　1μs：ADC時鐘為14MHz時達到最快

　　14個時鐘周期，轉(zhuǎn)換周期可調(diào)：14、20、26、41、54、68、84、252

　　ADC供電要求：2.4V~3.6V

　　ADC輸入范圍：VREF-≤VIN≤VREF+

　　規(guī)則通道轉(zhuǎn)換期間有DMA請求產(chǎn)生

　　模擬看門狗

ADC輸入通道映射

　　STM32的雙ADC操作模式

ADC的誤差種類

　?。?） 理想ADC轉(zhuǎn)換曲線

　?。?） 實際ADC轉(zhuǎn)換曲線

　?。?） 實際ADC兩終點連線

　　ET 總誤差：實際ADC轉(zhuǎn)換曲線與理想曲線間的最 大偏離

　　EO 偏移誤差：實際轉(zhuǎn)換曲 線上第一次躍遷與理想 曲線中第一次躍遷之差

　　EG 增益誤差：實際轉(zhuǎn)換曲 線上最后一次躍遷與理 想曲線中最后一次躍遷 之差

　　ED 微分線性誤差：實際轉(zhuǎn) 換曲線上步距與理想步 距（1LSB）之差

　　EL 積分線性誤差：實際轉(zhuǎn) 換曲線與終點曲線間最 大偏離