STM32F10x在OTP MCU編程器中的應(yīng)用

　　OTP單片機(jī)因其價(jià)格低廉、性能成熟在許多小家電中得以廣泛應(yīng)用。硬件編程器通常是其開發(fā)過程中必不可少的設(shè)備。本案是用于該類單片機(jī)的硬件編程器，可對(duì)該類單片機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)編程和脫機(jī)編程；還可以測(cè)試該類單片機(jī)的工作頻率、工作電壓等多項(xiàng)參數(shù)，一機(jī)多用。

　　1、STM32F101R8主要特性

　　STM32F10x系列是ST公司推出的基于ARM最新架構(gòu)Cortex-M3內(nèi)核的MCU。集成了存儲(chǔ)器、時(shí)鐘、復(fù)位和電源管理電路，DMA控制器，模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器，快速IO口，多功能定時(shí)器及各種通訊端口。具有多種低功耗模式、在線調(diào)試端口。該系列MCU引腳、外設(shè)、軟件具有高度兼容性，能應(yīng)用到許多領(lǐng)域中。

　　本案選用了基本型器件STM32F101R8。這顆器件的主要特性有：

• 　　ARM 32位Cortex-M3 CPU，36MHz，單周期乘法和硬件除法器
• 　　64KB FLASH，10KB SRAM
• 　　2.0~3.6V，POR，PDR，PVD
• 　　內(nèi)部8MHz、40kHz RC振蕩器，PLL；外部4~16MHz晶體，32kHz用于RTC和備份域
• 　　7通道DMA控制器
• 　　3個(gè)4通道通用定時(shí)器，IC/OC/PWM
• 　　2個(gè)SPI口，最高18Mbis/s
• 　　2個(gè)I2C接口，支持SMBus
• 　　3個(gè)USART，支持ISO7816，LIN，IrDA，Modem
• 　　1個(gè)16通道12位ADC
• 　　低功耗模式：睡眠、停止、待機(jī)
• 　　SWD和JTAG在線調(diào)試
• 　　CRC計(jì)算，96位唯一ID
• 　　51個(gè)IO口
• 　　小型LQFP64封裝

　　2、編程器硬件設(shè)計(jì)

　　編程器通過串口或其它通訊口與配套工具軟件通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片的聯(lián)機(jī)編程。脫機(jī)時(shí)則通過按鍵控制對(duì)芯片的編程。

　　編程器硬件框圖如圖1所示。

圖1 編程器硬件框圖

　　編程器產(chǎn)生芯片所需的工作和編程電壓，并根據(jù)需要控制所有電壓的開啟和關(guān)閉。同時(shí)，利用主控制器內(nèi)部多通道ADC檢測(cè)供電電壓和編程電壓，一旦電壓發(fā)生異常即關(guān)斷系統(tǒng)。

　　指示燈編程器用主控制器高驅(qū)動(dòng)能力口線直接控制指示燈的開關(guān)，指示編程器的各種工作狀態(tài)。

　　通過編程接口對(duì)OTP芯片編程，同時(shí)還供給芯片工作時(shí)鐘，檢測(cè)芯片內(nèi)部振蕩器的頻率。

　　STM32F101R8的應(yīng)用連接如圖2所示。

圖2 STM32F應(yīng)用連接圖

　　其中，CLK提供OTP芯片工作時(shí)鐘；AD0 ~ AD4共5路電壓輸入，用于檢測(cè)系統(tǒng)的工作電源和編程電壓；f1_TST和f2_TST則用于檢測(cè)OTP芯片的內(nèi)部振蕩器頻率。RXD、TXD是編程器和上位機(jī)之間的通訊接口（UART），SCL和SDA是STM32F10x和OTP芯片之間的通訊接口（I2C，亦可用SPI等）。

　　L1、L2、L3連接到指示燈，BEEP連接到蜂鳴器，KEY連接到脫機(jī)編程按鍵。其余引腳控制編程電壓和編程接口的開關(guān)。

　　3、編程器軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 主流程

　　軟件主流程圖如圖3所示。

圖3 軟件主流程圖

　　主流程看起來非常簡(jiǎn)單，因?yàn)槌绦虺浞掷昧薙TM32F10x強(qiáng)大的中斷能力。

　　3.2 ADC、DMA和TIM的設(shè)計(jì)

　　在上圖的主循環(huán)中，沒有對(duì)ADC的任何處理，這是因?yàn)槌绦虿捎昧硕〞r(shí)啟動(dòng)ADC、用DMA自動(dòng)讀取ADC的采樣數(shù)據(jù)、并在DMA中斷中處理ADC數(shù)據(jù)的方法。采用這種工作方式，只需要在初始化過程中正確設(shè)置ADC、DMA和定時(shí)器即可，其它都在相應(yīng)的ISR中完成。

　　DMA1通道1連接到ADC，配置如下：外設(shè)基地址是ADC1的數(shù)據(jù)寄存器地址，存儲(chǔ)器基地址是開辟的緩沖區(qū)首地址，數(shù)據(jù)源是外設(shè)，數(shù)據(jù)目的是緩沖區(qū)，緩沖區(qū)大小為5個(gè)單元，外設(shè)地址不自動(dòng)增量而存儲(chǔ)器地址則自動(dòng)增量，數(shù)據(jù)均為半字，循環(huán)模式，高優(yōu)先級(jí)，傳輸完成產(chǎn)生中斷。

　　ADC設(shè)置為掃描模式，數(shù)據(jù)右對(duì)齊，軟件觸發(fā)轉(zhuǎn)換，共5個(gè)通道，最大采樣時(shí)間，且在開機(jī)復(fù)位后校準(zhǔn)一次。

　　用TIM2 CH2控制ADC定時(shí)轉(zhuǎn)換。定時(shí)器配置為計(jì)數(shù)時(shí)鐘1MHz，CH2為輸出比較模式，定時(shí)中斷。

　　每當(dāng)產(chǎn)生TIM2 CC2中斷，就啟動(dòng)ADC1按既定順序?qū)λ型ǖ擂D(zhuǎn)換一次，DMA則自動(dòng)保存每個(gè)通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果。當(dāng)所有通道轉(zhuǎn)換完畢，DMA產(chǎn)生中斷，在此中斷中處理數(shù)據(jù)。本案采用了如下方法：每3次數(shù)據(jù)中取中值，每8個(gè)中值再取平均值作為最后的轉(zhuǎn)換結(jié)果，并據(jù)此判斷各電壓是否正常。

　　3.3 用PWM方式產(chǎn)生OTP芯片的工作時(shí)鐘

　　本案編程器提供給OTP單片機(jī)的是2MHz的工作時(shí)鐘（其它頻率也可）。本案利用TIM的PWM功能輸出一個(gè)2MHz的方波。

　　TIM4的計(jì)數(shù)時(shí)鐘為36MHz，CH4設(shè)置為PWM1模式。設(shè)置完成、啟動(dòng)TIM4后無需其它代碼即可在相應(yīng)引腳上輸出時(shí)鐘信號(hào)，并可控制其啟動(dòng)和停止。。

　　3.4 頻率檢測(cè)

　　本案采用主控制器內(nèi)部的SySTick產(chǎn)生1s中斷，并配合另一個(gè)定時(shí)器計(jì)數(shù)OTP單片機(jī)的頻率輸出。因?yàn)镾TM32F10x的工作主頻很高，因此可以很準(zhǔn)確地檢測(cè)OTP單片機(jī)的內(nèi)部振蕩頻率。

　　程序設(shè)計(jì)時(shí)利用了ST提供的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.3.0。限于篇幅，具體代碼不詳述。

　　4、結(jié)語

　　本方案已在多種OTP單片機(jī)上測(cè)試，編程可靠，測(cè)量準(zhǔn)確，效果很好。