新一代嵌入式微处理器STM32F103开发与应用

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        基于Co rtex- M3内核的STM 32F103系列芯片是新型的32位嵌入式微处理器, 它是不需操作系统的ARM, 其性能远高于51系列单片机
  单片机是单片微型计算机(Single-Chip Microcomputer)的简称,是一种将中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)采用超大规模集成电路技术集成到一块硅片上构成的微型计算机系统。 [全文]
, 但开发过程与51系列单片机一样简便, 因而在很多应用场合可替代51系列单片机。本文从STM 32F103系列芯片性能特点和片上资源入手, 重点介绍其开发工具以及开发流程。并以温度测量为例, 具体说明了基于Keil? Vision4软件的工程建立、源程序编辑、编译, 基于J- L ink仿真器仿真器
  仿真器是用于嵌入式及其他行业中,用可控的手段来模拟微机对程序的控制和运行的一种硬件。它能够完全反应真实硬件的运行情况,是开发过程中的必需品。 [全文]
的程序下载, 程序在线调试, 片上运行等过程, 最终测量的温度转换为数字量, 通过串口发送至PC 机显示。
  1 引言
  嵌入式微处理器正越来越广泛的应用在生产生活的各个领域, 但是传统的嵌入式微处理器要么是8位的处理器, 性能有限, 要么是32位基于ARM 的微处理器在使用上需要嵌入式操作系统的支持, 比如L inux操作系统, 使得系统不够精炼。这一情况直到ARM 公司推出Cortex- M 内核才得以改善, 它无需操作系统,可以像单片机一样使用Ke il C 语言进行编程, 极大的减少了开发者的工作量。2007年6月, ST 公司及时推出了一款基于Cortex- M 3内核的新型ARM 处理器: STM32系列微处理器。本文以STM32F103处理器为例, 列举了开发需要用到的各种软硬件资源及其作用, 较详细介绍了处理器开发使用方法, 随后具体到以温度传感器传感器
  凡是利用一定的物性(物理、化学、生物)法则、定理、定律、效应等把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。传感器是测量系统中的一种前置部件,它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是:“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”,而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的系统”。传感器是传感系统的一个组成部分,它是被测量信号输入的第一道关口。 [全文]
检测温度这一实际应用, 给开发者提供一个更加直观的印象, 目的就是让开发者能尽快了解熟悉该处理器的特点, 掌握该系列处理器的开发使用方法。
  2 stm32F103系列微处理器简介
  STM32F103系列微处理器是首款基于ARMv7- M体系结构的32位标准RISC (精简指令集)处理器, 提供很高的代码效率, 在通常8位和16位系统的存储空间上发挥了ARM 内核的高性能。该系列微处理器工作频率为72MHz,内置高达128K 字节的Flash存储器存储器
  存储器是用来存储程序和数据的部件,有了存储器,计算机才有记忆功能,才能保证正常工作。它根据控制器指定的位置存进和取出信息。 [全文]
和20K 字节的SRAM,具有丰富的通用I /O 端口。
  作为最新一代的嵌入式ARM 处理器, 它为实现MCU 的需要提供了低成本的平台、缩减的引脚数目、降低的系统功耗, 同时提供了卓越的计算性能和先进的中断响应系统。丰富的片上资源使得STM32F103系列微处理器在多种领域如电机驱动、实时控制、手持设备、PC 游戏外设和空调系统等都显示出了强大的发展潜力。
  STM32F103系列微处理器主要资源和特点如下:
  ( 1)多达51个快速I /O 端口, 所有I/O口均可以映像到16个外部中断, 几乎所有端口都允许5V 信号输入。每个端口都可以由软件配置成输出(推挽或开漏)、输入(带或不带上拉或下拉) 或其它的外设功能口。
  ( 2) 2个12位模数转换器, 多达16个外部输入通道, 转换速率可达1MH z, 转换范围为0~ 36V; 具有双采样和保持功能; 内部嵌入有温度传感器温度传感器
  温度压力传感器是由温度敏感元件和检测线路组成的。温度传感器从使用的角度大致可分为接触式和非接触式两大类,前者是让温度传感器直接与待测物体接触,来敏感被测物体温度的变化,而后者是使温度传感器与待测物体离开一定的距离,检测从待测物体放射出的红外线,从而达到测温的目的。   传统的热电偶、热电阻、热敏电阻及半导体温度传感器都是将温度值经过一定的接口电路转换后输出模拟电压或电流信号,利用这些电压或电流信号即可进行测量控制。而将模拟温度传感器与数字转换接口电路集成在一起,就成为具有数字输出能力的数字温度传感器。随着半导体技术的迅猛发展,半导体温度传感器与相应的转换电路、接口电路以及各种其它功能电路逐渐集成在一起,形成了功能强大、精确、价廉的数字温度传感器。 [全文]
, 可方便的测量处理器温度值。
  ( 3)灵活的7路通用DMA 可以管理存储器到存储器、设备到存储器和存储器到设备的数据传输, 无须CPU 任何干预。通过DMA可以使数据快速地移动, 这就节?? CPU 的资源来进行其他操作。DMA 控制器支持环形缓冲区的管理, 避免了控制器传输到达缓冲区结尾时所产生的中断。它支持的外设包括: 定时器、ADC、SPI、I2C和USART 等。
  ( 4)调试模式: 支持标准的20脚JTAG 仿真调试以及针对Cortex- M3内核的串行单线调试( SWD )功能。通常默认的调试接口是JTAG 接口。
  ( 5)内部包含多达7个定时器, 具体名称和功能如表1所示。
  ( 6)含有丰富的通信接口: 三个USART异步串行通信接口、两个I2C 接口、两个SPI接口、一个CAN 接口和一个USB接口, 为实现数据通信提供了保证。
表1 各个定时器名称及其作用


  3 开发工具和流程
  3.1 开发工具
  对STM32F103系列MPU 开发前, 需要准备相应的软硬件。其中硬件主要包括STM32F103开发板(或用户目标板)、J- L ink下载仿真器等; 软件主要包括Ke il V ision4 IDE 开发平台。下面对各自的功能和特点做简要说明。
  ( 1) STM32F103开发板(或用户目标板)是开发目标对象。
  ( 2) J- L ink下载仿真器是程序下载的枢纽, 它带有的标准20芯扁平电缆电缆
  电缆是一种用以传输电能信息和实现电磁能转换的线材产品。既有导体和绝缘层,有时还加有防止水份侵入的严密内护层,或还加机械强度大的外护层,结构较为复杂,截面积较大的产品叫做电缆。 [全文]
可将程序通过JTAG 接口下载到处理器内部存储空间; 无需外部供电, 用USB 连接线与PC 机连接好后即可工作; 还具有下载速度快、功耗低的特点。
  ( 3) Ke il V ision4 IDE 是一个基于窗口的软件开发平台, 它集成了强大而且现代化的编辑器、工程管理器和make工具, 几乎集成了嵌入式系统开发所需的全部工具: C /C + + 编译器、宏汇编器、链接/定位器、HEX 文件生成器等。该软件提供了两种工作模式: 编译和调试模式。在编译模式中, 开发者可以创建工程、选择目标器件、新建文件、输入源代码、生成可执行文件; 调试模式中, 开发者可以利用其强大的集成调试器对应用程序进行调试, 如设置断点、单步执行等, 方便了程序错误的查找和修改。
  3.2 开发流程
  ( 1)用J- L ink仿真器将PC 机和STM32F103开发板连接起来。
  ( 2)使用K eil V ision4 IDE开发平台创建新工程, 编写源程序。

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