(转)新一代嵌入式微处理器STM32F103的开发与应用

新一代嵌入式微处理器STM32F103的开发与应用关键字：STMF芯片嵌入式微处理器温度测量摘要：基于Cortex-M3内核的STM32F103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，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STM32F103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-Link仿真器的程序下载，程序在线调试，片上运行等过程，最终测量的温度转换为关键字：STMF芯片嵌入式微处理器温度测量摘要：基于Cortex-M3内核的STM32F103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，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STM32F103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-Link仿真器的程序下载，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Linux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KeilC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-M3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。2STM32F103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1MHz,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，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-Link下载仿真器等；软件主要包括KeilVision4IDE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-Link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）KeilVision4IDE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-Link仿真器将PC机和STM32F103开发板连接起来。（2）使用KeilVision4IDE开发平台创建新工程，编写源程序。打开KeilVision4软件，创建新的工程文件，为该工程选择器件：STMicroelectronics公司的STM32F103R8芯片，单击确定后会弹出对话框，提示是否选择将启动代码添加到目标工程。启动代码用来完成系统的初始化工作，对于嵌入式系统来说是必不可少的。选择？？是将启动代码加入到目标工程，这样可以大大节省启动代码的编写工作。工程创建完毕后，即可在该工程下新建C文件，编写源程序，完成后将其添加到工程中。最后将库文件STM32F10xRLIB和STM32F10xDLIB也添加到工程中。至此，程序创建工作结束。所需源文件及功能如表2示。表2完整工程所需文件（3）程序的编译、下载、仿真和调试等。程序编写完成后即可编译文件，编译无错误后选择Options选项，在Debug程序编译链接成功之后，选择Project/OptionsforTarge,t打开对话框后，选择Debug选项卡，在Use下拉按钮中选择Cortex-M3J-Link,选择好后点击settings,在弹出的对话框中点击Add按钮，选择STM32F10xMed-densityFlash。点击OK完成配置。通过Load即可将程序下载到目标器件中。如图1所示。如果需要对程序进行在线调试，选择Start/StopDebugSession,这时可以插入断点、设置指针、单步执行、复位等，还可以观察各个寄存器值的变化，进行波形仿真。总之可以很方便的在线调试程序。4应用程序开发实例下面以温度测量为例，具体介绍STM32F103处理器的开发使用方法。该处理器带有12位逐次逼近式ADC,其输入量程为VREF-~VREF+,在LQFP64引脚或更少的引脚封装形式中，它们在芯片内部与ADC的地VSSA和电源VDDA相连。由于STM32处理器在本设计中采用33V电压供电，因此其输入量程为0~33V。处理器内部自带一个温度传感器，它感知到MPU周围的温度变化，将其转化为电压的变化。该传感器的温度适应范围很宽，可以测量-40℃~+125℃之间变化的温度值，转换精度为±1.5℃,能够较好的满足温度测量的任务。4.1AD转换和数据传输通常情况下，内部温度传感器是关闭的，为了使其正常工作，首先需要选择ADC_IN16通道，因为该通道是内部通道，与温度传感器直接相连，其次要设置相关功能寄存器ADC_CR2的TSVREFE位，开启温度传感器和VREFINT通道。编写mainc文件时，首先配置系统时钟，然后进行引脚配置，主要是为串口数据发送和接收配置引脚，本设计采用通用I/O口PB10作为串口发送引脚，配置为推挽式输出，速度为50MHz;将通用I/O口PB11作为串口接收引脚，浮空输入模式。然后配置串口工作方式及中断，设置波特率为9600Baud、8位数据位、无校验位、1位停止位、无硬件流控制。然后使能串口的中断、发送、接收。将AD转换通道设为通道16,使能温度传感器。检测到ADC校准寄存器复位完成后，启动ADC校准，校准完成后软件触发启动ADC转换。设置while无限循环，等待串口中断，在中断程序stm32f10x_itc文件中，将转换结果数据通过串口发送到PC机。流程图如图2所示。图1Dubug选项的配置图2温度测量流程图图3C++Buider显示界面4.2显示界面的设计在PC机上，使用C++Builder软件制作显示界面。编写串口接收程序，将串口设置与发端一致，接收数据时以双字节十六进制形式接收。接收到的数据大小介于0~0x0FFF之间，换算为十进制数介于0~4095之间。由于VREF-=0V,VREF+=3.3V,因此，根据数值和电压值的关系算得当前电压值。VSENSE=Data/4096*3.3V。比如，若当前得到十进制数值为1773,则根据上述公式算得当前电压为1.428V。得到电压值之后，由公式：TA={（V25-VSENSE）/Avg_Slope}+25可进一步算出当前温度值。其中，V25为VSENSE在25℃时的大小，其值为1.43V;Avg_Slope为温度与VSENSE曲线的平均斜率，大小为4.3mV/℃。根据上例得出的当前电压1428V,可推算得温度值为25.36℃。得出结果的同时将该温度值在该界面中显示出来。结果显示如图3所示。5结束语：基于Cortex-M3内核的STM32F103系列处理器是新型的嵌入式微处理器，它在各方面指标上都远远优于51系列单片机，但是其开发使用方法却和51系列单片机一样简便，而且不需要操作系统的支持，因此开发工作量比起传统的嵌入式系统大大减少了。这些突出的优势使得STM32系列处理器在生产生活的各个领域都有很大的发展潜力，得到了越来越广泛的应用。本文从该款处理器的资源、性能和特点入手，较详细的介绍了其开发工具和开发流程，特别对KeilVision4开发平台的使用做了详细的说明。最后以温度测量实验为例，具体讲解了片上AD资源的开发使用方法，给读者提供了一个直观的印象，为开发者更好的使用该款微处理器提供借鉴。