The advanced peripherals of STM32

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举郦
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1 STM32 的优越特性 ARM 的 Cortex TM -M3 为核心北京, 南京, 上海, 深圳, 杭州, 天津, 武汉, 西安, 成都, 哈尔滨 2007 年 12 月

2 STM32 的优越特性产品线一览 STM32F10x 系统框图 STM32 的先进外设双通道 ADC 多功能定时器通用输入输出端口七通道的 DMA 高速通信口 (SPI I2C USART 等 )

3 闪存容量 ( 字节 ) 512 K 256 K STM32F10x 产品系列 72MHz Cortex-M3 CPU 宽范围的选择 6KB 至 20KB SRAM 两个系列 : 增强型 (STM32F103xx) 和基本型 (STM32F101xx) 系列间产品相互兼容 : 脚对脚软件和外设 2.0 至 3.6V / 兼容 5V 的 I/O 脚即将面世 128 K 已经上市的产品 STM32F103RB STM32F103VB STM32F101RB STM32F101VB 64 K STM32F103T8 STM32F101T8 STM32F103C8 STM32F101C8 STM32F103R8 STM32F101R8 STM32F103V8 STM32F101V8 32 K STM32F103T6 STM32F103C6 STM32F103R6 0 K STM32F101T6 36 脚 QFN STM32F101C6 48 脚 LQFP STM32F101R6 64 脚 LQFP 100 脚 LQFP/BGA 144 脚 LQFP/BGA

4 STM32F10x : 两个现行的产品系列两个系列都包含 : 多达 128K 字节的闪存 3 x USART 增强型 STM32F103 2 x SPI 2 x I 2 C 3 x 16 位定时器 72MHz CPU 多达 20K 字节 SRAM 2 个 12 位 ADC(1µs) 温度传感器 USB 2.0 全速 CAN 2.0B 专用 PWM 定时器 4-16MHz 主振荡器内嵌 8MHz 的 RC 振荡器和 32kHz 的 RC 振荡器基本型 STM32F101 实时钟 2 x 看门狗复位电路上电 / 断电复位电压检测 36MHz CPU 多达 16K 字节 SRAM 1 个 12 位 ADC (1µs) 温度传感器 7 通道 DMA 80% 管脚是通用 I/O

5 STM32F10x 结构框图 2V~3.6V 供电兼容 5V 的 I/O 管脚 CORTEXM3 CPU 36/72 MHz 闪存接口 32kB-128kB 闪存控制器电源控制 1.8V 1.8V 调压器 POR/PDR/PVD 优异的安全时钟模式带唤醒功能的低功耗模式内部 RC 振荡器内嵌复位电路工作温度范围 : -40/+85 C ~105 C RTC= 实时时钟 AWU=RTC 闹钟的自动唤醒功能 POR= 上电复位,PDR= 断电复位 PVD= 可编程电压监测器 JTAG/SW 调试调试嵌套矢量中断控制器系统时基定时器七个七个 DMA 通道通道六个六个位 PWM 同步高级定时器多达多达个外部中断 26/37/51/80 I/O I/O 端口端口 1 x SPI SPI 1 x USART/LIN 智能卡接口 /IrDa 调制解调器控制 ARM 轻型高速总线矩阵矩阵 / / 仲裁控制器 ( ( 最高最高 72MHz) ARM 外设总线桥桥 ( 最高 72MHz) 桥桥 6kB-16/20 kb kb SRAM 字节后备寄存器时钟控制 ARM 外设总线 ( 最高 36MHz) 3 个位定时器 2 个看门狗 (( 独立和窗口型 )) 1 或 2 路位 ADC 通道通道,1,1 兆采样 / 秒 / 温度传感器晶体振荡器 32KHz + 4~16MHz 内置阻容振荡器 32KHz + 8MHz PLL PLL RTC RTC // AWU 1 个 USB 全速全速 1 个 CAN 2.0B 2 x USART/LIN 智能卡接口 /IrDa 调制解调器控制 1 x SPI SPI 2 x II 2 2 C

6 STM32 的优越特性产品线一览 STM32F10x 系统框图 STM32 的先进外设双通道 ADC 多功能定时器通用输入输出端口七通道的 DMA 高速通信口 (SPI I2C USART 等 )

7 ADC 的双通道模式在 16 个通道上传统的同步模式 ADC2 ADC1 CH0 CH1 CH2 CH3 CH15 CH14 CH13 CH12 CH15 CH0 ADC1 和 ADC2 采样转换结束触发通道采样注 : 不能在同一时间使用两个 ADC 通道对同一路信号进行采样在一个普通的通道上采用快速的交叉模式进行连续的采样触发通道采样 ADC2 ADC1 CH0 CH0 7 ADCCLK 周期 ADC2 转换结束 CH0 CH0 CH0 CH0 ADC1 转换结束采样转换

8 更多 ADC 的特点扫描模式连续采样及采样时间可调扫描模式 : 按程序安排的顺序对指定的通道采样连续采样 : 重复地对指定的通道按序采样采样时间 : 程序可独立设置对每个通道的采样时间 CH0 CH1 CH5 CH3 CH8 转换结果可通过 DMA 传送到指定缓冲区任意 ADC 通道可被指定为模拟看门狗当转换结果高于或低于指定阀值则产生中断最短转换时间只有 1µs 自校准功能

9 处于低速 APB(APB1) 内部时钟可达 72MHz 16 位计数器通用定时器向上向下和中心计数自动重装载每个定时器有 4 个 16 位高精度的捕获 / 比较通道输入捕获输出比较功能 PWM 模式单脉冲输出模式解码器模式 ( 毛刺过滤机制 ) 同步机制 : 与外部事件或其它定时器同步 6 个独立的中断 /DMA 请求线

10 通用定时器框图 ETR 时钟 ITR 1 ITR 2 ITR 3 ITR 4 触发 / 时钟控制器触发输出中心对称向上计数向下计数 16 位预分频器 UEV 自动重装载 +/- 16 位计数器定时器时钟中断中断 CH1 捕获 / 比较 CH1 OC1 CH2 捕获 / 比较 CH2 新的 CCR1 CH3 捕获 / 比较 CH3 CCR1 CH4 捕获 / 比较 CH4

11 定时器同步配置示例接力模式 :TIM1 作为 TIM2 的主定时器,TIM2 配置为 TIM1 的从定时器和 TIM3 的主定时器一个主定时器多个从定时器的配置 :TIM1 作为主,TIM2 TIM3 和 TIM4 作为从定时器时钟 TIMER 1 TRG 1 TRG 2 TIMER 2 TIMER 3 时钟 TIMER 1 TRG 1 TIMER 2 主从 / 主从主从定时器和外部触发同步 :TIM1 TIM2 和 TIM3 是由外部信号驱动外部时钟 TIMER 1 TIMER 3 从 TIMER 4 TIMER 2 TIMER 3 可用于实现 32 位的定时精度从

12 高级定时器除普通定时器的功能外, 高级定时器还有许多额外的功能 TIM1 处于高速的 APB (APB2) 重复计数器 6 路互补输出 ( 带死区控制 ): 通道 1 2 和 3 独立地选择每个输出的极性独立地选择输出空闲状态霍尔传感器编码器接口 8 个独立的中断 /DMA 请求线内置安全保护机制配置寄存器的写保护紧急故障输入停机保护 ( 禁止 PWM 输出, 产生中断 )

13 高级定时器专为电机控制而设计的功能 6 路互补输出 ( 带死区控制 ): 通道 1 2 和 3 霍尔传感器编码器接口内置安全保护机制 ADC 12 位精度单通道 1M 采样 / 秒双通道 2M 采样 / 秒定时器触发 ADC 的转换开始 Cortex-M3 的计算能力保证 FOC 算法的快速实现 21us 完成一次 FOC 运算在 10kHz 载频下,CPU 的负载小于 30%

14 通用输入输出端口多达 80 个标准 I/O 端口, 包括 16 个模拟输入所有 ( 非 ADC) I/O 端口均为 5V 兼容,20mA 驱动能力高达 18MHz 翻转速度复用功能管脚 ( 包括 USARTx I2Cx SPIx CAN USB ) 所有 I/O 端口可作为外部中断输入 ( 同时可有 16 个输入 ) PA.00 可作为从待机模式唤醒的管脚 PC.13 可作为侵入检测管脚通过 BSRR 和 BRR 寄存器可实现管脚的原子设置 / 清除具有上锁功能, 避免意外修改 I/O 寄存器配置

15 GPIO 的附加功能某些复用管脚可以重映射到其他管脚, 方便 PCB 的设计所有调试管脚均可用作普通 I/O 管脚复用功能 USART3_REMAP[1:0] = 00 ( 无重映射 ) USART3_REMAP[1:0] USART3_REMAP[1:0] = 01 ( 部分重映射 ) (1) = 11 ( 完全重映射 ) (2) USART3_TX PB10 PC10 PD8 USART3_RX PB11 PC11 PD9 USART3_CK PB12 PC12 PD10 USART3_CTS PB13 PD11 USART3_RTS PB14 PD12 (1) 重映射只适用于 64 和 100 脚的器件 (2) 重映射只适用于 100 脚的器件

USART2_TX USART2_RX USART2_CK USART1_TX USART1_RX TIM3_CH1 TIM3_CH2

16 STM32F103xx 增强型 LQFP100 管脚图 TIM4_CH1 TIM4_CH2 TIM4_CH3 TIM4_CH4 GPIO 重映射实例 SPI1_NSS SPI1_SCK SPI1_MISO SPI1_MOSI USART2_CTS USART2_RTS USART2_TX USART2_RX USART2_CK USART1_TX USART1_RX TIM3_CH1 TIM3_CH2 TIM3_CH3 TIM3_CH4 USART3_TX USART3_RX USART3_CK USART3_CTS USART3_RTS TIM2_CH3 TIM2_CH4

17 DMA 控制器 DMA 控制器提供 7 个传输通道 USART1_TX ADC1 USART3_TX USART3_RX TIM4_CC2 TIM1_CCU TIM1_UP USART1_RX USART2_RX USART2_TX TIM2_CC3 TIM4_CC1 TIM2_UP TIM1_CC1 TIM3_CC3 TIM3_CC4 SPI1_TX SPI1_RX TIM1_CC2 TIM1_CC4 TIM3_UP SPI2_RX TIM1_TRIG SPI2_TX I2C2_RX I2C2_TX TIM2_CC1 TIM3_CC1 TIM4_CC3 I2C1_TX TIM2_CC2 TIM1_CC3 TIM4_UP TIM3_TRIG TIM2_CC4 I2C1_RX OR OR OR OR OR OR OR 软件触发软件触发软件触发软件触发软件触发软件触发软件触发通道 1 通道 2 通道 3 通道 4 通道 5 通道 6 通道 7 高优先级请求低优先级请求 DMA 请求

18 I2C 高速通信端口 CAN 主或从传输设备两个从地址,7/10 位地址标准速度 (100kHz) 和高速 (400kHz) 兼容 SMBus2.0 和 PMBus USART 高达 4.5M 位 / 秒支持 LIN IrDA 编解码 ISO 智能卡接口调制解调器 CTS/RTS 控制接口 USB USB2.0 的全速设备多达 8 个端点专用数据缓冲区经过 USB-IF 认证支持 CAN2.0A 和 B 多达 8 个端点 1M 位 / 秒数据率 SPI 全双工, 主或从传输高达 18 兆位 / 秒的时钟速度 CRC 校验支持 SD/MMC 读写操作

19 内部 Flash 的保护措施所有 STM32 的芯片都提供对 Flash 的保护, 防止对 Flash 的非法访问写保护和读保护读保护是作用于整个 Flash 存储区, 一旦设置了 Flash 的读保护, 内置的 Flash 存储区只能通过程序的正常执行才能读出, 而不能通过下述任何一种方式读出 : 通过调试器 (JTAG 或 SWD) 从 RAM 中启动并执行的程序写保护是以四页 (1KB/ 页 )Flash 存储区为单位提供保护, 对被保护的页实施编程或擦除操作将不被执行, 同时产生操作错误标志读保护写保护对 Flash 的操作功能有效有效 CPU 只能读 ; 禁止调试和非法访问有效无效 CPU 可以读写 ; 禁止调试和非法访问 ; 页 0~3 为写保护无效有效 CPU 可读 ; 允许调试和非法访问无效无效 CPU 可以读写 ; 允许调试和非法访问

IEC 60335-1 标准测试和认证从 2007 年 10 月起,IEC 60335-1( 家电及类似电气设备安全 ) 要求基于微控制器的家电设备的软件须按照对家电总体安全性影响的原则接受评估当某些故障与微控制器有关时, 嵌入式软件必须含有自检例程, 必须按照 B 类要求评估软件的检测重要安全故障的能力 ST 为 STM32

20 IEC 标准测试和认证从 2007 年 10 月起,IEC ( 家电及类似电气设备安全 ) 要求基于微控制器的家电设备的软件须按照对家电总体安全性影响的原则接受评估当某些故障与微控制器有关时, 嵌入式软件必须含有自检例程, 必须按照 B 类要求评估软件的检测重要安全故障的能力 ST 为 STM32 系列专门开发自检软件模块, 已经通过全球公认的德国电气电子及信息技术 (VDE) 测试认证协会的认证 ST 是第一个获得 32 微控制器例程认证的半导体厂商, 这一举措表明 ST 非常重视家电市场 ST 将向 STM32 的设备制造商免费提供经过验证的软件, 为家电厂商省去了开发自检例程的工作, 同时减少取得产品认证所花费的精力和成本

21 IEC B 类对 MCU 的要求简介某些要求与特定的应用相关, 依赖于客户的知识和系统的结构通信协议模拟输入检测与电机参数相关的程序中断处理某些要求只与 MCU 的通用部分相关, 这部分由 ST 的自检程序处理核心自检 RAM 功能测试 ROM/Flash 的一致性时钟振荡器的频率 CPU 寄存器 CPU 程序指针需要检测的部件中断处理和执行时钟非变量存储器变量存储器内部寻址内部数据通路外部寻址 ( 如果存在 ) 外部通信时序 I/O 设备模拟 A/D 和 D/A 模拟多路转换

22 内容预览 STM32 的优越特性 STM32 的开发平台与工具向 STM32 移植软件 Q & A

独立于所有软件工具 - 运行于 ST 的 STM32F10x- EVAL 评估板, 并可方便地移植到其他开发板

23 STM32F10x 固件函数库 STM32F10x 固件库 - 以标准 ANSI-C 书写 - 与 MISRA C 2004 兼容 - 独立于所有软件工具 - 自带注释 STM32F10x 例程对每一个外设都有一组例程 - 独立于所有软件工具 - 运行于 ST 的 STM32F10x- EVAL 评估板, 并可方便地移植到其他开发板 STM32F10x 项目模板 - 对每一种工具链都有一个空的项目模板 - 自带入门手册 - 包含启动文件和链接文件

24 USB 开发套件 STM32F10x USB 函数库 - 经认证的 USB 2.0 全速设备 - 以标准 ANSI-C 书写 - 独立于所有软件工具 - 独立于固件函数库 - 自带注释 STM32F10x USB 开发套件演示例程 - 覆盖所有 USB 传输类型 - 独立于所有软件工具 - 运行于 ST 的 STM32F10x- EVAL 评估板, 并可方便地移植到其他开发板免费从 ST 网站下载

25 STM3210B-MCKIT 电机演示套件电源部分的硬件参考设计带完整源程序的三相感应电机和 PMSM 电机的软件库包含 PMSM 电机独立的或用户界面驱动的库函数 STM32 电机控制入门套件调试器 / 编程器隔离板 STM32 控制器板电源板 PMSM 电机感应电机 ( 选件 ) ( 标配 )

26 编译器和集成开发环境 STM32 开发工具编程设备集成开发环境调试器和 GNU 编译器等

27 Cortex-M3 简化了开发环境 C 文件 ARM7 的项目汇编 Cortex-M3 的项目 C 文件 ARM ARM ARM ARM ARM Thumb ARM Thumb Thumb2 链接链接 Cortex-M3 被设计成只使用 C 编程 : 包括复位中断和异常处理

28 ARM7 到 STM32 工具的过渡如果您已经在使用 KEIL 的 RVMDK 或 IAR 的 EWARM 工具和调试器开发 ARM7 的产品, 只要您的软件授权依然有效, 则您不需再为 STM32 的开发支付费用您只需升级到最新的软件包以支持 STM32 RVMDK 为 3.05 版 EWARM 为 V4.42A 版 STM32 有两个调试接口 JTAG: 不需更新您的 JTAG 调试器, 只需更新对应的 DLL 串行调试接口 (SWD): 需要升级硬件的调试接口 KEIL 的 ULink2 已集成了 SWD JLink 6.0 具有 SWD 功能

29 内容预览 STM32 的优越特性 STM32 的开发平台与工具向 STM32 移植软件 Q & A

30 不同的工具软件界面的差异软件移植的常见问题特定的 C 编译选项不支持某些特殊语句调试方式的改变不同的 CPU 架构中断的处理位单元的访问存储器的分配与映射外设单元结构的改变 Keil MDK 最大限度地保留了传统 8051 程序员所熟悉的软件环境使用 ST 提供的固件库嵌入式调试跟踪方便了在线调试和在现场调试除了响应速度的改变外, 与传统的 8051 无差别大大扩展了寻址范围 ( 位寻址范围达 1MB), 程序员获得了更大的自由度程序员在概念上需要重新适应

31 软件移植中可能的困难有严格时序要求的程序段等待与轮询通过指令延迟通过定时器的中断使用新的功能导致程序结构的调整 DMA FIFO 中断优先级的处理最困难的部分, 唯一的办法是一点点拼凑需要验证和测试需要从新设计程序结构可以考虑增加新的功能

32 内容预览 STM32 的优越特性 STM32 的开发平台与工具向 STM32 移植软件 Q & A

33 谢谢!

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