STM32單片機(jī)硬件關(guān)鍵基礎(chǔ)精華及注意事項(xiàng)

STM32簡單介紹

　　一、背景

　　如果你正為項(xiàng)目的處理器而進(jìn)行艱難的選擇：一方面抱怨16位單片機(jī)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(gè)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(duì)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(huì)擔(dān)心這款針對(duì)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(huì)考慮到開發(fā)工具的成本和廣泛度；存儲(chǔ)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(huì)得到一個(gè)滿意的答案。

　　對(duì)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(huì)擔(dān)心開發(fā)工具是否能夠很快的上手？開發(fā)復(fù)雜度和整體成本會(huì)不會(huì)增加？產(chǎn)品上 市時(shí)間會(huì)不會(huì)延長？沒錯(cuò)，對(duì)于32位嵌入式處理器來說，隨著時(shí)鐘頻率越來越高，加上復(fù)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(jì)大大簡化，而且開發(fā)工具的整體價(jià)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(gè)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(gè)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(huì)對(duì)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(huì)引起競爭對(duì)手策略的改變……翅膀已煽動(dòng)，讓我們一起靜觀其變！

　　二、STM32市面上流通的型號(hào)

　　截至2010年7月1日，市面流通的型號(hào)有：

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

　　增強(qiáng)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(shí)消耗36mA（所有外設(shè)處于工作狀態(tài)），待機(jī)時(shí)下降到2μA

　　最大的集成度

　　復(fù)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(shí)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(fù)位電路

　　工作溫度范圍：-40℃至+85℃或105℃

　　五、性能特點(diǎn)

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

　　增強(qiáng)型STM32F103：72MHz CPU，多達(dá)20K字節(jié)SRAM，2x12位ADC 溫度傳感，PWM定時(shí)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(gè)全速USB（OTG）接口，使終端產(chǎn)品在連接另一個(gè)USB設(shè)備時(shí)既可以 充當(dāng)USB主機(jī)又可充當(dāng)USB從機(jī)；還增加一個(gè)硬件支持IEEE1588精確時(shí)間協(xié)議（PTP）的以太網(wǎng)接口，用硬件實(shí)現(xiàn)這個(gè)協(xié)議可降低CPU開銷，提高 實(shí)時(shí)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(gè)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)工作，因此，開發(fā)人員只需一顆芯片就能設(shè)計(jì)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(qiáng)化了音頻性能，采用一個(gè)先進(jìn)的鎖相環(huán)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)音頻級(jí)別的I2S通信。結(jié)合USB主機(jī)或從機(jī)功能，STM32可以從 外部存儲(chǔ)器（U盤或MP3播放器）讀取、解碼和輸出音頻信號(hào)。設(shè)計(jì)人員還可以在新系列微控制器上開發(fā)人機(jī)界面（HMI）功能，如播放和停止按鍵，以及顯示 器界面。這個(gè)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(jìn)的面向連接的外設(shè)，標(biāo)準(zhǔn)的STM32外設(shè)（包括一個(gè)PWM定時(shí)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(dòng)化）整合多種功能，如馬達(dá)控制、用戶界面控制和設(shè)備互連功能。其它目標(biāo)應(yīng)用包括需要聯(lián) 網(wǎng)、數(shù)據(jù)記錄或USB外設(shè)擴(kuò)展功能的系統(tǒng)，如病患監(jiān)視、銷售終端機(jī)、自動(dòng)售貨機(jī)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(dǎo)體免費(fèi)提供的軟件庫以及第三方工具廠商的廣泛支持。意法半導(dǎo)體還將推出一個(gè)新的評(píng)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(gè)型號(hào)：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(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的以太網(wǎng)收發(fā)器只需一個(gè)外部PHY芯片。只使用一個(gè)25MHz晶振即可給整個(gè)微控制器 提供時(shí)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(gè)25MHz或50MHz的時(shí)鐘輸出，驅(qū)動(dòng)外部以太網(wǎng)PHY層芯片，從而為客戶節(jié)省了一個(gè)附加晶振。

　　音頻功能方面，新系列微控制器提供兩個(gè)I2S音頻接口，支持主機(jī)和從機(jī)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(qiáng)大的處理性能，開發(fā)人員可以用軟件實(shí)現(xiàn)音頻編解碼器，從而消除了對(duì)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(jí)軟件；也可以通過以太網(wǎng)下載代碼進(jìn)行軟件升級(jí)。這個(gè)功能可簡化大型系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（如遠(yuǎn)程控制器或銷售終端設(shè)備）的管理和維護(hù)工作。

　　八、充分發(fā)揮 STM32架構(gòu)的優(yōu)勢：

　　除新增的功能強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)接口，這種外設(shè)共用性提升了整個(gè)產(chǎn)品家族的應(yīng)用靈 活性，使開發(fā)人員可以在多個(gè)設(shè)計(jì)中重復(fù)使用同一個(gè)軟件。新STM32的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)包括10個(gè)定時(shí)器、兩個(gè)12位1-Msample/s 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （交錯(cuò)模式下2-Msample/s）、兩個(gè)12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器、兩個(gè)I2C接口、五個(gè)USART接口和三個(gè)SPI端口。新產(chǎn)品外設(shè)共有12條DMA通道， 還有一個(gè)CRC計(jì)算單元，像其它STM32微控制器一樣，支持96位唯一標(biāo)識(shí)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(diǎn)。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(gè)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(dòng)也同樣節(jié)省電能；啟動(dòng)電路使用STM32內(nèi)部生成的8MHz信號(hào)，將微 控制器從停止模式喚醒用時(shí)小于6微秒。

　　九、存儲(chǔ)器和封裝選項(xiàng)：

　　在STM32F105和STM32F107互連型系列微控制器之前，意法半導(dǎo)體已經(jīng)推出STM32基本型系列、增強(qiáng)型系列、USB基本型系列和 增強(qiáng)型系列；新系列產(chǎn)品沿用增強(qiáng)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(tái)的設(shè)計(jì)理念，開發(fā)人員通過選擇產(chǎn)品可重新優(yōu)化功能、存儲(chǔ)器、性能和引腳數(shù)量，以最小的硬件變化來滿足個(gè)性化的應(yīng)用需求。

　STM32硬件關(guān)鍵設(shè)計(jì)精華集錦

　　如何保證ADC精度之STM32的ADC

　　共有最多3個(gè)ADC模塊，最多21個(gè)ADC輸入通道

　　特性

　　12位分辨率

　　自校準(zhǔn)

　　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(shí)產(chǎn)生中斷

　　帶內(nèi)嵌數(shù)據(jù)一致的數(shù)據(jù)對(duì)齊

　　非常豐富的操作模式

　　雙重模式（帶2個(gè)或以上ADC的器件）

　　ADC轉(zhuǎn)換時(shí)間：

　　1μs：ADC時(shí)鐘為14MHz時(shí)達(dá)到最快

　　14個(gè)時(shí)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(shí)際ADC轉(zhuǎn)換曲線

　?。?） 實(shí)際ADC兩終點(diǎn)連線

　　ET 總誤差：實(shí)際ADC轉(zhuǎn)換曲線與理想曲線間的最 大偏離

　　EO 偏移誤差：實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)際轉(zhuǎn) 換曲線與終點(diǎn)曲線間最 大偏離