新一代嵌入式微處理器STM32F103開發與應用

摘要： 基于Co rtex- M3內核的STM 32F103系列芯片是新型的32位嵌入式微處理器， 它是不需操作系統的ARM, 其性能遠高于51系列單片機， 但開發過程與51系列單片機一樣簡便， 因而在很多應用場合可替代51系列單片機。本文從STM 32F103系列芯片性能特點和片上資源入手， 重點介紹其開發工具以及開發流程。并以溫度測量為例， 具體說明了基于Keil? Vision4軟件的工程建立、源程序編輯、編譯， 基于J- L ink仿真器的程序下載， 程序在線調試， 片上運行等過程， 最終測量的溫度轉換為數字量， 通過串口發送至PC 機顯示。

　　1 引言

　　嵌入式微處理器正越來越廣泛的應用在生產生活的各個領域， 但是傳統的嵌入式微處理器要么是8位的處理器， 性能有限， 要么是32位基于ARM 的微處理器在使用上需要嵌入式操作系統的支持， 比如L inux操作系統， 使得系統不夠精煉。這一情況直到ARM 公司推出Cortex- M 內核才得以改善， 它無需操作系統，可以像單片機一樣使用Ke il C 語言進行編程， 極大的減少了開發者的工作量。2007年6月， ST 公司及時推出了一款基于Cortex- M 3內核的新型ARM 處理器： STM32系列微處理器。本文以stm32F103處理器為例， 列舉了開發需要用到的各種軟硬件資源及其作用， 較詳細介紹了處理器開發使用方法， 隨后具體到以溫度傳感器檢測溫度這一實際應用， 給開發者提供一個更加直觀的印象， 目的就是讓開發者能盡快了解熟悉該處理器的特點， 掌握該系列處理器的開發使用方法。

　　2 STM32F103系列微處理器簡介

　　STM32F103系列微處理器是首款基于ARMv7- M體系結構的32位標準RISC （精簡指令集）處理器， 提供很高的代碼效率， 在通常8位和16位系統的存儲空間上發揮了ARM 內核的高性能。該系列微處理器工作頻率為72MHz，內置高達128K 字節的Flash存儲器和20K 字節的SRAM，具有豐富的通用I /O 端口。

　　作為最新一代的嵌入式ARM 處理器， 它為實現MCU 的需要提供了低成本的平臺、縮減的引腳數目、降低的系統功耗， 同時提供了卓越的計算性能和先進的中斷響應系統。豐富的片上資源使得STM32F103系列微處理器在多種領域如電機驅動、實時控制、手持設備、PC 游戲外設和空調系統等都顯示出了強大的發展潛力。

　　STM32F103系列微處理器主要資源和特點如下：

　　（ 1）多達51個快速I /O 端口， 所有I/O口均可以映像到16個外部中斷， 幾乎所有端口都允許5V 信號輸入。每個端口都可以由軟件配置成輸出（推挽或開漏）、輸入（帶或不帶上拉或下拉） 或其它的外設功能口。

　　（ 2） 2個12位模數轉換器， 多達16個外部輸入通道， 轉換速率可達1MH z, 轉換范圍為0~ 36V; 具有雙采樣和保持功能； 內部嵌入有溫度傳感器， 可方便的測量處理器溫度值。

　?。?3）靈活的7路通用DMA 可以管理存儲器到存儲器、設備到存儲器和存儲器到設備的數據傳輸， 無須CPU 任何干預。通過DMA可以使數據快速地移動， 這就節？？ CPU 的資源來進行其他操作。DMA 控制器支持環形緩沖區的管理， 避免了控制器傳輸到達緩沖區結尾時所產生的中斷。它支持的外設包括： 定時器、ADC、SPI、I2C和USART 等。

　?。?4）調試模式： 支持標準的20腳JTAG 仿真調試以及針對Cortex- M3內核的串行單線調試（ SWD ）功能。通常默認的調試接口是JTAG 接口。

　　（ 5）內部包含多達7個定時器， 具體名稱和功能如表1所示。

　?。?6）含有豐富的通信接口： 三個USART異步串行通信接口、兩個I2C 接口、兩個SPI接口、一個CAN 接口和一個USB接口， 為實現數據通信提供了保證。

表1 各個定時器名稱及其作用

　　3 開發工具和流程

　　3.1 開發工具

　　對STM32F103系列MPU 開發前， 需要準備相應的軟硬件。其中硬件主要包括STM32F103開發板（或用戶目標板）、J- L ink下載仿真器等； 軟件主要包括Ke il V ision4 IDE 開發平臺。下面對各自的功能和特點做簡要說明。

　?。?1） STM32F103開發板（或用戶目標板）是開發目標對象。

　?。?2） J- L ink下載仿真器是程序下載的樞紐， 它帶有的標準20芯扁平電纜可將程序通過JTAG 接口下載到處理器內部存儲空間； 無需外部供電， 用USB 連接線與PC 機連接好后即可工作； 還具有下載速度快、功耗低的特點。

　?。?3） Ke il V ision4 IDE 是一個基于窗口的軟件開發平臺， 它集成了強大而且現代化的編輯器、工程管理器和make工具， 幾乎集成了嵌入式系統開發所需的全部工具： C /C + + 編譯器、宏匯編器、鏈接/定位器、HEX 文件生成器等。該軟件提供了兩種工作模式： 編譯和調試模式。在編譯模式中， 開發者可以創建工程、選擇目標器件、新建文件、輸入源代碼、生成可執行文件； 調試模式中， 開發者可以利用其強大的集成調試器對應用程序進行調試， 如設置斷點、單步執行等， 方便了程序錯誤的查找和修改。