新一代嵌入式微处理器STM32F103开发与应用

摘要： 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， 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， 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。