第4章 Cortex-M微控制器課件

嵌入式系統(tǒng)原理許童羽沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院電子信息教研室yatongmu@163.com第四章ARMCortex-M微控制器4.1LM3S微控制器4.2STM32微控制器4.3復(fù)習(xí)與拓展4.1LM3S微控制器4.1.1LM3S微控制器概況ARM公司于2005年推出了Cortex-M3內(nèi)核。同年ARM公司合資成立Luminary（流明諾瑞）公司

設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與銷售全球首款基于Cortex-M3內(nèi)核的ARM芯片——Stellaris（群星）系列ARM。

09年TI收購LuminaryMicro。特點(diǎn)：

通用架構(gòu)、豐富資源、低廉價(jià)格——成本敏感領(lǐng)域

4.1LM3S微控制器LuminaryMicro的Stellaris(群星)系列微控制器包含運(yùn)行在50MHz頻率下的ARMCortex-M3MCU內(nèi)核、嵌入Flash和SRAM、一個(gè)低壓降的穩(wěn)壓器、集成的掉電復(fù)位和上電復(fù)位功能、模擬比較器、10位ADC、SSI、GPIO、看門狗和通用定時(shí)器、UART、I2C、運(yùn)動(dòng)控制PWM以及正交編碼器（檢測旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的位置和速度）輸入。提供的外設(shè)直接通向管腳，沒有功能復(fù)用，這個(gè)豐富的功能集非常適合樓宇和家庭自動(dòng)化、工廠自動(dòng)化和控制、工控電源設(shè)備、步進(jìn)電機(jī)、有刷和無刷DC馬達(dá)、和AC感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等應(yīng)用。4.1LM3S微控制器Stellaris:Four

GenerationsofARMCortex-M31stGenerationofStellaris=SandstormClass（沙暴系列）包括LM3S100系列,LM3S300系列,LM3S600系列,LM3S800系列垂手可取的首款A(yù)RMCortex-M3內(nèi)核控制器起價(jià)僅僅$1美元最高工作頻率達(dá)50MHZ,單周期存儲(chǔ)器最高到64Kflash/8KSRAM高度的IP融合帶來精細(xì)的運(yùn)動(dòng)控制性能2ndGenerationofStellaris=FuryClass（狂暴系列）包括LM3S1000系列,LM3S2000系列,

LM3S6000系列,以及LM3S8000系列擴(kuò)展了Sandstorm系列，整合了以太網(wǎng)MAC物理層和CAN控制器將存儲(chǔ)空間增大到256Kflash/64KSRAM進(jìn)一步優(yōu)化了電池供電的應(yīng)用場合增加了更多的外設(shè)諸如UART,I2C,SSI,和QEI4.1LM3S微控制器3rdGenerationofStellaris=DustDevilClass（旋風(fēng)系列）包括LM3S1000系列,LM3S3000系列,以及LM3S5000系列改進(jìn)的Stellaris系列提供了整合的USBOTG、主機(jī)、從機(jī)可供選擇。增加了DMA，提高了GPIO的驅(qū)動(dòng)能力,增加了額外的PWM輸出。為高級運(yùn)動(dòng)控制增加了錯(cuò)誤輸入檢測Bootloader和外設(shè)驅(qū)動(dòng)庫被固化在了ROM中。提供了小型的LQFP封裝的選擇(64pinLQFP)4thGenerationofStellaris=TempestClass（颶風(fēng)系列）包括LM3S2000系列，LM3S5000系列，以及LM3S9000系列在較低的功耗下獲得了更高的性能(80MHz和100MHz，1.2vinternalsupplies)提供了強(qiáng)大的外部高速芯片級總線互連增加了增強(qiáng)的子系統(tǒng)：雙ADCs，擴(kuò)展ROM固化軟件，精密振蕩器，I2S接口擴(kuò)展了以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)連通性，CAN和USB的選擇和互連。StellarisRoadmap200620072008200920102011TempestclassHigherperformanceLowpowerETH+CAN+USBOTGExternalbuscapabilityI2SPrecisionOSCBlizzardclassSmallformfactorLowpincountExpandedserialconnectivitySandstorm64Kflash8KSRAMMotioncontrol1MSPSADCFuryclass256Kflash64KSRAMMotioncontrolETHMAC+PHYCAN2.0Ethernet+CANDustDevilclass128Kflash64KSRAMMotioncontrolenhancementsUSB2.0O/H/D32chDMAWhiteoutclassSmallformfactorLowpincountBrainstormclassCortex-M4corewithsingleprecisionfpAdvancedanalog1024KBFlashFirestormclassAdvancedanalog512KBFlash4.1LM3S微控制器群星系列產(chǎn)品概覽：LM3SxxxLM3SxxxLM3S1xxxNON-CAN、NON-USB、NON-EthernetLM3S2xxxLM3S3xxxLM3S5xxxCANUSBCAN+USBLM3S6xxxLM3S8xxxLM3S9xxxEthernetEthernet+CANEthernet+CAN+USB群星系列產(chǎn)品概覽： Partnumber

Flashsize SRAMsizeLM3Sx1xx 16KSRAMLM3Sx2xx 32KSRAMLM3Sx3xx 16KSRAMLM3Sx4xx 32KSRAMLM3Sx5xx 64KSRAMLM3Sx6xx 32KSRAMLM3Sx7xx 64KSRAMLM3Sx8xx 32KSRAMLM3Sx9xx 64KSRAMLM3SxBxx 96KSRAMLM3SxDxx 96KSRAMM3選型工具：/cn/multimedia/flash/selection_tools/mcu/mcu.html

LuminaryMicro的產(chǎn)品已經(jīng)得到了業(yè)界的認(rèn)可，豐富的外設(shè)資源和卓越的性價(jià)比，使LuminaryMicro的產(chǎn)品在品質(zhì)和功能上都受到了廣大客戶的贊同，為TI贏得了廣闊的市場。

TIStellaris系列市場的認(rèn)可：

●客戶對TI

Stellaris的選擇：（1）國內(nèi)某著名專業(yè)的電視機(jī)廠根據(jù)Luminary產(chǎn)品的性價(jià)比的優(yōu)勢選擇了LM3S101用作音頻解碼。（2）某燈光音像器材廠發(fā)揮了Luminary單片機(jī)在馬達(dá)控制中的優(yōu)勢，采用LM3S310的12路PWM控制6路電機(jī)。（3）國內(nèi)某知名工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備廠家，采用Luminary單片機(jī)進(jìn)行以太網(wǎng)轉(zhuǎn)CAN、232和485的設(shè)計(jì)，性能卓越，電路簡單可靠，單芯片解決方案。4.1LM3S微控制器4.1.2LM3S微控制器結(jié)構(gòu)——LM3S811/1138為例4.1LM3S微控制器4.1.3內(nèi)部資源概述1.ARMCortex-M31）處理器內(nèi)核Cortex-M3

高性能、低成本2）系統(tǒng)定時(shí)器（Systick）24位計(jì)數(shù)器清零、遞減、計(jì)數(shù)、重裝RTOS時(shí)鐘節(jié)拍定時(shí)器

報(bào)警定時(shí)器

計(jì)數(shù)器

內(nèi)部時(shí)鐘4.1LM3S微控制器3）嵌套向量中斷控制器（NVIC）

包含于內(nèi)核中

區(qū)分所有異常的優(yōu)先級并在處理模式中處理

出現(xiàn)異常時(shí)，處理器狀態(tài)自動(dòng)入棧，返回時(shí)，自動(dòng)出棧

取出向量和保存狀態(tài)同時(shí)進(jìn)行，支持尾鏈

對7個(gè)異常和34個(gè)終端設(shè)置8個(gè)優(yōu)先級

4.1LM3S微控制器2.電機(jī)控制外設(shè)包含脈寬調(diào)制（PWM）輸出。

脈寬調(diào)制——對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼：使用高分辨率計(jì)數(shù)器產(chǎn)生方波，通過調(diào)整方波信號占空比對模擬信號進(jìn)行編碼。

典型應(yīng)用——開關(guān)電源、電機(jī)控制。3.模擬外設(shè)1個(gè)ADC、3個(gè)模擬比較器1）ADC——將連續(xù)的模擬電壓轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字量。

轉(zhuǎn)換分辨率為10位，支持8個(gè)輸入通道和1個(gè)內(nèi)部溫度傳感器。4個(gè)帶緩沖的采樣序列，均可靈活編程。4.1LM3S微控制器2）模擬比較器——比較兩個(gè)模擬電壓，提供一個(gè)邏輯輸出來表示比較結(jié)果。3個(gè)獨(dú)立集成的模擬比較器。測試電壓可以和下列任何一種電壓進(jìn)行比較：

單個(gè)外部參考電壓；

一個(gè)共用的外部參考電壓；一個(gè)共用的內(nèi)部參考電壓；

提供一個(gè)邏輯輸出表示比較結(jié)果。

還可以通過中斷信號或觸發(fā)ADC來通知應(yīng)用程序，啟動(dòng)捕獲采樣序列。4.1LM3S微控制器4.串行通信外設(shè)支持異步和同步串行通信。包括3個(gè)完全可編程的16C550型UART、2個(gè)SSI模塊、2個(gè)I2C模塊。1）UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter）

通用異步收發(fā)器，用于RS232C串行通信，帶1個(gè)發(fā)送器、1個(gè)接收器，獨(dú)立計(jì)時(shí)。

支持460.8Kbps。

獨(dú)立的收發(fā)FIFO。

支持IrDA。

根據(jù)Rx、Tx、Modem狀態(tài)和錯(cuò)誤條件產(chǎn)生獨(dú)立可屏蔽中斷。

4.1LM3S微控制器2）SSI（SynchronousSerialInterface）同步串行接口，4線雙向通信接口。2個(gè)SSI模塊，提供器件與外圍設(shè)備之間同步串行通信功能。

數(shù)據(jù)幀長度可配置，4-16位。Tx、Rx均有內(nèi)部緩沖FIFO，存儲(chǔ)8個(gè)16位值。

每個(gè)SSI模塊可以配置為主器件或從器件，一主器件可與多從器件相連。

包含可編程的位速率時(shí)鐘分頻器和預(yù)分頻器。位速率根據(jù)輸入的時(shí)鐘產(chǎn)生。4.1LM3S微控制器3）I2C（Inter-IntegratedCircuit）

集成電路間總線，通過一個(gè)兩線設(shè)計(jì)（串行數(shù)據(jù)線SDA、串行時(shí)鐘線SCL）實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸。2個(gè)I2C模塊，提供與I2C總線上其他器件通信的能力。

可以被指定為主器件和從器件，4種工作模式：主發(fā)送、主接收、從發(fā)送、從接收。2種工作速度：100Kbps、400Kbps。

主、從均可產(chǎn)生中斷。4.1LM3S微控制器5.系統(tǒng)外設(shè)1）可編程GPIO（General-PurposeInput/Output）

通用輸入/輸出引腳為各種連接方式帶來靈活性。8個(gè)物理的GPIO塊，9-46個(gè)可編程輸入/輸出引腳。

所有引腳均可被編程為邊沿觸發(fā)或電平檢測方式產(chǎn)生中斷。2）可編程定時(shí)器——計(jì)數(shù)、定時(shí)。4個(gè)通用定時(shí)器模塊GPTM，每個(gè)GPTM提供2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，或1個(gè)32位定時(shí)器/RTC。32位模式：RTC、定時(shí)器（單次觸發(fā)or周期）。16位模式：定時(shí)器（單次觸發(fā)or周期），8位預(yù)分頻擴(kuò)展精度。

時(shí)間捕獲orPWM4.1LM3S微控制器3）看門狗定時(shí)器

在到達(dá)超時(shí)值時(shí)可產(chǎn)生不可屏蔽中斷（NMI）或復(fù)位。當(dāng)系統(tǒng)由于軟件錯(cuò)誤而無法響應(yīng)或外部器件不是以期望的方式響應(yīng)時(shí)，使用看門狗定時(shí)器可重新獲得控制。

包括1個(gè)32位遞減計(jì)數(shù)器、1個(gè)可編程加載寄存器、中斷產(chǎn)生邏輯和1個(gè)鎖定寄存器。典型配置：

第1次超時(shí)——中斷申請

第2次超時(shí)——復(fù)位信號4.1LM3S微控制器6.存儲(chǔ)器外設(shè)1）SRAM

靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器控制器支持16KBSRAM。2）FlashFlash控制器支持64KBFlash存儲(chǔ)器4.1LM3S微控制器4.1.4器件管腳4.1LM3S微控制器4.1.5系統(tǒng)控制和時(shí)鐘系統(tǒng)控制決定器件的所有操作，系統(tǒng)控制模塊提供以下功能：器件標(biāo)識局部控制——復(fù)位、電源和時(shí)鐘控制系統(tǒng)控制——運(yùn)行、睡眠模式1.器件標(biāo)識7個(gè)只讀寄存器給軟件提供有關(guān)微控制器的信息:包括版本、元件型號、SRAM大小、Flash大小和其它特性。

DID0、DID1和DC0-DC4寄存器4.1LM3S微控制器2.復(fù)位控制（1）復(fù)位源5/6個(gè)復(fù)位源外部復(fù)位輸入管腳（RST）有效。上電復(fù)位（POR）。內(nèi)部掉電（BOR）檢測器。軟件啟動(dòng)復(fù)位（利用軟件復(fù)位寄存器）。違反看門狗定時(shí)器復(fù)位條件。內(nèi)部低壓差(LDO)穩(wěn)壓器輸出。4.1LM3S微控制器（2）RST引腳有效外部復(fù)位管腳（RST）可將微控制器復(fù)位。該復(fù)位信號使內(nèi)核及所有外設(shè)復(fù)位，JTAGTAP控制器除外。（3）上電復(fù)位（POR）上電復(fù)位（POR）電路檢測電源電壓（VDD）的上升，并在檢測到電壓上升時(shí)產(chǎn)生片內(nèi)復(fù)位脈沖。（4）掉電復(fù)位（BOR）當(dāng)輸入電壓下降導(dǎo)致內(nèi)部掉電檢測器有效時(shí)，能將控制器復(fù)位。該復(fù)位特性最初是禁止的，可通過軟件使能。（5）軟件復(fù)位

軟件可復(fù)位特定的外設(shè)或產(chǎn)生整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)位。4.1LM3S微控制器（6）看門狗定時(shí)器復(fù)位看門狗定時(shí)器模塊的功能是防止系統(tǒng)掛起（hang）?？撮T狗定時(shí)器可配置成在第一次溢出（timeout）時(shí)向控制器產(chǎn)生中斷，在第二次溢出（timeout）時(shí)產(chǎn)生復(fù)位信號。（7）低壓差當(dāng)內(nèi)部低壓差（LDO）穩(wěn)壓器輸出不可調(diào)時(shí)產(chǎn)生復(fù)位。該復(fù)位特性最初是禁止的，可通過軟件使能。3.功率控制提供一個(gè)集成的LDO穩(wěn)壓器，它被用來給控制器的大部份內(nèi)部邏輯提供電源。LDO穩(wěn)壓器給軟件提供了一種調(diào)整穩(wěn)定值（regulatedvalue）的機(jī)制，在2.25V～2.75V（2.25V和2.75V包含在內(nèi)）或2.5V±10%的范圍內(nèi)對電壓進(jìn)行小增量（VSTEP）調(diào)節(jié)。4.1LM3S微控制器4.時(shí)鐘控制（1）基礎(chǔ)時(shí)鐘源——4個(gè)時(shí)鐘源可供使用：內(nèi)部振蕩器（IOSC）：片內(nèi)時(shí)鐘源，不需要使用任何外部元件。其頻率是12MHz±30%。不依賴精確時(shí)鐘源的應(yīng)用可以使用這個(gè)時(shí)鐘源來降低系統(tǒng)成本。主振蕩器：提供一個(gè)頻率精確的時(shí)鐘源：OSC0輸入管腳連接一個(gè)外部單端時(shí)鐘源或在OSC0輸入和OSC1輸出管腳之間連接一個(gè)外部晶體。允許的晶體值取決于主振蕩器是否用作PLL的時(shí)鐘參考源。如果主振蕩器用作PLL的時(shí)鐘參考源，那么支持的晶體頻率范圍為3.579545MHz～8.192MHz（3.579545MHz和8.192MHz包含在內(nèi)）。如果沒有使用PLL，則支持的晶體頻率在1MHz和8.192MHz之間。單端時(shí)鐘源的范圍從DC到器件的指定速率之間。4.1LM3S微控制器內(nèi)部30kHz的振蕩器：內(nèi)部30kHz振蕩器與內(nèi)部振蕩器類似，它提供30kHz±30%的工作頻率。它主要用在深度睡眠的節(jié)電模式中。這個(gè)節(jié)電模式從減少的內(nèi)部切換中獲益，它還允許主振蕩器掉電。外部實(shí)時(shí)振蕩器：外部實(shí)時(shí)振蕩器提供一個(gè)低頻率、精確的時(shí)鐘基準(zhǔn)。它的目的是給系統(tǒng)提供一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘源。實(shí)時(shí)振蕩器是休眠模塊的一部分，它也提供了一個(gè)精確的深度睡眠或休眠模式節(jié)電源。4.1LM3S微控制器（2）主時(shí)鐘樹4.1LM3S微控制器5.系統(tǒng)控制（1）運(yùn)行模式

控制器正常執(zhí)行代碼（2）睡眠模式器件的時(shí)鐘不變，但控制器不再執(zhí)行代碼（并且也不再需要時(shí)鐘）。（3）深度睡眠模式器件的時(shí)鐘可以改變（由運(yùn)行模式的時(shí)鐘配置決定），并且控制器不再執(zhí)行代碼（也不需要時(shí)鐘）。中斷可使器件從其中一種睡眠模式返回到運(yùn)行模式。（4）休眠模式器件主要功能部件的電源關(guān)斷，只有休眠模塊的電路有效。4.1LM3S微控制器6.系統(tǒng)控制寄存器4.1LM3S微控制器6.系統(tǒng)控制寄存器4.1LM3S微控制器4.1.6LM3S最小系統(tǒng)——課后作業(yè)（下周一提交）

處理器電源時(shí)鐘復(fù)位EXP系列

StellarisCortex-M3板卡EXP-LM3S615樣板EXP-LM3S615：

支持最大主頻為50MHz的ARMCortex-M3內(nèi)核，32KByteFLASH,8KByteSRAM，LQFP-48封裝。集成正交編碼器、2路10位ADC、帶死區(qū)PWM、模擬比較器、2路UART、SSI、3個(gè)通用定時(shí)器，I2C、CCP等外設(shè)。主要用于步進(jìn)電機(jī)的控制。EXP-LM3S811樣板

支持最大主頻為50MHz的ARMCortex-M3內(nèi)核，64KByteFLASH,8KByteSRAM，LQFP-48封裝。集成正交編碼器、4路10位ADC、帶死區(qū)PWM、模擬比較器、2路UART、SSI、3個(gè)通用定時(shí)器，I2C、CCP等外設(shè)。主要用于步進(jìn)電機(jī)的控制。EXP-LM3S811：EXP-LM3S2948：

支持最大主頻為50MHz的ARMCortex-M3內(nèi)核，256KByteFLASH,64KByteSRAM，LQFP-100封裝。集成2路CAN控制器、睡眠模塊、正交編碼器、8路10位ADC、模擬比較器、3路UART、2路SSI、4個(gè)通用定時(shí)器，I2C、CCP等外設(shè)。主要用于CAN總線傳輸。EXP-LM3S2948樣板EXP-LM3S3749：

支持最大主頻為50MHz的ARMCortex-M3內(nèi)核，128KByteFLASH,64KByteSRAM，LQFP-100封裝。集成USBHOST/DEVICE/OTG、睡眠模塊、正交編碼器、8路10位ADC、帶死區(qū)PWM、模擬比較器、3路UART、2路SSI、4個(gè)通用定時(shí)器，2路I2C、CCP、DMA控制器等外設(shè)。主要用于USB控制。EXP-LM3S3749樣板EXP-LM3S6952：

支持最大主頻為50MHz的ARMCortex-M3內(nèi)核，256KByteFLASH,64KByteSRAM，LQFP-100封裝。集成100MHz以太網(wǎng)、睡眠模塊、正交編碼器、3路10位ADC、帶死區(qū)PWM、模擬比較器、3路UART、SSI、通用定時(shí)器，I2C、CCP等外設(shè)。主要用于網(wǎng)絡(luò)傳輸。EXP-LM3S6952樣板4.2STM32微控制器4.2.1STM32微控制器分類意法半導(dǎo)體（ST）集團(tuán)于1987年6月成立，是由意大利的SGS微電子公司和法國Thomson半導(dǎo)體公司合并而成。1998年5月，SGS-THOMSONMicroelectronics將公司名稱改為意法半導(dǎo)體有限公司，意法半導(dǎo)體是世界最大的半導(dǎo)體公司之一。STM32是意法半導(dǎo)體推出的基于cortex-m3內(nèi)核的嵌入式處理器。4.2STM32微控制器4.2.1STM32微控制器分類

4.2STM32微控制器4.2.2STM32F103特性和結(jié)構(gòu)1.特性內(nèi)核：cortex-m3內(nèi)核，72MHz工作頻率；存儲(chǔ)器：256-512KBFlash，64KBRAM，并行LCD接口時(shí)鐘、復(fù)位、電源管理：低功耗：睡眠、停機(jī)、待機(jī)模式3個(gè)12位A/D轉(zhuǎn)換器：2通道12位D/A轉(zhuǎn)換器：12通道DMA控制器：4.2STM32微控制器調(diào)試模式：SWD+JTAG112個(gè)快速I/O口：11個(gè)定時(shí)器：13個(gè)通信接口：CRC計(jì)算單元：ECOPACK封裝：4.2STM32微控制器2.內(nèi)部資源概述（1）DMA

12路通用DMA(DMA1上有7個(gè)通道，DMA2上有5個(gè)通道)可以管理存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器、設(shè)備到存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器到設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸；2個(gè)DMA控制器支持環(huán)形緩沖區(qū)的管理，避免了控制器傳輸?shù)竭_(dá)緩沖區(qū)結(jié)尾時(shí)所產(chǎn)生的中斷。每個(gè)通道都有專門的硬件DMA請求邏輯，同時(shí)可以由軟件觸發(fā)每個(gè)通道；傳輸?shù)拈L度、傳輸?shù)脑吹刂泛湍繕?biāo)地址都可以通過軟件單獨(dú)設(shè)置。DMA可以用于主要的外設(shè)：SPI、I2C、USART，通用、基本和高級控制定時(shí)器TIMx，DAC、I2S、SDIO和ADC。4.2STM32微控制器（2）RTC(實(shí)時(shí)時(shí)鐘)和后備寄存器實(shí)時(shí)時(shí)鐘：具有一組連續(xù)運(yùn)行的計(jì)數(shù)器，可以通過適當(dāng)?shù)能浖峁┤諝v時(shí)鐘功能，還具有鬧鐘中斷和階段性中斷功能。

后備寄存器：

42個(gè)16位的寄存器，可用來存儲(chǔ)84個(gè)字節(jié)的用戶應(yīng)用程序數(shù)據(jù)。當(dāng)VDD電源被切斷，由VBAT維持供電。系統(tǒng)復(fù)位或電源復(fù)位時(shí)，不會(huì)被復(fù)位。（3）定時(shí)器和看門狗2個(gè)高級控制定時(shí)器、4個(gè)普通定時(shí)器、2個(gè)基本定時(shí)器，以及2個(gè)看門狗定時(shí)器和1個(gè)系統(tǒng)嘀嗒定時(shí)器。1）

高級控制定時(shí)器(TIM1和TIM8)：可以被看成是分配到6個(gè)通道的三相PWM發(fā)生器，它具有帶死區(qū)插入的互補(bǔ)PWM輸出，還可以被當(dāng)成完整的通用定時(shí)器。配置為16位標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)器時(shí)，它與TIMx定時(shí)器具有相同的功能。配置為16位PWM發(fā)生器時(shí)，它具有全調(diào)制能力(0~100%)。4.2STM32微控制器2）

通用定時(shí)器(TIMx)：4個(gè)可同步運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)器(TIM2、TIM3、TIM4和TIM5)。每個(gè)定時(shí)器都有一個(gè)16位的自動(dòng)加載遞加/遞減計(jì)數(shù)器、一個(gè)16位的預(yù)分頻器和4個(gè)獨(dú)立的通道，每個(gè)通道都可用于輸入捕獲、輸出比較、PWM和單脈沖模式輸出。3）基本定時(shí)器（TIM6、TIM7）：主要是用于產(chǎn)生DAC觸發(fā)信號，也可當(dāng)成通用的16位時(shí)基計(jì)數(shù)器。4）獨(dú)立看門狗：是基于一個(gè)12位的遞減計(jì)數(shù)器和一個(gè)8位的預(yù)分頻器，它由一個(gè)內(nèi)部獨(dú)立的40kHz的RC振蕩器提供時(shí)鐘；因?yàn)檫@個(gè)RC振蕩器獨(dú)立于主時(shí)鐘，所以它可運(yùn)行于停機(jī)和待機(jī)模式。它可以被當(dāng)成看門狗用于在發(fā)生問題時(shí)復(fù)位整個(gè)系統(tǒng)，或作為一個(gè)自由定時(shí)器為應(yīng)用程序提供超時(shí)管理。通過選項(xiàng)字節(jié)可以配置成是軟件或硬件啟動(dòng)看門狗。4.2STM32微控制器5)窗口看門狗窗口看門狗內(nèi)有一個(gè)7位的遞減計(jì)數(shù)器，并可以設(shè)置成自由運(yùn)行。它可以被當(dāng)成看門狗用于在發(fā)生問題時(shí)復(fù)位整個(gè)系統(tǒng)。它由主時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，具有早期預(yù)警中斷功能；在調(diào)試模式下，計(jì)數(shù)器可以被凍結(jié)。6）系統(tǒng)時(shí)基定時(shí)器：專用于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，也可當(dāng)成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的遞減計(jì)數(shù)器。它具有下述特性：24位的遞減計(jì)數(shù)器自動(dòng)重加載功能當(dāng)計(jì)數(shù)器為0時(shí)能產(chǎn)生一個(gè)可屏蔽系統(tǒng)中斷可編程時(shí)鐘源4.2STM32微控制器（4）I2C總線

2個(gè)I2C總線接口，能夠工作于多主模式或從模式，支持標(biāo)準(zhǔn)和快速模式。I2C接口支持7位或10位尋址，7位從模式時(shí)支持雙從地址尋址。內(nèi)置硬件CRC發(fā)生器/校驗(yàn)器。可以使用DMA操作。（5）通用同步/異步收發(fā)器(USART)內(nèi)置3個(gè)通用同步/異步收發(fā)器(USART1、USART2和USART3)和2個(gè)通用異步收發(fā)器(UART4和UART5)。均提供異步通信、支持IrDASIRENDEC傳輸編解碼、多處理器通信模式、單線半雙工通信模式和LIN主/從功能。USART1接口通信速率可達(dá)4.5兆位/秒，其他接口的通信速率可達(dá)2.25兆位/秒。USART1、USART2和USART3接口具有硬件的CTS和RTS信號管理、兼容ISO7816的智能卡模式和類SPI通信模式，除了UART5之外所有其他接口都可以使用DMA操作。4.2STM32微控制器（6）串行外設(shè)接口(SPI)3個(gè)SPI接口，在從或主模式下，全雙工和半雙工的通信速率可達(dá)18兆位/秒。3位的預(yù)分頻器可產(chǎn)生8種主模式頻率，可配置成每幀8位或16位。硬件的CRC產(chǎn)生/校驗(yàn)支持基本的SD卡和MMC模式。所有的SPI接口都可以使用DMA操作。（7）I2S(芯片互聯(lián)音頻)接口2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的I2S接口(與SPI2和SPI3復(fù)用)可以工作于主或從模式，這2個(gè)接口可以配置為16位或32位傳輸，亦可配置為輸入或輸出通道，支持音頻采樣頻率從8kHz到48kHz。當(dāng)任一個(gè)或兩個(gè)I2S接口配置為主模式，它的主時(shí)鐘可以以256倍采樣頻率輸出給外部的DAC或CODEC(解碼器)。

4.2STM32微控制器（8）SDIOSD/SDIO/MMC主機(jī)接口可以支持MMC卡系統(tǒng)規(guī)范4.2版中的3個(gè)不同的數(shù)據(jù)總線模式：1位(默認(rèn))、4位和8位。在8位模式下，該接口可以使數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到48MHz，該接口兼容SD存儲(chǔ)卡規(guī)范2.0版。SDIO存儲(chǔ)卡規(guī)范2.0版支持兩種數(shù)據(jù)總線模式：1位(默認(rèn))和4位。

目前的芯片版本只能一次支持一個(gè)SD/SDIO/MMC4.2版的卡，但可以同時(shí)支持多個(gè)MMC4.1版或之前版本的卡。（9）控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)CAN接口兼容規(guī)范2.0A和2.0B(主動(dòng))，位速率高達(dá)1兆位/秒。它可以接收和發(fā)送11位標(biāo)識符的標(biāo)準(zhǔn)幀，也可以接收和發(fā)送29位標(biāo)識符的擴(kuò)展幀。具有3個(gè)發(fā)送郵箱和2個(gè)接收FIFO，3級14個(gè)可調(diào)節(jié)的濾波器。

4.2STM32微控制器（10）通用串行總線(USB)內(nèi)嵌一個(gè)兼容全速USB的設(shè)備控制器，遵循全速USB設(shè)備(12兆位/秒)標(biāo)準(zhǔn)，端點(diǎn)可由軟件配置，具有待機(jī)/喚醒功能。USB專用的48MHz時(shí)鐘由內(nèi)部主PLL直接產(chǎn)生。（11）通用輸入輸出接口(GPIO)

每個(gè)GPIO引腳都可以由軟件配置成輸出、輸入或復(fù)用的外設(shè)功能端口。多數(shù)GPIO引腳都與數(shù)字或模擬的復(fù)用外設(shè)共用。除了具有模擬輸入功能的端口，所有的GPIO引腳都有大電流通過能力。在需要的情況下，I/O引腳的外設(shè)功能可以通過一個(gè)特定的操作鎖定，以避免意外的寫入I/O寄存器。在APB2上的I/O腳可達(dá)18MHz的翻轉(zhuǎn)速度。

4.2STM32微控制器（12）ADC(模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器)內(nèi)嵌3個(gè)12位的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，每個(gè)ADC共用多達(dá)21個(gè)外部通道，可以實(shí)現(xiàn)單次或掃描轉(zhuǎn)換。ADC接口上的其它邏輯功能包括：同步的采樣和保持交叉的采樣和保持單次采樣ADC可以使用DMA操作。

4.2STM32微控制器（13）DAC(數(shù)字/模擬信號轉(zhuǎn)換器)兩個(gè)12位帶緩沖的DAC通道可以用于轉(zhuǎn)換2路數(shù)字信號成為2路模擬電壓信號并輸出。這項(xiàng)功能內(nèi)部是通過集成的電阻串和反向的放大器實(shí)現(xiàn)。支持下述功能：兩個(gè)DAC轉(zhuǎn)換器：各有一個(gè)輸出通道8位或12位單調(diào)輸出12位模式下的左右數(shù)據(jù)對齊同步更新功能產(chǎn)生噪聲波產(chǎn)生三角波雙DAC通道獨(dú)立或同步轉(zhuǎn)換每個(gè)通道都可使用DMA功能外部觸發(fā)進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸入?yún)⒖茧妷篤REF+4.2STM32微控制器（14）溫度傳感器溫度傳感器產(chǎn)生一個(gè)隨溫度線性變化的電壓，轉(zhuǎn)換范圍在2V<VDDA<3.6V之間。溫度傳感器在內(nèi)部被連接到ADC1_IN16的輸入通道上，用于將傳感器的輸出轉(zhuǎn)換到數(shù)字?jǐn)?shù)值。（15）串行單線JTAG調(diào)試口(SWJ-DP)內(nèi)嵌ARM的SWJ-DP接口，這是一個(gè)結(jié)合了JTAG和串行單線調(diào)試的接口，可以實(shí)現(xiàn)串行單線調(diào)試接口或JTAG接口的連接。JTAG的TMS和TCK信號分別與SWDIO和SWCLK共用引腳，TMS腳上的一個(gè)特殊的信號序列用于在JTAG-DP和SW-DP間切換。4.2STM32微控制器3.結(jié)構(gòu)框圖4.2STM32微控制器4.2.3STM32復(fù)位與時(shí)鐘控制（ds學(xué)習(xí)）1.STM32復(fù)位（1）系統(tǒng)復(fù)位（2）電源復(fù)位（3）備份域復(fù)位2.STM32時(shí)鐘控制4.2STM32微控制器2.STM32時(shí)鐘控制4.2STM32微控制器4.2.4STM32電源管理4.2.5STM32啟動(dòng)模式

4.3復(fù)習(xí)與拓展4.3.1最小系統(tǒng)4.3.2內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4.3.3系統(tǒng)時(shí)鐘樹4.3.4系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境4.3.5API接口4.3.6嵌入式C語言

4.3.1最小系統(tǒng)一、電源部分

電源電壓；VDD/GND/VDDA/VBAT二、時(shí)鐘部分

時(shí)鐘頻率三、復(fù)位部分

上電/按鍵四、測試部分LED顯示4.3.2內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（一）芯片4.3.2內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（二）引腳4.3.2內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（三）內(nèi)部結(jié)構(gòu)4.3.2內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（四）最小系統(tǒng)4.3.3系統(tǒng)時(shí)鐘樹4.3.4開發(fā)環(huán)境（一）開發(fā)環(huán)境概述1、開發(fā)板：基于LM3S8112、仿真器：基于JTAG3、IDE：MDK

4.3.4開發(fā)環(huán)境（二）硬件開發(fā)環(huán)境4.3.4開發(fā)環(huán)境（二）硬件開發(fā)環(huán)境1、開發(fā)板資源簡述（1）

按鍵部分

主要是IO口開關(guān)量輸入的應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中通常會(huì)給每一個(gè)按鍵定義確定的功能，就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能了。此外，由于這種按鍵存在抖動(dòng)，所以使用時(shí)要注意去抖動(dòng)；由于硬件已經(jīng)固定，主要靠軟件程序上的適當(dāng)延時(shí)來去抖。4.3.4開發(fā)環(huán)境（二）硬件開發(fā)環(huán)境1、開發(fā)板資源簡述（2）路口交通燈模擬部分

主要是IO口開關(guān)量輸出的應(yīng)用。這里可以用來實(shí)現(xiàn)路口交通燈控制系統(tǒng)的樣機(jī)。4.3.4開發(fā)環(huán)境（二）硬件開發(fā)環(huán)境1、開發(fā)板資源簡述（3）繼電器部分

主要也是IO口開關(guān)量輸出的應(yīng)用。這里可以在智能溫度控制系統(tǒng)中使用，模擬控制家居設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。4.3.4開發(fā)環(huán)境（二）硬件開發(fā)環(huán)境1、開發(fā)板資源簡述（4）單脈沖部分

主要是中斷系統(tǒng)的應(yīng)用，用其來產(chǎn)生下降沿、上升沿、雙邊沿或是變化的電平。這里可以用來模擬在實(shí)際系統(tǒng)中引入的外部中斷事件，從而處理系統(tǒng)中相應(yīng)的中斷事務(wù)。4.3.4開發(fā)環(huán)境（二）硬件開發(fā)環(huán)境1、開發(fā)板資源簡述（5）時(shí)鐘部分

主要是計(jì)數(shù)器系統(tǒng)以及I2C總線系統(tǒng)的應(yīng)用。時(shí)鐘部分選用的RTC芯片為PCF8593T，采用I2C接口，它能夠輸出可編程的時(shí)鐘頻率，因此我們可以利用計(jì)數(shù)器系統(tǒng)對其進(jìn)行計(jì)數(shù)操作。當(dāng)然，RTC主要的功能是提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘，因此我們可以制作簡易的實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示系統(tǒng)。4.3.4開發(fā)環(huán)境（二）硬件開發(fā)環(huán)境1、開發(fā)板資源簡述（6）蜂鳴器部分

主要是PWM輸出的應(yīng)用。因?yàn)镻WM是占空比可變的，所以可以利用它來演奏一曲簡單的音樂。4.3.4開發(fā)環(huán)境（二）硬件開發(fā)環(huán)境1、開發(fā)板資源簡述（7）RC濾波部分

主要也是PWM輸出的應(yīng)用。使用RC組成的簡易無源濾波器來對PWM輸出進(jìn)行處理，來模擬DA輸出。4.3.4開發(fā)環(huán)境（二）硬件開發(fā)環(huán)境1、開發(fā)板資源簡述（8）數(shù)碼管顯示部分

主要是SPI總線的應(yīng)用。這部分選用的是4位一體的共陽數(shù)碼管，位選線由IO控制，段碼值由HC595送給；可以用來顯示數(shù)字和簡易的字母和符號。（9）128*32液晶座與液晶控制部分

主要是液晶（128*32）顯示系統(tǒng)的應(yīng)用。設(shè)計(jì)上采用的是液晶顯示與數(shù)碼管顯示二選一的理念，即安裝上去液晶后，就蓋住數(shù)碼管，取下后就可以使用數(shù)碼管。4.3.4開發(fā)環(huán)境（二）硬件開發(fā)環(huán)境1、開發(fā)板資源簡述（10）溫度傳感器部分

主要是單總線的應(yīng)用。選用的是數(shù)字溫度傳感器DS18B20，只需一根IO口線即可實(shí)現(xiàn)單總線的通信。此外，基于該板卡可以組建環(huán)境溫度采集顯示系統(tǒng)、智能溫度控制系統(tǒng)等。4.3.4開發(fā)環(huán)境（二）硬件開發(fā)環(huán)境1、開發(fā)板資源簡述（10）紅外對管傳感器部分

主要是學(xué)習(xí)其原理與設(shè)計(jì)方法。這里可以用來模擬出智能家居控制系統(tǒng)中的人員闖入監(jiān)測，并將其輸出信號引入中斷系統(tǒng)中，進(jìn)而設(shè)計(jì)出一套完整功能的系統(tǒng)。4.3.4開發(fā)環(huán)境（二）硬件開發(fā)環(huán)境1、開發(fā)板資源簡述（12）電源部分

主要是用來給整個(gè)板卡系統(tǒng)供電，提供+5V和+3.3V。此外，這里還預(yù)留了+5V、+3.3V和GNG的插針，方便開發(fā)者外擴(kuò)自己的模塊時(shí)取電。的系統(tǒng)。4.3.4開發(fā)環(huán)境（二）硬件開發(fā)環(huán)境1、開發(fā)板資源簡述（14）可調(diào)模擬量

主要是片內(nèi)ADC的應(yīng)用。這里設(shè)計(jì)了一個(gè)0~+3.3V可調(diào)節(jié)的模擬電壓輸出，并接至芯片的其中一路ADC輸入，可以用來模擬傳感器信號經(jīng)過處理后的模擬量。4.3.4開發(fā)環(huán)境（二）硬件開發(fā)環(huán)境1、開發(fā)板資源簡述（15）+2.5V參考源

主要是用來給需要外接參考源的芯片使用。這里采用的是LM336-2.5V基準(zhǔn)源，能輸出很穩(wěn)定的參考電壓供給芯片。4.3.4開發(fā)環(huán)境（二）硬件開發(fā)環(huán)境2、開發(fā)板測試（1）配件準(zhǔn)備5V/1A電源（2.0內(nèi)空接口，內(nèi)正外負(fù)）1個(gè)EXP-Min_System_Board板卡1塊

單芯杜邦線（20cm） 5根（2）測試儀器準(zhǔn)備

萬用表1個(gè)

示波器 1臺(tái)4.3.4開發(fā)環(huán)境（3）測試步驟電源測試：插上2.0內(nèi)空的5V/1A電源，撥動(dòng)K2至ON狀態(tài)，上電后用萬用表測量J8、J10的電壓值是否為+3.3V、+5V，且+3.3V電源指示燈正常點(diǎn)亮。+2.5V參考源測試：使用萬用表測量測試點(diǎn)TP1處的直流電壓值，看是否為+2.5V或是很接近，若稍有偏差可以調(diào)節(jié)RP3電位器校正?？烧{(diào)模擬量測試：使用萬用表測量JP17的1腳（左側(cè)），調(diào)節(jié)RP2電位器可以觀察到此模擬電壓值在變大或是變小。4.3.4開發(fā)環(huán)境液晶測試：將液晶正確的插入P2座上，撥動(dòng)K1至ON狀態(tài)，給液晶通電，調(diào)節(jié)RP1電位器來調(diào)節(jié)液晶的背光（順時(shí)針為增大背光亮度）。紅外對管傳感器測試：首先找到EXP-Min_System_Board板子上的“InfraredEmittingDiode”部分，上電，然后將撥動(dòng)開關(guān)K3撥至L側(cè)，觀察D17和D18燈全亮；找到紅外對管DS1（黑色）和DS2（透明），用手指擋在他們中間，這時(shí)觀察到D17燈滅。單脈沖測試：使用示波器測量EXP-Min_System_Board板子上INT0部分的J2插針上的P+和P-信號，按下S5按鍵，觀察是否有對應(yīng)的負(fù)脈沖和正脈沖出現(xiàn)。4.3.4開發(fā)環(huán)境繼電器測試：使用單芯杜邦線將單脈沖部分J2插針上的P+信號引致繼電器部分J18的2腳上（右側(cè)針），按下和彈起S5按鍵，觀察D14是否在亮滅變化且繼電器在動(dòng)作。蜂鳴器測試：使用單芯杜邦線將單脈沖部分J2插針上的P+信號引致蜂鳴器部分J19的2腳上（右側(cè)針），按下和彈起S5按鍵，觀察蜂鳴器是否有發(fā)聲。4.3.4開發(fā)環(huán)境（三）軟件開發(fā)環(huán)境1、KeilMDK4.01安裝與使用2、M3-LINK