第2章微控制器STM32
第2章 STM32 微控制器
本章对STM32微控制器进行了概述，介绍了STM32F1系列产品系统构架和STM32F103ZET6内部结构、STM32F103ZET6的存储器映像、STM32F103ZET6的时钟结构、STM32F103VET6的引脚和STM32F103VET6最小系统设计
本章对STM32 微控制器进行了概述，介绍了STM32F1 系列产品系统构架和STM32F103ZET6内部结构、 STM32F103ZET6的存储器映像、STM32F103ZET6的时钟 结构、STM32F103VET6的引脚和STM32F103VET6 最小系 统设计
2.1STM32微控制器概述STM32是意法半导体（STMicroelectronics）较早推向市场的基于Cortex-M内核的微处理器系列产品，该系列产品具有成本低、功耗优、性能高、功能多等优势，并且以系列化方式推出，方便用户选型，在市场上获得了广泛好评。STM32且前常用的有STM32F103～107系列，简称“1系列”，最近又推出了高端系列STM32F4xx系列，简称“4系列”。前者基于Cortex-M3内核，后者基于Cortex-M4内核。STM32F4x系列在以下诸多方面做了优化：（1）增加了浮点运算(2）DSP处理（3）存储空间更大，高达1M字节以上（4）运算速度更高，以168MHz高速运行时可达到210DMIPS的处理能力
2.1 STM32 微控制器概述 STM32是意法半导体（STMicroelectronics）较早推向市 场的基于Cortex-M内核的微处理器系列产品，该系列产品具 有成本低、功耗优、性能高、功能多等优势，并且以系列化 方式推出，方便用户选型，在市场上获得了广泛好评。 STM32 目前常用的有STM32F103～107系列，简称“1 系列”，最近又推出了高端系列STM32F4xx系列，简称“4 系列”。前者基于Cortex-M3内核，后者基于Cortex-M4内核 。STM32F4xx系列在以下诸多方面做了优化： （1）增加了浮点运算 （2）DSP处理 （3）存储空间更大，高达1M字节以上 （4）运算速度更高，以168MHz高速运行时可达到 210DMIPS的处理能力
（5）更高级的外设，新增外设，例如，照相机接口、加密处理器、USB高速OTG接口等，提高性能，更快的通信接口，更高的采样率，带FIFO的DMA控制器1.先进的内核结构1）哈佛结构使其在处理器整数性能测试上有着出色的表现，可以达到1.25DMIPS/MHz、而功耗仅为0.19mW/MHZ。2）Thumb-2指令集以16位的代码密度带来了32位的性能。3）内置了快速的中断控制器。提供了优越的实时特性，中断的延迟时间降到只需6个CPU周期，从低功耗模式唤醒的时间也只需6个CPU周期。4）单周期乘法指令和硬件除法指令
（5）更高级的外设，新增外设，例如，照相机接口、 加密处理器、USB 高速OTG 接口等，提高性能，更快的通 信接口，更高的采样率，带FIFO的DMA控制器 1.先进的内核结构 1）哈佛结构使其在处理器整数性能测试上有着出色的 表现，可以达到1.25DMIPS/MHz、而功耗仅为0.19mW／ MHz。 2）Thumb-2指令集以16位的代码密度带来了32位的性 能。 3）内置了快速的中断控制器。提供了优越的实时特性 ，中断的延迟时间降到只需6个CPU周期，从低功耗模式唤 醒的时间也只需6个CPU周期。 4）单周期乘法指令和硬件除法指令
2.三种功耗控制STM32经过特殊处理，针对应用中三种主要的能耗要求进行了优化，这三种能耗需求分别是运行模式下高效率的动态耗电机制、待机状态时极低的电能消耗和电池供电时的低电压工作能力。为此，STM32提供了三种低功耗模式和灵活的时钟控制机制，用户可以根据自已所需要的耗电性能要求进行合理地优化。3.最大程度集成整合1）STM32内嵌电源监控器，包括上电复位、低电压检测、掉电检测和自带时钟的看门狗定时器，减少对外部器件的需求。2）使用一个主晶振可以驱动整个系统。低成本的4～16MHz晶振即可驱动CPU、USB以及所有外设，使用内嵌锁相环（PhaseLockedLoop，PLL）产生多种频率，可以为内部实时时钟选择32kHz的晶振
2. 三种功耗控制 STM32经过特殊处理，针对应用中三种主要的能耗要求 进行了优化，这三种能耗需求分别是运行模式下高效率的动 态耗电机制、待机状态时极低的电能消耗和电池供电时的低 电压工作能力。为此，STM32提供了三种低功耗模式和灵活 的时钟控制机制，用户可以根据自己所需要的耗电／性能要 求进行合理地优化。 3. 最大程度集成整合 1）STM32内嵌电源监控器，包括上电复位、低电压检 测、掉电检测和自带时钟的看门狗定时器，减少对外部器件 的需求。 2）使用一个主晶振可以驱动整个系统。低成本的4～ 16MHz晶振即可驱动CPU、USB以及所有外设，使用内嵌锁 相环（Phase Locked Loop，PLL）产生多种频率，可以为 内部实时时钟选择32kHz的晶振
3.最大程度集成整合3）内嵌出厂前调校好的8MHzRC振荡电路，可以作为主时钟源。4）针对RTC（RealTimeClock，实时时钟）或看门狗的低频率RC电路。5）LQPF100封装芯片的最小系统只需要7个外部无源器件。因此，使用STM32可以很轻松地完成产品的开发。ST提供了完整、高效的开发工具和库函数，帮助开发者缩短系统开发时间
3. 最大程度集成整合 3）内嵌出厂前调校好的8MHz RC振荡电路，可以作为 主时钟源。 4）针对RTC（Real Time Clock，实时时钟）或看门狗 的低频率RC电路。 5）LQPF100封装芯片的最小系统只需要7个外部无源 器件。 因此，使用STM32可以很轻松地完成产品的开发。ST 提供了完整、高效的开发工具和库函数，帮助开发者缩短系 统开发时间
4.出众及创新的外设STM32的优势来源干两路高级外设总线，连接到该总线上的外设能以更高的速度运行。1）USB接口速度可达12Mbit/s。2)USART接口速度高达4.5Mbit/s。3）SPl接口速度可达18Mbit/s。4）12C接口速度可达400kHz。5）GPIO的最大翻转频率为18MHZ。6）PWM（PulseWidthModulation，脉冲宽度调制）定时器最高可使用72MHz时钟输入
4. 出众及创新的外设 STM32的优势来源于两路高级外设总线，连接到该总线 上的外设能以更高的速度运行。 1）USB接口速度可达12Mbit/s。 2）USART接口速度高达4.5Mbit/s。 3）SPI接口速度可达18Mbit/s。 4）I2C接口速度可达400kHz。 5）GPIO的最大翻转频率为18MHz。 6）PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制） 定时器最高可使用72MHz时钟输入
2.1.1STM32微控制器产品线目前，市场上常见的基于Cortex-M3的MCU有意法半导体（STMicroelectronics）有限公司的STM32F103微控制器、德州仪器公司（TD的LM3S8000微控制器和恩智浦公司（NXP）的LPC1788微控制器等，其应用遍及工业控制、消费电子、仪器仪表、智能家居等各个领域。意法半导体集团于1987年6月成立，是由意大利的SGS微电子公司和法国THOMSON半导体公司合并而成。1998年5月，改名为意法半导体有限公司（ST），是世界最大的半导体公司之一。STM32系列微控制器的产品线包括高性能类型、主流类型和超低功耗类型三大类，分别面向不同的应用，其具体产品系列如图2-1所示
目前，市场上常见的基于Cortex-M3的MCU有意法半导 体（ST Microelectronics）有限公司的STM32F103微控制器 、德州仪器公司（TI）的LM3S8000微控制器和恩智浦公司 （NXP）的LPC1788微控制器等，其应用遍及工业控制、消 费电子、仪器仪表、智能家居等各个领域。 意法半导体集团于1987年6月成立，是由意大利的SGS 微电子公司和法国THOMSON半导体公司合并而成。1998年 5月，改名为意法半导体有限公司（ST），是世界最大的半 导体公司之一。 STM32系列微控制器的产品线包括高性能类型、主流类 型和超低功耗类型三大类，分别面向不同的应用，其具体产 品系列如图2-1所示。 2.1.1 STM32 微控制器产品线
高性能STM32F4STM32F7STM32E2类型398CoreMark608CoreMark1000CoreMark120MHz180MHz220MHz150DMIPS225DMIPS428DMIPS主流STM32F3STM32F0STM32F1类型245CoreMark*106 CoreMark177 CoreMark72MHz48MHz72MHz38DMIPS.61DMIPS90DMIPS超低功STM32L0STM32L4STM32L1耗类型75CoreMark93 CoreMark273 CoreMark*32MHz80MHz32MHz33DMIPS100DMIPS*26DMIPSCortex-MO/MO+Cortex-M3Cortex-M4Cortex-M7图2-1STM32产品线图
高性能 类型 398 CoreMark 120MHz 150DMIPS 608 CoreMark 180MHz 225DMIPS 1000 CoreMark 220MHz 428DMIPS 主流 类型 106 CoreMark 48MHz 38DMIPS 177 CoreMark 72MHz 61DMIPS 245 CoreMark* 72MHz 90DMIPS* 超低功 耗 类型 75 CoreMark 32MHz 26DMIPS 93 CoreMark 32MHz 33DMIPS 273 CoreMark* 80MHz 100DMIPS* Cortex-M0/M0+ Cortex-M3 Cortex-M4 Cortex-M7 STM32F2 STM32F4 STM32F7 STM32F0 STM32F1 STM32F3 STM32L0 STM32L1 STM32L4 图2-1 STM32产品线图
1.STM32F1系列（主流类型）STM32F1系列微控制器基于Cortex-M3内核，利用一流的外设和低功耗、低压操作实现了高性能，同时以可接受的价格，利用简单的架构和简便易用的工具实现了高集成度，能够满足工业、医疗和消费类市场的各种应用需求。凭借该产品系列，ST公司在全球基于ARMCortex-M3的微控制器领域处于领先地位。本书后续章节即是基于STM32F1系列中的典型微控制器STM32F103进行讲述的
1. STM32F1 系列（主流类型） STM32F1系列微控制器基于Cortex-M3内核，利用一流 的外设和低功耗、低压操作实现了高性能，同时以可接受的 价格，利用简单的架构和简便易用的工具实现了高集成度， 能够满足工业、医疗和消费类市场的各种应用需求。凭借该 产品系列，ST公司在全球基于ARM Cortex-M3的微控制器 领域处于领先地位。本书后续章节即是基于STM32F1系列中 的典型微控制器STM32F103进行讲述的