第02章--STM32F103微控制器.ppt
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1、第2章 STM32F1032.1 STM32F1032.1 STM32F103概述概述2.2 STM32F103ZET62.2 STM32F103ZET62.3 STM32F1032.3 STM32F103架构架构2.4 STM32F1032.4 STM32F103存储器存储器2.5 STM32F1032.5 STM32F103片内外设片内外设2.6 ST32F1032.6 ST32F103异常与中断异常与中断2.7 2.7 本章小结本章小结2.1 STM32F103概述STM32F103ZET6芯片的主要特性如下:(1)集成了32位的ARM Cortex-M3内核,最高工作频率可达72MHz
2、,计算能力为1.25DMIPS/MHz(Dhrystone 2.1),具有单周期乘法指令和硬件除法器;(2)具有512kB片内FLASH存储器和64kB片内SRAM存储器;(3)内部集成了8MHz晶体振荡器,可外接416MHz时钟源;(4)2.0V3.6V单一供电电源,具有上电复位功能(POR);(5)具有睡眠、停止、待机等三种低功耗工作模式;(6)144管脚LQFP封装(薄型四边引线扁平封装);(7)内部集成了11个定时器:4个16位的通用定时器,2个16位的可产生PWM波控制电机的定时器,2个16位的可驱动DAC的定时器,2个加窗的看门狗定时器和1个24位的系统节拍定时器(24位减计数);
3、(8)2个12位的DAC和3个12位的ADC(21通道);(9)集成了内部温度传感和实时时钟RTC;(10)具有112根高速通用输入输出口(GPIO),可从其中任 选16根作为外部中断输入口,几乎全部GPIO可承受5V输入(PA0PA7、PB0PB1、PC0PC5、PC13PC15和PF6PF10除外);(11)集成了13个外部通信接口:2个I2C、3个SPI(18Mbps,其中复用2个I2S)、1个CAN(2.0B)、5个UART、1个USB 2.0设备和1个并行SDIO;(12)具有12通道的DMA控制器,支持定时器、ADC、DAC、SDIO、I2S、SPI、I2C和UART外设;(13)
4、具有96位的全球唯一编号;(14)工作温度为40105;STM32F103家族中的其他型号芯片与STM32F103ZET6芯片相比,内核相同,工作频率相同,但片内FLASH存储器和SRAM存储器的容量以及片内外设数量有所不同,对外部的通信接口数量和芯片封装也各不相同,因此性价比也各不相同。值得一提的是,STM32F103xC、STM32F103xD和STM32F103xE(x=R,V或Z)这三个系列的相同封装的芯片是管脚兼容的,这种芯片兼容方式是芯片升级换代的最高兼容标准。STM32F103系列微控制器主要用于电机控制、工业智能控制、医疗设备、计算机外围终端和全球定位系统(GPS)等。2.2
5、STM32F103ZET6管脚定义芯片STM32F103ZET6为144管脚LQFP144封装,其外型如图2-1所示。图2-1 STM32F103ZET6外型图2-1可知,芯片STM32F103ZET6包括7个16位的通用目的输入输出口(GPIO),依次称为PA、PB、PC、PD、PE、PF和PG口,几乎每个GPIO口都复用了其他的功能(PG8和PG15例外)。芯片STM32F103ZET6的各个管脚的定义如表2-1所示。表2-1 芯片STM32F103ZET6的管脚定义序号管脚编号管脚名称主要功能复用功能重映射功能PA口134PA0-WKUPPA0WKUP/USART2_CTS/ADC123
6、_IN0/TIM2_CH1_ETR/TIM5_CH1/TIM8_ETR235PA1PA1USART2_RTS/ADC123_IN1/TIM5_CH2/TIM2_CH2336PA2PA2USART2_TX/TIM5_CH3/ADC123_IN2/TIM2_CH3437PA3PA3USART2_RX/TIM5_CH4/ADC123_IN3/TIM2_CH4540PA4PA4SPI1_NSS/USART2_CK/DAC_OUT1/ADC12_IN4641PA5PA5SPI1_SCK/DAC_OUT2/ADC12_IN5742PA6PA6SPI1_MISO/TIM8_BKIN/ADC12_IN6/TI
7、M3_CH1TIM1_BKIN843PA7PA7SPI1_MOSI/TIM8_CH1N/ADC12_IN7/TIM3_CH2TIM1_CH1N9100PA8PA8USART1_CK/TIM1_CH1/MCO10101PA9PA9USART1_TX/TIM1_CH211102PA10PA10USART1_RX/TIM1_CH312103PA11PA11USART1_CTS/USBDM/CAN_RX/TIM1_CH413104PA12PA12USART1_RTS/USBDP/CAN_TX/TIM1_ETR14105PA13JTMS-SWDIOPA1315109PA14JTCK-SWCLKPA141
8、6110PA15JTDISPI3_NSS/I2S3_WSTIM2_CH1_ETR/PA15/SPI1_NSSPB口1746PB0PB0ADC12_IN8/TIM3_CH3/TIM8_CH2NTIM1_CH2N1847PB1PB1ADC12_IN9/TIM3_CH4/TIM8_CH3NTIM1_CH3N1948PB2PB2/BOOT120133PB3JTDOSPI3_SCK/I2S3_CKPB3/TRACESWO/TIM2_CH2/SPI1_SCK21134PB4NJTRSTSPI3_MISOPB4/TIM3_CH1/SPI1_MISO22135PB5PB5I2C1_SMBA/SPI3_MOSI
9、/I2S3_SDTIM3_CH2/SPI1_MOSI23136PB6PB6I2C1_SCL/TIM4_CH1USART1_TX24137PB7PB7I2C1_SDA/FSMC_NADV/TIM4_CH2USART1_RX25139PB8PB8TIM4_CH3/SDIO_D4I2C1_SCL/CAN_RX26140PB9PB9TIM4_CH4/SDIO_D5I2C1_SDA/CAN_TX2769PB10PB10I2C2_SCL/USART3_TXTIM2_CH32870PB11PB11I2C2_SDA/USART3_RXTIM2_CH42973PB12PB12SPI2_NSS/I2S2_WS/I
10、2C2_SMBA/USART3_CK/TIM1_BKIN3074PB13PB13SPI2_SCK/I2S2_CK/USART3_CTS/TIM1_CH1N3175PB14PB14SPI2_MISO/TIM1_CH2N/USART3_RTS3276PB15PB15SPI2_MOSI/I2S2_SD/TIM1_CH3NPC口3326PC0PC0ADC123_IN103427PC1PC1ADC123_IN113528PC2PC2ADC123_IN123629PC3PC3ADC123_IN133744PC4PC4ADC12_IN143845PC5PC5ADC12_IN153996PC6PC6I2S2_
11、MCK/TIM8_CH1/SDIO_D6TIM3_CH14097PC7PC7I2S3_MCK/TIM8_CH2/SDIO_D7TIM3_CH24198PC8PC8TIM8_CH3/SDIO_D0TIM3_CH34299PC9PC9TIM8_CH4/SDIO_D1TIM3_CH443111PC10PC10UART4_TX/SDIO_D2USART3_TX44112PC11PC11UART4_RX/SDIO_D3USART3_RX45113PC12PC12UART5_TX/SDIO_CKUSART3_CK467PC13-TAMPER-RTCPC13TAMPER-RTC478PC14-OSC32_I
12、NPC14OSC32_IN489PC15-OSC32_OUTPC15OSC32_OUTPD口49114PD0OSC_INFSMC_D2CAN_RX50115PD1OSC_OUTFSMC_D3CAN_TX51116PD2PD2TIM3_ETR/UART5_RX/SDIO_CMD52117PD3PD3FSMC_CLKUSART2_CTS53118PD4PD4FSMC_NOEUSART2_RTS54119PD5PD5FSMC_NWEUSART2_TX55122PD6PD6FSMC_NWAITUSART2_RX56123PD7PD7FSMC_NE1/FSMC_NCE2USART2_CK5777PD8P
13、D8FSMC_D13USART3_TX5878PD9PD9FSMC_D14USART3_RX5979PD10PD10FSMC_D15USART3_CK6080PD11PD11FSMC_A16USART3_CTS6181PD12PD12FSMC_A17TIM4_CH1/USART3_RTS6282PD13PD13FSMC_A18TIM4_CH26385PD14PD14FSMC_D0TIM4_CH36486PD15PD15FSMC_D1TIM4_CH4PE口65141PE0PE0TIM4_ETR/FSMC_NBL066142PE1PE1FSMC_NBL1671PE2PE2TRACECK/FSMC_
14、A23682PE3PE3TRACED0/FSMC_A19693PE4PE4TRACED1/FSMC_A20704PE5PE5TRACED2/FSMC_A21715PE6PE6TRACED3/FSMC_A227258PE7PE7FSMC_D4TIM1_ETR7359PE8PE8FSMC_D5TIM1_CH1N7460PE9PE9FSMC_D6TIM1_CH17563PE10PE10FSMC_D7TIM1_CH2N7664PE11PE11FSMC_D8TIM1_CH27765PE12PE12FSMC_D9TIM1_CH3N7866PE13PE13FSMC_D10TIM1_CH37967PE14PE
15、14FSMC_D11TIM1_CH48068PE15PE15FSMC_D12TIM1_BKINPF口8110PF0PF0FSMC_A08211PF1PF1FSMC_A18312PF2PF2FSMC_A28413PF3PF3FSMC_A38514PF4PF4FSMC_A48615PF5PF5FSMC_A58718PF6PF6ADC3_IN4/FSMC_NIORD8819PF7PF7ADC3_IN5/FSMC_NREG8920PF8PF8ADC3_IN6/FSMC_NIOWR9021PF9PF9ADC3_IN7/FSMC_CD9122PF10PF10ADC3_IN8/FSMC_INTR9249PF
16、11PF11FSMC_NIOS169350PF12PF12FSMC_A69453PF13PF13FSMC_A79554PF14PF14FSMC_A89655PF15PF15FSMC_A9PG口9756PG0PG0FSMC_A109857PG1PG1FSMC_A119987PG2PG2FSMC_A1210088PG3PG3FSMC_A1310189PG4PG4FSMC_A1410290PG5PG5FSMC_A1510391PG6PG6FSMC_INT210492PG7PG7FSMC_INT310593PG8PG8106124PG9PG9FSMC_NE2/FSMC_NCE3107125PG10PG
17、10FSMC_NCE4_1/FSMC_NE3108126PG11PG11FSMC_NCE4_2109127PG12PG12FSMC_NE4110128PG13PG13FSMC_A24111129PG14PG14FSMC_A25112132PG15PG15电源、复位与时钟相关管脚11371VSS_1VSS_111472VDD_1VDD_1115107VSS_2VSS_2116108VDD_2VDD_2117143VSS_3VSS_3118144VDD_3VDD_311938VSS_4VSS_412039VDD_4VDD_412116VSS_5VSS_512217VDD_5VDD_512351VS
18、S_6VSS_612452VDD_6VDD_612561VSS_7VSS_712662VDD_7VDD_712783VSS_8VSS_812884VDD_8VDD_812994VSS_9VSS_913095VDD_9VDD_9131120VSS_10VSS_10132121VDD_10VDD_10133130VSS_11VSS_11134131VDD_11VDD_111356VBATVBAT13630VSSAVSSA13733VDDAVDDA13831VREF-VREF-13932VREF+VREF+14025NRSTNRST141138BOOT0BOOT014223OSC_INOSC_IN1
19、4324OSC_OUTOSC_OUT144106NC(空管脚)表2-1中VSS_x(x1,2,.,11)接地,VDD_x(x=1,2,.,11)接2.0V3.6V电源,为芯片中数字电路部分提供能源;VBAT接1.8V3.6V电池电源,为RTC时钟提供能源;VDDA接模拟电源,VSSA接模拟地,为芯片中模拟电路部提供能源;VREF+和VREF-为ADC模拟参考电压正负输入端。BOOT0和BOOT1(表2-1中序号19)用于选择STM32F103ZET6上电启动方式,如果BOOT0=0(BOOT1无效),则从FLASH存储器启动,此时FLASH存储器可从0 x0地址访问或从其物理地址0 x800
20、0000访问。如果BOOT01,则由BOOT1管脚的输入电平决定启动方式:如果BOOT10,则由系统存储器(System Memory)启动,此时系统存储器映射到0 x0地址处,可以从0 x0地址或从系统存储器的物理地址0 x1FFF F000处访问该存储器;如果BOOT11,则由片上SRAM存储器启动,访问地址为0 x2000 0000。一般地,配置BOOT00,即从片上FLASH启动。OSC_IN和OSC_OUT用于连接外部高精度晶体振荡器。NRST为芯片复位输入信号,低有效。2.3 STM32F103架构STM32F103ZET6的内部结构如图2-2所示。图2-2 STM32F103ZE
21、T6内部结构框图STM32F103ZET6集成了Cortex-M3内核CPU,工作频率为72MHz,与CPU紧耦合的为嵌套向量中断控制器NVIC和跟踪调试单元,其中,调试单元支持标准JTAG和串行SW两种调试方式;16个外部中断源作为NVIC中断控制器的一部分。CPU通过指令总线直接到FLASH取指令,通过数据总线和总线阵列与FLASH和SRAM交换数据,DMA可以直接通过总线阵列控制定时器、ADC、DAC、SDIO、I2S、SPI、I2C和UART。Cortex-M3内核CPU通过总线阵列和高性能总线(AHB)以及AHBAPB(高级外设总线)桥与两类APB总线相连接,即APB1总线和APB2
22、总线。其中,APB2总线工作在72MHz下,与它相连的外设有外部中断与唤醒控制、七个通用目的输入输出口(PA、PB、PC、PD、PE、PF和PG)、定时器1、定时器8、SPI1、USART1、3个ADC和内部温度传感器。其中,3个ADC和内部温度传感器使用VDDA电源。APB1总线最高可工作在36MHz频率下,与APB1总线相连的外设有看门狗定时器、定时器6、定时器7、RTC时钟、定时器2、定时器3、定时器4、定时器5、USART2、USART3、UART4、UART5、SPI2(I2S2)与SPI3(I2S3)、I2C1与I2C2、CAN、USB设备和2个DAC。其中,512B的SRAM属于
23、CAN模块,看门狗时钟源使用VDD电源,RTC时钟源使用VBAT电源。STM32F103ZET6芯片内部具有8MHz和40kHz的RC振荡器,时钟与复位控制器和SDIO模块直接与AHB总线相连接。而静态存储器控制器(FSMC)直接与总线阵列相连接。在图2-2中,各个功能模块都有专用的工作时钟源,通过管理这些时钟源使得这些模块处于工作状态还是低功耗状态。STM32F103ZET6芯片的时钟管理如图2-3所示。图2-3 STM32F103ZET6时钟管理在图2-3中,内部8MHz的时钟记为HSI,外部输入的416MHz(一般是8MHz)时钟记为HSE,内部的40kHz时钟记为LSI,外部输入的32
24、.768kHz时钟称为LSE。STM32F103ZET6的时钟管理非常灵活。在图2-3的右下角,STM32F103ZET6芯片可向外部输出PLLCLK/2、HSE、HSI和SYSCLK四个时钟信号之一。从图2-3的左边向右边看过去,外部可接8MHz时钟(由OSC_IN和OSC_OUT管脚接入)和32.768kHz时钟(由OSC32_IN和OSC32_OUT管脚接入)。系统时钟SYSCLK来自HSI、PLLCLK(PLL倍频器输入时钟)和HSE三个时钟源中的一个,其中,PLL倍频器的输入为HSI/2或PLLXTPRE选通的时钟信号(即OSC输出时钟或其二分频值)。SYSCLK直接送给I2S2、I
25、2S3和AHB预分频器(分频值为1、1/2、1/3、.、1/512)。AHB预分频器的输出时钟供给SDIO、FSMC、APB1外设、APB2外设和ADC等,同时,AHB预分频器的输出时钟还直接作为AHB总线、Cortex内核、存储器和DMA的HCLK时钟,并作为Cortex内核自由运行时钟FCLK,1/8分频后作为Cortex系统定时器时钟源。APB1预分频器的输出时钟作为APB1外设的时钟源,并且经“定时器27倍频器”倍频后作为定时器27的时钟源。此外,RTC定时器的时钟源为HSE/128、LSE或LSI之一,看门狗定时器由LSI提供时钟。APB2预分频器的输出时钟作为APB2外设的时钟源,
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