基于ARM的单片机应用及实践课件第三章讲述

第三章

STM32最小系统的设计3.1

STM32F10x系列产品简介片上存储器容量、集成外设、功能模块、封装形式等有所区别。STM32F103系列芯片CORTEXM3CPU72

MHz6kB-64kB

SRAMARM

Peripheral

Bus(max

72MHz)2x

12-bit

ADC

16

channels

/

1Msps1/2x

I2C0/1x

SPI1/2/4x

USART/LINSmartcard

/

IrDaModem

Control32/49/80*

I/OsUp

to

16

Ext.

ITsFlash

I/F32kB-512kBFlash

MemoryTemp

Sensor1x

USB

2.0FS1x

bxCAN

2.0B6x

16-bit

PWMSynchronized

ACTimer2x

Watchdog2/3/5x

16-bit

TimerExternal

MemoryInterface**Power

SupplyReg

1.8VPOR/PDR/PVDDMA3

to

11*

Channels2x

SPI/I2S**2x

DAC**1x

SDIO**Image

Sensor**1x

SPI1x

USART/LINSmartcard/IrDaModem-CtrlBridgeBridgeJTAG/SW

DebugNested

vect

IT

CtrAlRM

Lite

Hi-Speed

Bus1x

Systic

TimMeartrix

/

Arbiter

(max

72MHz)XTAL

oscillators32KHz

+

4~16MHzInt.

RC

oscillators32KHz

+

8MHzPLLRTC

/

AWUClock

ControlARM

Peripheral

Bus(max

36MHz)20B

Backup

Regs基于Cortex-M3的最小系统什么是最小系统？在尽可能减少上层应用的情况下，能够使系统运行的最小化模块配置。“最小系统”称“嵌入式核心控制模块”更贴切一些。最小系统的组成：①电源、②时钟、③复位电路、④存储系统、⑤调试系统。Cortex-M3MPUFlashSRAMTimerResetJTAGUARTPower基于Cortex-M3的最小系统

时钟模块——通常经ARM内部锁相环进行相应的倍频，以提供系统各模块运行所需的时钟频率输入复位模块——实现对系统的复位电源系统：调试系统：JTAG模块——实现对程序代码的下载和调试UART模块——实现对调试信息的终端显示存储系统：

Flash存储模块——存放启动代码、操作系统和用户应用程序代码

SDRAM模块——为系统运行提供动态存储空间，是系统代码运行的主要区域基于Cortex-M3

的STM32F10x

最小系统电源及控制、复位电路Cortex-M3主要指标：0.19W/MHz，1.25DMIPS/MHz；若达到5DMIPS的性能：Cortex-M3工作频率只需4MHz，功耗0.76W；51单片机，工作频率需60MHz，功耗30W；STM32F103处理器系统频率为72MHz，处理器性能可达到90DMIPS，此时Cortex-M3功耗约14W左右。在性能和功耗上达到了很高的水平！VDDA/VSSA独立电源/地

2.0至3.6V：为ADC、复位、RC振荡器和PLL的模拟部分供电。使用ADC时，VDD不得小于2.4V。VREF

+的电压范围2.4V-VDDA，VREF

-引脚若有必须连接到VSSA。VDD：主电源/工作电压

VSS：地2.0至3.6V：通过内置调压器提供1.8V的电源，供内核使用、3.3V供I/O管脚。VBAT：后备电池供电电源及控制、复位电路STM32内部集成了上电复位POR(Power

On

Reset)/掉电复位PDR

(Power

Down

Reset)电路，该电路始终处于工作状态，保证系统在供电超过2V时工作；当VDD低于设定的阀值(VPOR/VPDR)时，置器件于复位状态，而不必使用外部复位电路。约2.5ms电源及控制、复位电路在VDD电压由低向高上升越过规定的阀值VPOR之前，保持芯片复位，当越过这个阀值后tRSTTEMPO秒（待电源可靠供电），才开始取复位向量，并执行指令。在VDD电压由高向低下降越过规定的阀值VPDR后，将在芯片内部产生复位可编程电压监测器PVD可编程电压监测器PVD(Programmable

Voltage

Detector)，监视VDD供电并与阀值VPVD比较，当VDD低于或高于阀值VPVD时将根据外部中断第16线的上升/下降边沿触发设置，产生PVD中断。中断处理程序可以发出警告信息或将微控制器转入安全模式，但需要通过程序开启PVD。电源控制/状态寄存器（PWR_CSR）中的PVOD标志位用来表明VDD是否低于或高于阀值VPVD

。可通过查询控制/状态寄存器RCC_CSR中的复位标志来识别复位源。系统复位系统复位将清除时钟控制器CSR中的复位标志和备用域寄存器之外的所有寄存器。下列事件都将引起复位：NRST:外部异步复位引脚看门狗计时器计时终止（WWDG复位）独立看门狗计数终止（IWDG复位）软件复位（SW复位）低功耗管理复位。三种低功耗模式休（睡）眠模式：只有CPU停止工作，所有外设继续运行，在中断/事件发生时唤醒CPU。调压器1.8V区供电工作。停止（机）模式：允许以最小的功耗来保持SRAM和寄存器的内容。1.8V区域的时钟都停止其他部分工作，PLL，HSI和HSE的RC振荡器被禁能。当外部中断源（16个外部中断线之一）、PVD输出、RTC闹钟、或者USB唤醒信号，退出停止模式。三种低功耗模式待机模式：追求最少的功耗，内部调压器被关闭，这样1.8V区域断电。除了备份寄存器和待机电路，SRAM和寄存器的内容也会丢失。RTC,IWDG和相关的时钟源不会停止。当外部复位（NRST引脚）、IWDG复位、WKUP引脚出现上升沿或者RTC闹钟时间到时，退出待机模式。STM32的时钟系统STM32芯片为了实现低功耗，设计了一个功能完善但却非常复杂的时钟系统。一个步骤，就是开启外设时钟。下图说明了STM32的时钟走向，从图的左边开始，从时钟源一步步分配到外设时钟。高速时钟是提供给芯片主体的主时钟，低速时钟只是提供给芯片中的RTC（实时时钟）及独立看门狗使用。内部时钟是在芯片内部RC振荡器产生的，起振较快，芯片刚上电的时候使用内部高速时钟。外部时钟信号是由外部的晶振输入的，精度和稳定性好，上电之后通过软件配置再转用外部时钟信号。STM32的时钟系统STM32的4个时钟源:高速外部时钟（HSE）：外部晶振时钟源，晶振频率4~16MHz，一般用8MHz的晶振。高速内部时钟（HSI）：内部RC振荡器产生，频率为8MHz，但不稳定。低速外部时钟（LSE）：外部晶振作时钟源，主要提供给实时时钟模块，一般采用32.768KHz。低速内部时钟（LSI）：内部RC振荡器产生，也主要提供给实时时钟模块，频率大约为40KHz。STM32的时钟系统以最常用的高速外部时钟为例：①从左端的OSC_OUT和OSC_IN开始，这两个引脚分别接到外部晶振8MHz；②遇到第一个分频器PLLXTPRE，没二分频，继续8MHz；③遇到选择外部HSE还是内部HSI时钟开关PLLSRC，选HSE;④遇到可倍频的锁相环PLL，倍频因子PLLMUL选为9倍，则得到72MHz的PLLCLK时钟；