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STM32F10xx时钟系统框图:时钟是整个系统的脉搏

下图是STM32F10xx时钟系统的框图,通过这个图可以一目了然地看到各个部件时钟产生的路径,还可以很方便地计算出各部分的时钟频率。

STM32的四个时钟源(HSIHSELSILSE)也在图中标出;图中间的时钟监视系统(CSS)是在很多ST7的单片机中就出现的安全设置。特别注意:图的右边,输出定时器时钟之前有一个乘法器,它的操作不是由程序控制的,是由硬件根据前一级的APB预分频器的输出自动选择,当APB预分频器的分频因子为1时,这个乘法器无作用;当APB预分频器的分频因子大于1时,这个乘法器做倍频操作,即将APB预分频器输出的频率乘2,这样可以保证定时器可以得到最高的72MHz时钟脉冲。

STM32上很多管脚功能可以重新映射

STM32上有很多I/O口,也有很多的内置外设,为了节省引出管脚,这些内置外设都是与I/O口共用引出管脚,ST称其为I/O管脚的复用功能,相信这点大家都很清楚,因为基本上所有单片机都是这么做的。但不知有多少人知道,很多复用功能的引出脚可以通过重映射,从不同的I/O管脚引出,即复用功能的引出脚位是可通过程序改变的。

这一功能的直接好处是,PCB电路板的设计人员可以在需要的情况下,不必把某些信号在板上绕一大圈完成联接,方便了PCB的设计同时潜在地减少了信号的交叉干扰。复用功能引出脚的重映射功能所带来的潜在好处是,在你不需要同时使用多个复用功能时,虚拟地增加复用功能的数量。例如,STM32上最多有3USART接口,当你需要更多UART接口而又不需要同时使用它们时,可以通过这个重映射功能实现更多的UART接口。

下述复用功能的引出脚具有重映射功能:

- 晶体振荡器的引脚在不接晶体时,可以作为普通I/O

- CAN模块

- JTAG调试接口

- 大部分定时器的引出接口

- 大部分USART的引出接口

- I2C1的引出接口

- SPI1的引出接口

详细内容请看STM32的技术参考手册。

请务必记住:如果使用了任意一种重映射功能,在初始化和使用之前,一定要打开AFIO时钟。

下图示出了部分复用功能引出脚的重映射结果:

【演示实例】一个在EK-STM32F板子上的RTC作为calender的例子

硬件连接:串口线连至板子的UART-0端口。超级终端设置为:

Bits Per seconds: 115200

Data bits: 8

Parity: none

Stop bits: 1

Flow control Hardware

板子第一次跑这个程序时,进入时间配置。

根据超级终端上的提示,一次输入年,月,日,时,分,秒

1月就输入0110月直接输入10;同理3号就输入03

随后当前的时间就显示到了超级终端上,并且每秒刷新。

没有断电的情况下再跑这个程序,由于看到bake up区域有被设置过时间的标志,不再进入时间设置阶段,而是直接到时间显示间断,在超级终端上,每秒刷新。

当然如果在EK-STM32F板子上将Vbat和电池相接,具体就是:将红色的电源跳线帽中的从下往上数的第5个取下,从原来的水平放置改成竖直放置(和上面的VBAT相连)。就算断电,只要再上电,看到back up区域中的记号,一样直接进入时间显示。因为断电后,back up区域由电池供电,其中记录的记号不会由于系统掉电而消失。

【演示实例】使用EK-STM32F板测量STM32的功耗

这个例子演示了如何使用EK-STM32F开发评估板测量STM32F103VBT6在各种模式下的功耗。例子中演示了如何进入STM32的各种模式(RUNSLEEPSTOPSTANDBY),使用这个例子您可以通过EK-STM32F板上的红色跳线(VDDVREF+VDDA)测量功耗。

本实例首先通过UARTWindowsHyperterminal通信,用户可以选择需要进入的功耗模式,然后这个例程把用户选好的配置存到后备寄存器,再次复位后STM32将进入之前选定的模式。

附件包中包含了一个说明文件,详细说明了如何设置板上的跳线和操作的过程。

STM32 GPIO的十大优越功能综述

前几天Hotpower邀请大家讨论一下GPIO的功能、性能和优缺点(STM32GPIO很强大~~~),等了几天没见太多人发言,但综合来看提到了3点:1)真双向IO2)速度快,3)寄存器功能重复。关于第3点有说好,有说多余的,见仁见智。

下面我就在做个抛砖引玉,根据ST手册上的内容,简单地综述一下GPIO的功能:

一、共有8种模式,可以通过编程选择:

1. 浮空输入

2. 带上拉输入

3. 带下拉输入

4. 模拟输入

5. 开漏输出——(此模式可实现hotpower说的真双向IO)

6. 推挽输出

7. 复用功能的推挽输出

8. 复用功能的开漏输出

模式7和模式8需根据具体的复用功能决定。

二、专门的寄存器(GPIOx_BSRRGPIOx_BRR)实现对GPIO口的原子操作,即回避了设置或清除I/O端口时的-修改-操作,使得设置或清除I/O端口的操作不会被中断处理打断而造成误动作。

三、每个GPIO口都可以作为外部中断的输入,便于系统灵活设计。

四、I/O口的输出模式下,有3种输出速度可选(2MHz10MHz50MHz),这有利于噪声控制。

五、所有I/O口兼容CMOSTTL,多数I/O口兼容5V电平。

六、大电流驱动能力:GPIO口在高低电平分别为0.4VVDD-0.4V时,可以提供或吸收8mA电流;如果把输入输出电平分别放宽到1.3VVDD-1.3V时,可以提供或吸收20mA电流。

七、具有独立的唤醒I/O口。

八、很多I/O口的复用功能可以重新映射,见:你知道吗?STM32上很多管脚功能可以重新映射。

九、GPIO口的配置具有上锁功能,当配置好GPIO口后,可以通过程序锁住配置组合,直到下次芯片复位才能解锁。此功能非常有利于在程序跑飞的情况下保护系统中其他的设备,不会因为某些I/O口的配置被改变而损坏——如一个输入口变成输出口并输出电流。

十、输出模式下输入寄存器依然有效,在开漏配置模式下实现真正的双向I/O功能。

STM32内置参照电压的使用

每个STM32芯片都有一个内部的参照电压,相当于一个标准电压测量点,在芯片内部连接到ADC1的通道17

根据数据手册中的数据,这个参照电压的典型值是1.20V,最小值是1.16V,最大值是1.24V。这个电压基本不随外部供电电压的变化而变化。

不少人把这个参照电压与ADC的参考电压混淆。ADC的参考电压都是通过Vref+提供的。100脚以上的型号,Vref+引到了片外,引脚名称为Vref+64脚和小于64脚的型号,Vref+在芯片内部与VCC信号线相连,没有引到片外,这样AD的参考电压就是VCC上的电压。

ADC的外部参考电压波动,或因为Vref+在芯片内部与VCC相连而VCC变化的情况下,如果对于ADC测量的准确性要求不高时,可以使用这个内部参照电压得到ADC测量的电压值。

具体方法是在测量某个通道的电压值之前,先读出参照电压的ADC测量数值,记为ADrefint;再读出要测量通道的ADC转换数值,记为ADchx;则要测量的电压为:

Vchx = Vrefint * (ADchx/ADrefint)

其中Vrefint为参照电压=1.20V

上述方法在使用内置温度传感器对因为温度变化,对系统参数进行补偿时就十分有效。

STM32的ADC输入通道配置

STM32中最多有3ADC模块,每个模块对应的通道不完全重叠。

下图是STM32F103CDE数据手册中的总框图的左下角,图中可以看出有8个外部ADC管脚分别接到了3ADC模块,有8个外部ADC管脚只分别接到了2ADC模块,还有5个外部ADC管脚只接到了ADC3模块,这样总共是21个通

道。

下表是这些ADC管脚与每个ADC模块的对应关系,表中可以看出ADC1还有2个内部通道,分别接到内部的温度传感器和内部的参照电压:

关于STM32 ADC速度的问题

STM32F103xx系列称为增强型产品,增强型产品的最高时钟频率可以达到72MHz。增强型产品的英文名称为Performance Line

STM32F101xx系列称为基本型产品,基本型产品的最高时钟频率可以达到36MHz。基本型产品的英文名称为Access Line

根据设计,当ADC模块的频率为14MHz时,可以达到ADC的最快采样转换速度。

要得到14MHzADC频率,就要求SYSCLK的频率是14MHz的倍数,即14MHz28MHz42MHz56MHz70MHz84MHz等;对于基本型产品14MHz28MHz处于它的最大允许频率范围内;对于增强型产品,14MHz28MHz42MHz56MHz70MHz几种频率都在它的最大允许频率范围内,但因为ADC预分频器的分频系数只有2468这几个,使用70MHz不能得到最大的14MHz,所以要想得到最快的ADC转换速度,在增强型产品上能用的最快SYSCLK频率是56MHz

ADC的速度由2个参数决定,它是采样时间和转换时间之和:

即:TCONV = 采样时间 + 12.5ADC时钟周期

STM32中,ADC的采样时间是由用户程序在一组预定的数值中选择,按照ADC的时钟周期计算,共有8种选择:

1.5、7.513.528.541.555.571.5239.5

按最小的1.5个时钟周期的采样时间计算,最短的TCONV等于14个时钟周期,如果ADC的时钟频率是14MHz,则ADC的速度为每秒100万次。

注意:当ADC的时钟频率超过14MHz时,ADC的精度将会显著下降。

STM32内置CRC模块的使用

所有的STM32芯片都内置了一个硬件的CRC计算模块,可以很方便地应用到需要进行通信的程序中,这个CRC计算模块使用常见的、在以太网中使用的计算多项式:

X32 + X26 + X23 + X22 + X16 + X12 + X11 + X10 +X8 + X7 + X5 + X4 + X2 + X + 1

写成16进制就是:0x04C11DB7

使用这个内置CRC模块的方法非常简单,既首先复位CRC模块(设置CRC_CR=0x01),这个操作把CRC计算的余数初始化为0xFFFFFFFF;然后把要计算的数据按每32位分割为一组数据字,并逐个地把这组数据字写入CRC_DR寄存器(既下图中的绿色框),写完所有的数据字后,就可以从CRC_DR寄存器(既下图中的兰色框)读出计算的结果。

注意:虽然读写操作都是针对CRC_DR寄存器,但实际上是访问的不同物理寄存器。

有几点需要说明:

1)上述算法中变量CRC,在每次循环结束包含了计算的余数,它始终是向左移位(既从最低位向最高位移动),溢出的数据位被丢弃。

2)输入的数据始终是以32位为单位,如果原始数据少于32位,需要在低位补0,当然也可以高位补0

3)假定输入的DWORD数组中每个分量是按小端存储。

4)输入数据是按照最高位最先计算,最低位最后计算的顺序进行。

例如:

如果输入0x44434241,内存中按字节存放的顺序是:0x41, 0x42, 0x43, 0x44。计算的结果是:0xCF534AE1

如果输入0x41424344,内存中按字节存放的顺序是:0x44, 0x43, 0x42, 0x41。计算的结果是:0xABCF9A63

STM32中定时器的时钟源

STM32中有多达8个定时器,其中TIM1TIM8是能够产生三对PWM互补输出的高级定时器,常用于三相电机的驱动,它们的时钟由APB2的输出产生。其它6个为普通定时器,时钟由APB1的输出产生。

下图是STM32参考手册上时钟分配图中,有关定时器时钟部分的截图:

从图中可以看出,定时器的时钟不是直接来自APB1APB2,而是来自于输入为APB1APB2的一个倍频器,图中的蓝色部分。

下面以定时器2~7的时钟说明这个倍频器的作用:当APB1的预分频系数为1时,这个倍频器不起作用,定时器的时钟频率等于APB1的频率;当APB1的预分频系数为其它数值(即预分频系数为24816)时,这个倍频器起作用,定时器的时钟频率等于APB1的频率两倍。

假定AHB=36MHz,因为APB1允许的最大频率为36MHz,所以APB1的预分频系数可以取任意数值;当预分频系数=1时,APB1=36MHzTIM2~7的时钟频率=36MHz(倍频器不起作用);当预分频系数=2时,APB1=18MHz,在倍频器的作用下,TIM2~7的时钟频率=36MHz

有人会问,既然需要TIM2~7的时钟频率=36MHz,为什么不直接取APB1的预分频系数=1?答案是:APB1不但要为TIM2~7提供时钟,而且还要为其它外设提供时钟;设置这个倍频器可以在保证其它外设使用较低时钟频率时,TIM2~7仍能得到较高的时钟频率。

再举个例子:当AHB=72MHz时,APB1的预分频系数必须大于2,因为APB1的最大频率只能为36MHz。如果APB1的预分频系数=2,则因为这个倍频器,TIM2~7仍然能够得到72MHz的时钟频率。能够使用更高的时钟频率,无疑提高了定时器的分辨率,这也正是设计这个倍频器的初衷。

STM32中外部中断与外部事件

这张图是一条外部中断线或外部事件线的示意图,图中信号线上划有一条斜线,旁边标志19字样的注释,表示这样的线路共有19套。

图中的蓝色虚线箭头,标出了外部中断信号的传输路径,首先外部信号从编号1的芯片管脚进入,经过编号2的边沿检测电路,通过编号3的或门进入中断挂起请求寄存器,最后经过编号4的与门输出到NVIC中断控制器;在这个通道上有4个控制选项,外部的信号首先经过边沿检测电路,这个边沿检测电路受上升沿或下降沿选择寄存器控制,用户可以使用这两个寄存器控制需要哪一个边沿产生中断,因为选择上升沿或下降沿是分别受2个平行的寄存器控制,所以用户可以同时选择上升沿或下降沿,而如果只有一个寄存器控制,那么只能选择一个边沿了。

接下来是编号3的或门,这个或门的另一个输入是软件中断/事件寄存器,从这里可以看出,软件可以优先于外部信号请求一个中断或事件,既当软件中断/事件寄存器的对应位为“1”时,不管外部信号如何,编号3的或门都会输出有效信号。

一个中断或事件请求信号经过编号3的或门后,进入挂起请求寄存器,到此之前,中断和事件的信号传输通路都是一致的,也就是说,挂起请求寄存器中记录了外部信号的电平变化。

外部请求信号最后经过编号4的与门,向NVIC中断控制器发出一个中断请求,如果中断屏蔽寄存器的对应位为“0”,则该请求信号不能传输到与门的另一端,实现了中断的屏蔽。

明白了外部中断的请求机制,就很容易理解事件的请求机制了。图中红色虚线箭头,标出了外部事件信号的传输路径,外部请求信号经过编号3的或门后,进入编号5的与门,这个与门的作用与编号4的与门类似,用于引入事件屏蔽寄存器的控制;最后脉冲发生器把一个跳变的信号转变为一个单脉冲,输出到芯片中的其它功能模块。

在这张图上我们也可以知道,从外部激励信号来看,中断和事件是没有分别的,只是在芯片内部分开,一路信号会向CPU产生中断请求,另一路信号会向其它功能模块发送脉冲触发信号,其它功能模块如何相应这个触发信号,则由对应的模块自己决定。

在图上部的APB总线和外设模块接口,是每一个功能模块都有的部分,CPU通过这样的接口访问各个功能模块,这里就不再赘述了。

STM32的USART发送数据时如何使用TXETC标志

USART的发送端有2个寄存器,一个是程序可以看到的USART_DR寄存器(下图中阴影部分的TDR),另一个是程序看不到的移位寄存器(下图中阴影部分Transmit Shift Register)

对应USART数据发送有两个标志,一个是TXE=发送数据寄存器空,另一个是TC=发送结束;对照下图,当TDR中的数据传送到移位寄存器后,TXE被设置,此时移位寄存器开始向TX信号线按位传输数据,但因为TDR已经变空,程序可以把下一个要发送的字节(操作USART_DR)写入TDR中,而不必等到移位寄存器中所有位发送结束,所有位发送结束时(送出停止位后)硬件会设置TC标志。

另一方面,在刚刚初始化好USART还没有发送任何数据时,也会有TXE标志,因为这时发送数据寄存器是空的。

TXEIE和TCIE的意义很简单,TXEIE允许在TXE标志为'1'时产生中断,而TCIE允许在TC标志为'1'时产生中断。

至于什么时候使用哪个标志,需要根据你的需要自己决定。但我认为TXE允许程序有更充裕的时间填写TDR寄存器,保证发送的数据流不间断。TC可以让程序知道发送结束的确切时间,有利于程序控制外部数据流的时序。

STM32设置了很多非常有用和灵活的控制和状态位,只要你很好地掌握了它们的用法,可以让你的应用更加精确和高效。

STM32中如何配置片内外设使用的IO端口

首先,一个外设经过配置输入的时钟和初始化后即被激活(开启)

如果需要使用该外设的输入输出管脚,则需要配置相应的GPIO端口;否则该外设对应的输入输出管脚可以做普通GPIO管脚使用。