以ARM Cortex-M3為基礎(chǔ)的STM32開發(fā)板的設(shè)計與實現(xiàn)

焦江麗 李鳳蓮

【摘要】Cortex-M3A是ARM推出了新的產(chǎn)品，其在低成本、低功耗上具有很高的優(yōu)勢。本文對ARM Cotex-M3和STM32微控制器進行了研究，通過選擇意法半導(dǎo)體STM32F開發(fā)板，對STM32的基本模塊GPIO、RTC、USART、TFTLCD等的研究完成了相關(guān)設(shè)計，從而實現(xiàn)了萬年歷在液晶屏和PC端的顯示，同時在液晶屏上實現(xiàn)了小容量的數(shù)碼相冊及圖片的循環(huán)播放。

【關(guān)鍵詞】STM32ARM Cortex-M3TFTLCD通用同步異步收發(fā)器萬年歷

一、引言

意法半導(dǎo)體（ST Microelectronics，簡稱ST）推出的STM32微控制器，是ST第一個基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的控制器。STM32的出現(xiàn)將當(dāng)前微控制器的性價比水平提升到了新的高度，同時它在低功耗場合和硬實時控制場合中亦能游刃有余[1]，考慮到用戶應(yīng)用的多樣性和大跨度的需要，STM32很好的在整個系列保持了引腳的兼容性及外設(shè)的配置的兼容性[2]。

2008年5月ST推出擴展升級的STM32些列產(chǎn)品線，新系列配備最高達(dá)512KB的片上閃存、存儲空間更大的SRAM和更多的外設(shè)功能，以用于顯示、聲音、存儲和高級控制。STM32系列給MCU用戶帶來了前所未有的自由空間，提供了全新的32位產(chǎn)品選項，結(jié)合了高性能、實時、低功耗、低電壓等特性，同時保持了高集成度和易于開發(fā)的優(yōu)勢[3]。

ARM在1990年成立，當(dāng)初的名字是“Advanced RISC Machines Ltd.，”，當(dāng)時它是三家公司的合資———它們分別是蘋果電腦，Acorn電腦公司，以及VLSI技術(shù)（公司）。

基于ARM Cortex-M3的STM32的優(yōu)勢有：（1）可以選擇采用固件庫開發(fā)，不必接觸底層寄存器，大大縮短開發(fā)周期，降低上手難度；（2）性價比高，32位的控制器有著接近于16位甚至高端8位控制器的價格；（3）功能豐富，從工控、小嵌入式均能勝任。STM32已經(jīng)廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制、建筑與安防、低功耗、家用電器及計算機網(wǎng)絡(luò)和通信等領(lǐng)域。STM32最多5個串口，外圍通訊方便自由，如對講機、空中鼠標(biāo)、游戲手柄、電話POS等[4]。

本文旨在對STM32微控制器的深入研究，對意法半導(dǎo)體開發(fā)板STM32F（100腳）進行調(diào)試與開發(fā)。對此開發(fā)板中的各個模塊如GPIO、定時器、USART、中斷、BKP（備份寄存器）、PWR（電源控制）、RCC（復(fù)位和時鐘控制）、 FSMC、TFTLCD等進行研究。在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)功能：將圖片顯示到TFTLCD上，萬年歷通過串口在PC上顯示，并且可以在TFTLCD上顯示。

一、系統(tǒng)模塊與開發(fā)平臺

1.1STM32開發(fā)板

RealView MDK的突出特性：（1）啟動代碼生成向?qū)В詣右龑?dǎo)；（2）軟件模擬器，完全脫離硬件的軟件開發(fā)過程；（3）性能分析器，看得更遠(yuǎn)、更細(xì)、更清；（4）Cortex-M3支持；（5）RealView編譯器，代碼更小，性能更高。

1.3軟件系統(tǒng)的設(shè)計流程

在實際開發(fā)中，需要使用外設(shè)的時候一般有三個步驟，這里以GPIO外設(shè)為例簡單介紹一下開發(fā)流程：

（1）修改配置文件stm32f10x_conf.h。

將配置文件gpio的宏打開，如圖4。

（2）加載stm32f10x_gpio.c文件

stm32f10x_gpio.c是GPIO對應(yīng)的庫文件，對GPIO的一系列操作都是封裝完成并存放在這類文件里。加載過程如圖5所示。

（3）參數(shù)設(shè)置。

包括配置使用管腳、輸入或輸出模式、選中管腳的速率，開發(fā)人員只需根據(jù)所需要求在對應(yīng)的參數(shù)位置進行設(shè)置即可。一個簡單的實例如下：

void GPIO_Configuration（void）

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure；

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6；

//D1

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP； GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz；

GPIO_Init（GPIOC， &GPIO_InitStructure）；}

其它模塊的應(yīng)用也類似于此，這樣就屏蔽了寄存器配置細(xì)節(jié)，同時加快了開發(fā)速度。

二、TFTLCD顯示圖片的實現(xiàn)

此設(shè)計中實現(xiàn)了兩幅圖片的循環(huán)播放，為實現(xiàn)數(shù)碼相框奠定一定的基礎(chǔ)。圖片每循環(huán)一次，D1、D2、D3和D4循環(huán)閃爍一次。第一幅圖片顯示結(jié)果以及第二幅圖片顯示結(jié)果如圖6和圖7所示。

三、萬年歷設(shè)計實現(xiàn)

3.1設(shè)計原理

實時時鐘（Real Time Clock，RTC）是一種能提供日歷/時鐘及數(shù)據(jù)存儲等功能專用集成電路，常用作各種計算機和嵌入式系統(tǒng)的時鐘信號源和參數(shù)設(shè)置存儲電路。特別是在各種嵌入式系統(tǒng)中用于記錄事件發(fā)生的時間和相關(guān)信息，如通信工程、電氣自動化、工業(yè)控制等自動化程度高的領(lǐng)域中的無人值守環(huán)境。

3.2設(shè)計步驟

①上電后初始化系統(tǒng)時鐘。

②設(shè)置GPIO引腳。

③初始化FSMC以及LCD。

④配置RTC：使能PWR和BKP模塊的時鐘；使能對備份區(qū)域的訪問。

⑤檢查預(yù)定義的標(biāo)記判斷RTC是否曾經(jīng)設(shè)置過：預(yù)定義的標(biāo)記設(shè)置在備份區(qū)域的備份寄存器，不受系統(tǒng)掉電的影響。

⑥如果RTC未曾設(shè)置過，則初始化RTC模塊：時鐘源LSE.和.秒中斷的產(chǎn)生。

⑦設(shè)置RTC計數(shù)器：以一個基準(zhǔn)作為時間原點。例如RTC計數(shù)值為0時表示：2008年1月1日0：0：0。輸入當(dāng)前年/月/日/時/分/秒，計算離時間原點的秒數(shù)。

⑧顯示時間：根據(jù)當(dāng)前RTC計數(shù)器的值，得到現(xiàn)在距時間原點的秒數(shù)，反算出當(dāng)前的年/月/日/時/分/秒。

圖8為設(shè)計流程圖。

3.3TFTLCD顯示成果

將程序編譯完后，通過JTAG接口下載到開發(fā)板，顯示結(jié)果如圖9所示。

四、總結(jié)

STM32微控制器是近年來迅速興起的基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的高端32位微控制器的代表，本問對意法半導(dǎo)體STM32F103VEBT6（100腳）微控制器進行了研究探討，分析了開發(fā)板的各個模塊功能，并實現(xiàn)了兩個主要功能：萬年歷顯示和圖片顯示。最后，設(shè)計中的萬年歷實現(xiàn)及圖片顯示是擁有現(xiàn)實意義的，其可以逐步的擴展到其它模塊，并實現(xiàn)各個模塊的結(jié)合。隨著進一步的應(yīng)用，其最終可實現(xiàn)STM32微控制器在各應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用，如工業(yè)縫紉機，游戲手柄，汽車音響等，實現(xiàn)低功耗且高性能的結(jié)合。

參考文獻

[1] Zhao Yu-mei； CHEN Fu-rong. The S2- Chemical Sensor for Ocean Monitoring[J].Ocean Technology， 2005，24（4） ：57-59.

[2] Zhao Yu-mei； CHEN Fu-rong. Research on Key Technique of Lower Concentration S2- Sensor In Situ Measurement [J]. Ocean Technology， 2008，27 （4） ：33-35.

[3] Yan Jingdong.An Improved Intelligence Sensor Data fusion Method[J].Microcomputer Information，2009，01：149～151

[4] Joseph Yiu著，宋巖譯.ARM Cortex-M3權(quán)威指南.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

[5]彭剛，秦志強.基于ARM Cortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器應(yīng)用實踐.北京：電子工業(yè)出版社，2011.1.