STM32單片機原理及硬件電路設(shè)計研究

周江

摘要：STM32是一種具有良好性能的嵌入式芯片，在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用當(dāng)中，具有十分重要的意義和作用。在STM32單片機的應(yīng)用當(dāng)中，其工作原理和硬件電路設(shè)計十分重要的內(nèi)容?；诖耍疚募?xì)致的研究了STM32單片機的工作原理和各類硬件電路設(shè)計，從而加深了對此種類型嵌入式芯片的了解。

關(guān)鍵詞：STM32單片機 原理 硬件電路設(shè)計

中圖分類號： TP368.1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）11-0000-00

STM32是一種ARM Cortex-O內(nèi)核，是專門針對低功耗、低成本、高性能嵌入式應(yīng)用所設(shè)計的，根據(jù)其不同的內(nèi)核架構(gòu)，可分為很多種不同的產(chǎn)品。在STM32單片機當(dāng)中，采用了ARM較為先進架構(gòu)的內(nèi)核，其實施性能和功耗控制等都較為優(yōu)良，能夠最大限度的進行整合與集成，同時便于開發(fā)，能夠讓產(chǎn)品更加迅速的進入市場。在實際應(yīng)用中，主要分為基礎(chǔ)型、智能型、高級型等產(chǎn)品類型。

1 STM32單片機的原理

1.1系統(tǒng)架構(gòu)

STM32單片機的研發(fā)和應(yīng)用，成功的取代了過去的低端單片機，是一種處理速度較高的新型處理器，具有十分豐富的內(nèi)置資源，集成了兩路高級定時器和12位的AD，同時涉及了針對嵌入式應(yīng)用底層化的新型內(nèi)核。在STM32單片機當(dāng)中，根據(jù)存儲空間的大小和使用性能的強弱，主要可分為通用型和增強型。在時鐘頻率方面，二者存在著較為明顯的差別，增強型單片機的MCU時鐘能夠達到72兆赫的最高頻率，性能十分突出。在兩種不同類型的STM32單片機中，都設(shè)置了相應(yīng)的閃存，其區(qū)別在于外設(shè)接口方式和容量大小不同。

1.2 I/O模式和速率選擇

采用軟件進行編程，能夠使STM32單片機輸出50兆赫、10兆赫、2兆赫等不同的輸出功率。通過提高GPIO端口相應(yīng)內(nèi)部電路的速率，能夠?qū)纹瑱C的輸出速率提高。在設(shè)置GPIO速率的過程中，可以利用軟件的MODE寄存器來進行。在STM32單片機的GPIO輸入模式中，主要包含浮空輸入、下拉輸入、上拉輸入、模擬輸入等模式，而在輸出模式當(dāng)中，則主要包括開漏復(fù)用輸出、推挽輸出、推挽復(fù)用輸出、開漏輸出等模式。

1.3 GPIO模式配置

在STM32單片機的模式配置中，可利用相關(guān)軟件配置成8種不同的模式，從而實現(xiàn)單片機通用的輸出和輸入模式，其通用輸入輸出引腳被劃分為不同的組別。

1.4 功能

由于STM32單片機中應(yīng)用了72兆赫的CPU，因此基本上能夠?qū)崿F(xiàn)零等待。在處理數(shù)據(jù)的過程中，無需額外的響應(yīng)時間，僅在一個及其周期內(nèi)，就能夠完成運算乘除法。該單片機的GPIO接口十分豐富，引腳的數(shù)量能夠達到114個。其中，能夠兼容5V的通用I/O接口數(shù)量為80個，因而STM32單片機能夠有效的處理很多的5V模塊。此外，其中還配置了16個外部中斷，并將兩個12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器掛載到內(nèi)部總線上，從而實現(xiàn)了保持采集數(shù)據(jù)和多重采集數(shù)據(jù)的功能。在其內(nèi)部，還集成有溫度傳感器。在處理器的定位方面，STM32是ARM類型的處理器，因此相比于普通的單片機，其在各個方面都具有更為優(yōu)良的性能。在單片機內(nèi)部集成了高級定時器、通用定時器、基本定時期，總數(shù)能夠達到7個。在與外圍設(shè)備進行通信的過程中，集成了SPI接口、USB接口、CAN接口、USART接口等，從而與大多數(shù)的接口協(xié)議芯片都能夠?qū)崿F(xiàn)順利的信息通信。此外，在單片機內(nèi)部還集成了DMA直接存取寄存器，在向處理器傳輸數(shù)據(jù)的時候，不會占用CUP的處理時間，從而提高了單片機的整體工作效率。

2 STM32單片機硬件電路設(shè)計

2.1復(fù)位電路

如果STM32單片機處于休眠狀態(tài)或程序不可控狀態(tài)，可以通過重新上電的方式來進行初始化。不過，更好的方式是加裝一個復(fù)位按鍵，從而避免了重復(fù)上電對系統(tǒng)所帶來的影響。復(fù)位功能是連接單片機引腳和電容，使之形成回路，在按鍵時通過充放電實現(xiàn)初始化。因此，只需在按鍵位置設(shè)置一個電容形成回路，這樣在按下按鍵的時候，電容就能夠完成充放電，具體電路如圖1所示。

2.2供電模塊

STM32單片機是32位低功耗的高速MCU，具有較高的性價比。在工作中，只需要利用USB線與計算機相連，就能夠?qū)崿F(xiàn)其運行和工作。不過，由于STM32中采用的處理器內(nèi)核具有較寬的供電范圍，因此在大多數(shù)時候，會采取適中的電壓進行供電。在實際操作中，可以基礎(chǔ)過去的51單片機電源，利用ASM1117進行壓降，從而滿足STM32的供電需求。該供電電路能夠兼顧到電源自身的波動性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而在電源的輸入端和輸出端加裝濾波電容，具體的電路如圖2所示。

2.3外設(shè)ADC轉(zhuǎn)換電路

由于濃度、濕度、光強、電流等無法直接顯示，因此需要將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，從而方便單片機的數(shù)據(jù)處理和人機交互。在STM32單片機的核心芯片中，掛載了ADC外設(shè)，同時在單片機內(nèi)部嵌入了3個相互獨立的12位ADC，從而實現(xiàn)了模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)化。

3結(jié)語

STM32單片機相關(guān)領(lǐng)域當(dāng)中一個十分重要的設(shè)備，該單片機以其優(yōu)良的性能、較高的工作效率，受到了十分廣泛的應(yīng)用。隨著相關(guān)領(lǐng)域工作研究的不斷發(fā)展和進步，為了進一步提高STM32單片機的性能，應(yīng)當(dāng)對其原理和硬件電路設(shè)計進行研究，從而針對實際工作進行優(yōu)化和改善，使STM32單片機能夠發(fā)揮出更為良好的作用。

參考文獻

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