基于stm32的多路模拟量数据采集设计创新

基于stm32的多路模拟量数据采集设计创新内容摘要：

， STM32 功耗 36mA，是 32 位市场上功耗最低的产品，相当于。 在 STM32F105 和 STM32F107 互连型系列微控制器之前，意法半导体已经推出STM32 基本型系列、增强型系列、 USB 基本型系列、互补型系列；新系列产品沿用增强型系列的 72MHz 处理频率。 内存包括 64KB 到 256KB 闪存和 20KB 到 64KB 嵌入式SRAM。 新系列采用 LQFP6 LQFP100 和 LFBGA100 三种封装，不同的封装保持引脚排列一致性，结合 STM32 平台的设计理念，开发人员通过选择产品可重新优化功能、存储器 、性能和 引脚 数量，以最小的硬件变化来满足个性化的应用需求。 截至 2020 年 7 月 1 日，市面 流通的型号有： 基本型： STM32F101R STM32F101C STM32F101R STM32F101VSTM32F101RB、 STM32F101VB 增强型： STM32F103C STM32F103R STM32F103V STM32F103RB、STM32F103VB、 STM32F103VE、 STM32F103ZE 基于 STM32 的多路模拟量数据采集系统设计 9 STM32 型号的说明：以 STM32F103RBT6 这个型号的芯片为例，该型号的组成为 7个部分，其命名规则如表 31： 表 31 STM32 命名表 1 STM32 STM32 代表 ARM CortexM 内核的 32 位微控制器。 2 F F 代表芯片子系列。 3 103 103 代表增强型系列。 4 R R 这一项代表引脚数，其中 T 代表 36 脚， C 代表 48 脚， R 代表 64 脚， V 代表100 脚， Z 代表 144 脚， I 代表 176 脚。 5 B B 这一项代表内嵌 Flash 容量，其中 6 代表 32K 字节 Flash， 8 代表 64K 字节 Flash，B 代表 128K 字节 Flash， C 代表 256K 字节 Flash， D 代表 384K 字节 Flash， E代表 512K 字节 Flash， G 代表 1M 字节 Flash。 6 T T 这一项代表封装，其中 H 代表 BGA 封装， T 代表 LQFP 封装， U 代表 VFQFPN封装。 7 6 6 这一项代表工作温度范围，其中 6 代表 40——85℃ ， 7 代表 40——105℃。 STM32 历史 意法半导体 （ STMicroelectronics） 集团于 1987 年 6 月成立，是由意大利的 SGS 微电子公司和法国 Thomson 半导体公司合并而成。 1998 年 5 月， SGSTHOMSON Microelectronics 将公司名称改为意法半导体有限公司 ,意法半导体是世界最大的半导体公司之一。 从成立之初至今， ST 的增长速度超过了半导体工业的整体增长速度。 自 1999 陕西科技大学毕业设计说明书 10 年起， ST 始终是世界十大半导体公司之一。 据最新的工业统计数据，意法半导体 （ STMicroelectronics） 是全球第五大半导体厂商，在很多市场居世界领先水平。 例如，意法半导体是世界第一大 专用模拟芯片和电源转换芯片制造商，世界第一大工业半导体和机顶盒芯片供应商，而且在分立器件、手机相机模块和车用集成电路领域居世界前列。 意法半导 （ STMicroelectronics） 整个集团共有员工近 50000 名，拥有 16 个先进的研发机构、 39 个设计和应用中心、 15 主要制造厂，并在 36 个国家设有 78 个销售办事处。 公司总部设在瑞士 日内瓦 ，同时也是欧洲区以及新兴市场的总部；公司的美国总部设在德克萨斯州达拉斯市的卡罗顿；亚太区总部设在新加坡；日本的业务则以东京为总部；中国区总部设在上海，负责香港、大陆和台湾三个地区的业务。 STM32L 系列产品基于超低功耗的 ARM CortexM4 处理器内核，采用意法半导体独有的两大节能技术： 130nm 专用低泄漏电流制造工艺和优化的节能架构，提供业界领先的节能性能。 该系列属于意法半导体阵容强大的 32 位 STM32 微控制器产品家族，该产品家族共有 200 余款产品，全系列产品 共用大部分引脚、软件和外设，优异的兼容性为开发人员带来最大的设计灵活性。 STM32F0 系列产品基于超低功耗的 ARM CortexM0 处理器内核，整合增强的技术和功能，瞄准超低成本预算的应用。 该系列微控制器缩短了采用 8 位和 16 位微控制器的设备与采用 32 位微控制器的设备之间的性能差距，能够在经济型用户终端产品上实现先进且复杂的功能。 系统作用 集成嵌入式 Flash 和 SRAM 存储器的 ARM CortexM3 内核。 和 8/16 位设备相比，ARM CortexM3 32 位 RISC 处理器提供了更高的代码效率。 STM32F103xx 微控制器带有一个嵌入式的 ARM 核，所以可以兼容所有的 ARM 工具和软件。 嵌入式 Flash 存储器和 RAM 存储器：内置多达 512KB 的嵌入式 Flash，可用于存储程序和数据。 多达 64KB 的嵌入式 SRAM 可以以 CPU 的时钟速度进行读写（不待等待状态）。 可变静态存储器（ FSMC）： FSMC 嵌入在 TM32F103xC,STM32F103xD,STM32F103xE中，带有 4 个片选，支持四种模式： Flash,RAM,PSRAM,NOR 和 NAND。 3 个 FSMC 中断线经过 OR 后连接到 NVIC。 没有读 /写 FIFO，除 PCCARD 之外，代码都是从外部存储器执行，不支持 Boot，目标频率等于 SYSCLK/2，所以当系统时钟是 72MHz 时，外部访问按照 36MHz 进行。 基于 STM32 的多路模拟量数据采集系统设计 11 嵌套矢量中断控制器（ NVIC）：可以处理 43 个可屏蔽中断通道（不包括 CortexM3的 16 根中断线），提供 16 个中断优先级。 紧密耦合的 NVIC 实现了更低的中断处理延迟，直接向内核传递中断入口向量表地址，紧密耦合的 NVIC 内核接口，允许中断提前处理，对后到的更高优先级的中断进行处理，支持尾链，自动保存处 理器状态，中断入口在中断退出时自动恢复，不需要指令干预。 外部中断 /事件控制器（ EXTI）：外部中断 /事件控制器由用于 19 条产生中断 /事件请求的边沿探测器线组成。 每条线可以被单独配置用于选择触发事件（上升沿，下降沿，或者两者都可以），也可以被单独屏蔽。 有一个挂起寄存器来维护中断请求的状态。 当外部线上出现长度超过内部 APB2 时钟周期的脉冲时， EXTI 能够探测到。 多达 112 个GPIO 连接到 16 个外部中断线。 时钟和启动：在启动的时候还是要进行系统时钟选择，但复位的时候内部 8MHz 的晶振被选用作 CPU 时钟。 可以选 择一个外部的 416MHz 的时钟，并且会被监视来判定是否成功。 在这期间，控制器被禁止并且软件中断管理也随后被禁止。 同时，如果有需要（例如碰到一个间接使用的晶振失败）， PLL 时钟的中断管理完全可用。 多个预比较器可以用于配置 AHB 频率，包括高速 APB（ PB2） 和低速 APB（ APB1），高速 APB最高的频率为 72MHz，低速 APB 最高的频率为 36MHz。 Boot 模式：在启动的时候， Boot 引脚被用来在 3 种 Boot 选项种选择一种：从用户Flash 导入，从系统存储器导入，从 SRAM 导入。 Boot 导入程序位于系统存储 器，用于通过 USART1 重新对 Flash 存储器编程。 电源供电方案： VDD ，电压范围为 ，外部电源通过 VDD 引脚提供，用于 I/O 和内部调压器。 VSSA 和 VDDA，电压范围为 ，外部模拟电压输入，用于 ADC，复位模块， RC 和 PLL，在 VDD 范围之内（ ADC 被限制在 ）， VSSA 和VDDA 必须相应连接到 VSS 和 VDD。 VBAT，电压范围为 ，当 VDD 无效时为RTC，外部 32KHz 晶振和备份寄存器供电（通过电源切换实现）。 电源管理：设备有一个完整的上电复位（ POR）和掉电复位（ PDR）电路。 这条电路一直有效，用于确保从 2V 启动或者掉到 2V 的时候进行一些必要的操作。 当 VDD 低于一个特定的下限 VPOR/PDR 时，不需要外部复位电路，设备也可以保持在复位模式。 设备特有一个嵌入的可编程电压探测器（ PVD）， PVD 用于检测 VDD，并且和 VPVD限值比较，当 VDD 低于 VPVD 或者 VDD 大于 VPVD 时会产生一个中断。 中断服务程序可以产生一个警告信息或者将 MCU 置为一个安全状态。 PVD 由软件使能。 陕西科技大学毕业设计说明书 12 电压调节：调压器有 3 种运行模式：主（ MR） ，低功耗（ LPR）和掉电。 MR 用在传统意义上的调节模式（运行模式）， LPR 用在停止模式，掉电用在待机模式：调压器输出为高阻，核心电路掉电，包括零消耗（寄存器和 SRAM 的内容不会丢失）。 低功耗模式： STM32F103xx 支持 3 种低功耗模式，从而在低功耗，短启动时间和可用唤醒源之间达到一个最好的平衡点。 休眠模式：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；停止模式：允许以最小的功耗来保持 SRAM 和寄存器的内容。 区域的时钟都停止， PLL， HSI 和 HSE RC 振荡器被禁能，调压器也被置为正常或者低功耗模式。 设备可以通过外部中断线从停止模式唤醒。 外部中断源可以使 16 个外部中断线之一， PVD 输出或者 TRC 警告。 待机模式：追求最少的功耗，内部调压器被关闭，这样 区域断电。 PLL,HSI 和 HSE RC 振荡器也被关闭。 在进入待机模式之后，除了备份寄存器和待机电路， SRAM 和寄存器的内容也会丢失。 当外部复位（ NRST 引脚）， IWDG 复位， WKUP 引脚出现上升沿或者 TRC 警告发生时，设备退出待机模式。 进入停止模式或者待机模式时， TRC,IWDG 和相关的时钟源不会停止。 STM32 引脚如图 31. 基于 STM32 的多路模拟量数据采集系统设计 13 图 31 STM32 引脚图 性能特点 内核： ARM32 位 CortexM3 CPU，最高工作频率 72MHz，。 单周期乘法和硬件除法。 存储器：片上集成 32512KB 的 Flash 存储器。 664KB 的 SRAM 存储器。 时钟、复位和电源管理： 的电源供电和 I/O 接口的驱动电压。 上电复位（ POR）、掉电复位（ PDR）和可编程的电压探测器（ PVD）。 416MHz 的晶振。 内嵌出厂前调校的 8MHz RC 振荡电路。 内部 40 kHz 的 RC 振荡电路。 用于 CPU 时钟的 PLL。 带校准用于 RTC 的 32kHz 的晶振。 低功耗： 3 种低功耗模式：休眠，停止，待机模式。 为 RTC 和备份寄存器供电的VBAT。 调试模式：串行调试（ SWD）和 JTAG 接口。 DMA： 12 通道 DMA 控制器。 支持的外设：定时器， ADC， DAC， SPI， IIC 和 UART。 3 个 12 位的 us 级的 A/D 转换器（ 16 通道）： A/D 测量范围：。 双采样和保持能力。 片上集成一个温度传感器。 2 通道 12 位 D/A 转换器： STM32F103xC,STM32F103xD,STM32F103xE 独有。 最多高达 112 个的快速 I/O 端口：根据型号的不同，有 26， 37， 51， 80，和 112 的I/O 端口，所有的端口都可以映射到 16 个外部中断向量。 除了模拟输入，所有的都可以接受 5V 以内的输入。 最多多达 11 个定时器： 4 个 16 位定时器，每个定时器有 4 个 IC/OC/PWM 或者脉冲计数器。 2 个 16 位的 6 通道高级控制定时器：最多 6 个通道可用于 PWM 输出。 2 个 陕西科技大学毕业设计说明书 14 看门狗定时器（独立看门狗和窗口看门狗）。 Systick 定时器： 24 位倒计数器。 2 个 16位基本定时器用于驱动 DAC。 最多多达 13 个通信接口： 2 个 IIC 接口（ SMBus/PMBus）。 5 个 USART 接口（ ISO7816接口， LIN， IrDA 兼容，调试控制）。 3 个 SPI 接口（ 18 Mbit/s），两个和 IIS 复用。 CAN 接口（ ）。 USB 全速接口。 SDIO 接口。 ECOPACK 封装： STM32F103xx 系列微控制器采用 ECOPACK 封装形式。 架构优势 除新增的功能强化型外设接口外， STM32 互连系列还提供与其它 STM32 微控制器相同的标准接口，这种外设共用性提升了整个产品家族的应用灵活性，使开发人员可以在多个设计中重复使用同一个软件。 新 STM32 的标准外设包括 10 个定时器、两个。