以ARM Cortex-M3为基础的STM32开发板的设计与实现

【摘要】Cortex-M3A是ARM推出了新的产品，其在低成本、低功耗上具有很高的优势。本文对ARM Cotex-M3和STM32微控制器进行了研究，通过选择意法半导体STM32F开发板，对STM32的基本模块GPIO、RTC、USART、TFTLCD等的研究完成了相关设计，从而实现了万年历在液晶屏和PC端的显示，同时在液晶屏上实现了小容量的数码相册及图片的循环播放。

【关键词】STM32ARM Cortex-M3TFTLCD通用同步异步收发器万年历

一、引言

意法半导体（ST Microelectronics，简称ST）推出的STM32微控制器，是ST第一个基于ARM Cortex-M3内核的控制器。STM32的出现将当前微控制器的性价比水平提升到了新的高度，同时它在低功耗场合和硬实时控制场合中亦能游刃有余[1]，考虑到用户应用的多样性和大跨度的需要，STM32很好的在整个系列保持了引脚的兼容性及外设的配置的兼容性[2]。

2008年5月ST推出扩展升级的STM32些列产品线，新系列配备最高达512KB的片上闪存、存储空间更大的SRAM和更多的外设功能，以用于显示、声音、存储和高级控制。STM32系列给MCU用户带来了前所未有的自由空间，提供了全新的32位产品选项，结合了高性能、实时、低功耗、低电压等特性，同时保持了高集成度和易于开发的优势[3]。

ARM在1990年成立，当初的名字是“Advanced RISC Machines Ltd.，”，当时它是三家公司的合资―――它们分别是苹果电脑，Acorn电脑公司，以及VLSI技术（公司）。

基于ARM Cortex-M3的STM32的优势有：（1）可以选择采用固件库开发，不必接触底层寄存器，大大缩短开发周期，降低上手难度；（2）性价比高，32位的控制器有着接近于16位甚至高端8位控制器的价格；（3）功能丰富，从工控、小嵌入式均能胜任。STM32已经广泛应用在工业控制、建筑与安防、低功耗、家用电器及计算机网络和通信等领域。STM32最多5个串口，通讯方便自由，如对讲机、空中鼠标、游戏手柄、电话POS等[4]。

本文旨在对STM32微控制器的深入研究，对意法半导体开发板STM32F（100脚）进行调试与开发。对此开发板中的各个模块如GPIO、定时器、USART、中断、BKP（备份寄存器）、PWR（电源控制）、RCC（复位和时钟控制）、 FSMC、TFTLCD等进行研究。在此基础上，实现功能：将图片显示到TFTLCD上，万年历通过串口在PC上显示，并且可以在TFTLCD上显示。

一、系统模块与开发平台

1.1STM32开发板

RealView MDK的突出特性：（1）启动代码生成向导，自动引导；（2）软件模拟器，完全脱离硬件的软件开发过程；（3）性能分析器，看得更远、更细、更清；（4）Cortex-M3支持；（5）RealView编译器，代码更小，性能更高。

1.3软件系统的设计流程

在实际开发中，需要使用外设的时候一般有三个步骤，这里以GPIO外设为例简单介绍一下开发流程：

（1）修改配置文件stm32f10x_conf.h。

将配置文件gpio的宏打开，如图4。

（2）加载stm32f10x_gpio.c文件

stm32f10x_gpio.c是GPIO对应的库文件，对GPIO的一系列操作都是封装完成并存放在这类文件里。加载过程如图5所示。

（3）参数设置。

包括配置使用管脚、输入或输出模式、选中管脚的速率，开发人员只需根据所需要求在对应的参数位置进行设置即可。一个简单的实例如下：

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）；}

其它模块的应用也类似于此，这样就屏蔽了寄存器配置细节，同时加快了开发速度。

二、TFTLCD显示图片的实现

此设计中实现了两幅图片的循环播放，为实现数码相框奠定一定的基础。图片每循环一次，D1、D2、D3和D4循环闪烁一次。第一幅图片显示结果以及第二幅图片显示结果如图6和图7所示。

三、万年历设计实现

3.1设计原理

实时时钟（Real Time Clock，RTC）是一种能提供日历/时钟及数据存储等功能专用集成电路，常用作各种计算机和嵌入式系统的时钟信号源和参数设置存储电路。特别是在各种嵌入式系统中用于记录事件发生的时间和相关信息，如通信工程、电气自动化、工业控制等自动化程度高的领域中的无人值守环境。

3.2设计步骤

①上电后初始化系统时钟。

②设置GPIO引脚。

③初始化FSMC以及LCD。

④配置RTC：使能PWR和BKP模块的时钟；使能对备份区域的访问。

⑤检查预定义的标记判断RTC是否曾经设置过：预定义的标记设置在备份区域的备份寄存器，不受系统掉电的影响。

⑥如果RTC未曾设置过，则初始化RTC模块：时钟源LSE.和.秒中断的产生。

⑦设置RTC计数器：以一个基准作为时间原点。例如RTC计数值为0时表示：2008年1月1日0：0：0。输入当前年/月/日/时/分/秒，计算离时间原点的秒数。

⑧显示时间：根据当前RTC计数器的值，得到现在距时间原点的秒数，反算出当前的年/月/日/时/分/秒。

图8为设计流程图。

3.3TFTLCD显示成果

将程序编译完后，通过JTAG接口下载到开发板，显示结果如图9所示。

四、总结

STM32微控制器是近年来迅速兴起的基于ARM Cortex-M3内核的高端32位微控制器的代表，本问对意法半导体STM32F103VEBT6（100脚）微控制器进行了研究探讨，分析了开发板的各个模块功能，并实现了两个主要功能：万年历显示和图片显示。最后，设计中的万年历实现及图片显示是拥有现实意义的，其可以逐步的扩展到其它模块，并实现各个模块的结合。随着进一步的应用，其最终可实现STM32微控制器在各应用领域的应用，如工业缝纫机，游戏手柄，汽车音响等，实现低功耗且高性能的结合。

参考文献

[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，宋岩译.ARM Cortex-M3权威指南.北京：北京航空航天大学出版社，2009.

[5]彭刚，秦志强.基于ARM Cortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器应用实践.北京：电子工业出版社，2011.1.