STM32单片机原理及硬件电路设计

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机电技术应用

Application of Mechanics-electronics Technology

STM32单片机原理及硬件电路设计

王晓彦

（忻州职业技术学院，山西 忻州 034000）

摘　要：STM32是一种嵌入式芯片，其性能非常优异，被广泛应用于嵌入式系统的设计和应用中，起到了非常重要的作用。文章介绍了STM32的功能与应用原理，并探讨了各类硬件电路的设计，以供参考。关键词：STM32单片机；原理；硬件电路设计中图分类号：TM383.6 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2020）14-0163-02

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作者简介： 王晓彦（1984—），女，山西忻州人，本科，研究方向：

电子与信息工程。

STM32单片机主要是由意法半导体公司设计的微控制ARM Cortex-O 内核，根据其内核架构的等。由于STM32单片机中应等方面都具有较强表现，因此在整合和集成方面就有较大的优势，开发起来较为方便，该类型的单片机能非常迅速地实现开发和投入市场，当前市场中这种类型的单片机十分常见，类型多样，包括基础型、智能型和高级型等，应用都比较广泛。

1 单片机概述

STM32单片机主要包括三种机型，分别是基础型、增强型和互联型。其中，基本型如STM32F101R6、STM32F101C8、STM32F101R8等；增强型如STM32F103VB、STM32F103VE、STM32F103ZE 等。

2 STM32单片机的功能与应用原理

2.1 STM32单片机的应用原理

1）系统架构。STM32是一种高端的单片机，其出现以后就获得了广泛的应用，代替了传统的低端单片机。STM32单片机采用新型处理器，具有较高的运行速度，同时配置了丰富的内置资源，使其具有强大的功能，其集成了两路高级定时器和12位的AD，此外，其应用了新型内核从而更好地满足嵌入式应用的需求。按照储存空间的大小和使用性能的强弱可以对STM32单片机进行分类，分为通用型和增强型两种，两种类型的STM32单片机在功能上有比较大的差异，例如，在时钟频率方面，增强型单片机的性能非常强大，其MCU 时钟能达到72兆赫的最高频率，性能十分突出。在这两种类型的单片机中，根据其实际功能设置了相应的闪存，两种单片机的主要区别是容量大小存在差

异，同时外设接口的方式不同。

2）I/O 模式和速率选择。STM32单片机的输出功率可以通过软件编程来进行控制，可以实现50兆赫、10兆赫、2兆赫等不同的输出功率。单片机的输出速率也是可以控制的，这种控制是基于提高GPIO 端口相应内部电路的速率来实现的，在实际应用时可以采用软件的MODE 寄存器来对GPIO 速率进行设置。STM32单片机的GPIO 具有多种类型的输入模式，具体包括浮空输入、下拉输入、上拉输入、模拟输入等；同时，其输出模式也比较多，包括开漏复用输出、推挽输出、推挽复用输出、开漏输出等模式。

3）GPIO 模式配置。STM32单片机能配置8种模式，在实际应用中通过相关软件就可以完成设置，通过这样的方式可以使单片机具有通用的输入和输出模式。2.2 STM32单片机的功能

STM32单片机在设计过程中不仅借鉴了传统单片机的优势，还在整体结构设计方面进行了创新，从而使其的性能十分优越，与传统单片机相比，性能得到了较大幅度的提升。在处理单元设计方面，其采用了零等待处理器，在运行过程中能实现无响应时间的数据处理，通过这样的设计，使其计算性能得到了全面的提升，在一周期内就能完成相关数据的计算工作，效率非常高；在数据接口的设计方面，采用了引脚和接口等设计，通过这样的设计使其可以完全满足单片机实际应用的需求；在内部接口方面，其实现了温度传感器的集成，并设置了模数转换器，使其在数据采集方面也具有较为强大的功能。此外，STM32单片机和传统的单片机相比性能十分优异的原因还与微处理器接入的基础有关，同时应用了高级定时器代替了现有的传统通用性定时器，并且许多接口在外围设备进行集成，从而极大地提升了该单片机的数据传输效率。同时STM32单片机在进行内部结构设计时，还在其中设置了存取寄存器，从而使其能在不影响处理单元的运行效率的情况下，实现数据的双向传输。

STM32单片机所具有的优异性能，不仅是因为其处理单元和存储器功具有强大的功能，与其应用原理也具有密切的关系，诸如嵌套矢量中断控制器、电源处理和低

STM32 Single Chip Microcomputer Principle and Hardware Circuit Design

Abstract ： STM32 is an embedded chip with excellent performance. It is widely used in the design and application of embedded systems and plays a very important role. The article introduces the function and application principle of STM32, and discusses the design of various hardware circuits for reference.

Keywords ：STM32 single chip microcomputer; principle; hardware circuit design

Wang Xiaoyan

(Xinzhou Vocational and Technical College,Shanxi Xinzhou 034000)

1机电技术应用

Application of Mechanics-electronics Technology

2020年7月下

耗能原理等方面。其中，基于嵌套矢量中断控制器，能实现对可屏蔽中断通道的处理，同时还可以将向量表地址传递于内核，在进行终端处理时，其可以根据优先级判断的方式来运行，有序地完成终端处理，并且在完成之后，其可以自动回复，并不需要再次通过指令来进行干预；该单片机的电源管理功能也非常出色，其配置了上电、掉电复位电路，从而能使设备在运行过程中，不需要应用复位电路依旧能实现复位模式。单片机的电压会影响到其性能，因此对其电压进行有效控制具有重要意义，STM32单片机的调压器具有主运行、低功耗运行以及掉电运行等三种模式，通过这样的设计，可以有效地保护和核心电路不受掉电问题的影响，而且这样可以更好地保护数据，保护寄存器数据完整。为了保证单片机运行过程中的低能耗，该单片机在设计过程中增加了低功耗模式，使系统可以保持低功耗运行，具体包括以下三种模式，分别是休眠、停止和待机模式。其中，在休眠模式下，处理器单元会停止运行，而外设则会继续运行，当外设运行停止以后，处理器单元会被唤醒；在停止模式下，系统会调用调压处理器，对一些不需要运行的功能进行功耗调节；在待机模式下，振荡器、调压器等都会处于关闭状态，直到外部复位出现警告才结束待机模式，这也使其有效降低了功耗[1-3]。

3 STM32单片机硬件电路设计

3.1 复位电路

在运行过程中，若单片机进入了休眠状态，或者其处于程序不可控的状态，要使系统运行，完成初始化，则需要应用重新上电的方式，但是这种方式对系统会造成不利的影响。为了解决这一问题，更好地保护系统，可以设计复位电路，通过复位电路来控制系统的初始化，可以在系统中设置复位按键，这样能防止重新上电造成的影响。复位功能的具体实现方式是，将单片机引脚和电容接成回路，并设置按键，通过按键来控制充放电，通过这样的设计就可以使系统进行初始化[4-6]。3.2 供电模块

在供电模块方面，STM32单片机采用了32位低功耗的高速MCU，具有非常高的性价比，通过数据线将其和计算机进行连接，就能对其进行充电，从而保证其正常的工作和运行。但是，STM32单片机采用的处理器内核具有较宽的供电范围，在对其进行充电时可以采用适中的电压。实际应用时，可以以51单片机的电源作为基础，ASM1117进行降压，通过这样的供电模块设计就能有效地满足STM32单片机的供电需求。此外，通过这样的供电电路设计，并且在电源的输入端和输出端加装滤波电容，还能对电源本身的波动性以及系统本身的稳定性做到兼顾。3.3 外设ADC 转换电路

在应用STM32单片机时，对一些物理量，包括浓度、电流等，单片机并不能直接显示，因此就需要实现模拟量到数据量的转化，这样才能实现良好的人机交互，方便单

片机的数据处理。为了达到这一功能，通常会在STM32单片机核心芯片上挂载ADC，同时在单片机内部嵌入了3个相互的12位ADC [7-9]。3.4 串口通信

串口通信是一种实现人工交互的方式，在ADC 转换过程中，实验数据不能直接显示出来的，如果想要在电脑上直接地观测到数字量的变化，那么应用串口通信是一个不错的方式。该电路以MAX232作为电路的核心芯片。并且参照芯片使用手册来完成电路的搭建工作，采用经典连接法就可以实现这一功能。为了使单片机和电脑的串口接法保持一致，通过软件配置STM32的PA10引脚为其复用功能，为USA ＲT1的接收引脚，PA9引脚也配置为其复用功能，即为USA ＲT1的发送引脚上[10]。

4 结束语

随着STM 单片机的出现和发展，其在加工元件设计以及电路设计中有非常重要的应用，我国在这些领域虽然也逐步加强了对STM32单片机的应用，但是受到对其应用原理认识不足以及电力设计存在弊端等因素的影响，造成了我国对STM32单片机的应用存在一定的滞后性。这严重了STM32单片机作用的发挥，对STM32单片机的原理进行深入的研究，并且对其硬件电路设计思路进行分析，对提升其应用效果具有十分重要的作用。

参考文献：

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（收稿日期：2020-6-19）