4. 初识STM32

本章参考资料:1、《STM8和STM32产品选型手册》2、SetupSTM32CubeMX-4.11.0.exe

4.1. 什么是STM32

STM32,从字面上来理解,ST是意法半导体,M是Microelectronics的缩写,32表示32位,合起来理解,STM32就是指ST公司开发的32位微控制器。 在如今的32位控制器当中,STM32可以说是最璀璨的新星,它受宠若娇,大受工程师和市场的青睐,在Cortex-M系列中。

4.1.1. STM32诞生的背景

51 是嵌入式学习中一款入门级的精典MCU,因其结构简单,易于教学,且可以通过串口编程而不需要额外的仿真器,所以在教学时被大量采用,至今很多大学在嵌入式教学 中用的还是 51。51诞生于70年代,属于传统的8位单片机,如今,久经岁月的洗礼,既有其辉煌又有其不足。现在的市场产品竞争越来越激烈,对成本极其敏感, 相应地对 MCU 的 性能要求也更苛刻:更多功能,更低功耗,易用界面和多任务。面对这些要求,51现有的资源就显得得抓襟见肘。所以无论是高校教学还是市场需求, 都急需一款新的MCU来为这个领域注入新的活力。

基于这样的市场需求, ARM公司推出了其全新的基于ARMv7 架构的32位 Cortex-M3 微控制器内核。紧随其后,ST(意法半导体)公司就推出了基于Cortex-M3内核的MCU—STM32。 STM32 凭借其产品线的多样化、极高的性价比、简单易用的库开发方式,迅速在众多Cortex-M3 MCU中脱颖而出,成为最闪亮的一颗新星。STM32一上市就迅速占领了中低端MCU市场, 受到了市场和工程师的无比青睐,颇有星火燎原之势。

作为一名合格的嵌入式工程师,面对新出现的技术,我们不是充耳不闻,而是要尽快 吻合市场的需要,跟上技术的潮流。如今 STM32 的出现就是一种趋势, 一种潮流,我们要 做的就是搭上这趟快车,让自己的技术更有竞争力。

4.2. STM32能做什么

STM32属于一个微控制器,自带了各种常用通信接口,比如USART、I2C、SPI等,可接非常多的传感器,可以控制很多的设备。现实生活中, 我们接触到的很多电器产品都有STM32的身影,比如智能手环,微型四轴飞行器,平衡车、移动POST机,智能电饭锅,3D打印机等等。 下面我们以最近(特指2015~2016年)最为火爆的两个产品来讲解下,一个是手环,一个是飞行器。

4.2.1. 智能手环

三星 GearFit 智能手环
  • 红圈:STM32F439ZIY6S处理器,2048KB FLASH ,256KB RAM ,WLCSP143封装。

  • 橙圈:Macronix MX69V28F64 16 MB闪存,基于MCP封装的存储器,是一种包含了NOR和SRAM的闪存, 这在手环手机这种移动设备中经常使用,优点是体积小,可以减小PCB的尺寸。这个闪存用的439的FSMC接口驱动。

  • 黄圈:InvenSense MPU-6500陀螺仪/加速度计,用439的I2C接口驱动。

  • 绿圈:博通BCM4334WKUBG芯片,支持802.11n,蓝牙4.0+HS以及FM接收芯片,用439的SDIO或者SPI接口驱动。

  • 显示:1.84”可弯曲屏幕(Super AMOLED),432 x 128像素。触摸部分用439的I2C接口驱动,OLED显示部分用LTDC接口驱动。

三星Gear Fit 和野火STM32F429挑战者资源对比

除了这几个重要资源的对比,我们的429开发板上还集成了以太网,音频,CAN,485,232,USB转串口,蜂鸣器,LED,电容按键等外设资源, 可以充分的学习429这个芯片。在板子上面,还可以跑系统FreeRTOS/ucosiii,学习图形界面emwin。如果功夫所至,学完之后,自己都可以做一个类似Gear Fit这样的手环。 可很多人又会说,Gear Fit 涉及硬件和软件,整个系统这么复杂,并不是一个人可以完成的。说的没错,我们可以做不了,但是我们的能力可以无限接近,多学点,技多不压身嘛。

ucosiii+emwin 做的系统界面

4.2.2. 微型四轴飞行器

现在无人机非常火热,高端的无人机用STM32做不来,但是小型的四轴飞行器用STM32还是绰绰有余的。如图 5‑3所示飞行器的基本都可以用STM32搞定。

微型四轴飞行器

上面的是属于产品,如果想自己DIY,可以在入门STM32之后,买一本飞行器DIY的书,边做边学。入门级的书籍推荐《四轴飞行器DIY—基于STM32微控制器》, 见图 四轴飞行器DIY

四轴飞行器DIY—基于STM32微控制器

4.2.3. 淘宝众筹

学会了STM32,想自己做产品,如何实现自己的梦想,淘宝众筹吧。做出产品原型,用别人的钱为自己的梦想买单。

淘宝众筹科技类网址:这里面有很多产品都可以用STM32实现,只要你的创意到了,就会有人买单,前提是我们要先学会STM32。

https://hi.taobao.com/market/hi/list.php?spm=a215p.1596646.1.8.LbVyJk#type=121288001

淘宝众筹科技类

4.3. STM32怎么选型

4.3.1. STM32分类

STM32有很多系列,可以满足市场的各种需求,从内核上分有Cortex-M0、M3、M4和M7这几种,每个内核又大概分为主流、高性能和低功耗。 具体的见表格 STM8和STM32分类

单纯从学习的角度出发,可以选择F1和F4,F1代表了基础型,基于Cortex-M3内核,主频为72MHZ,F4代表了高性能,基于Cortex-M4内核,主频180M。

之于F1,F4(429系列以上)除了内核不同和主频的提升外,升级的明显特色就是带了LCD控制器和摄像头接口,支持SDRAM,这个区别在项目选型上会被优先考虑。

STM8和STM32分类

4.3.2. STM32 命名方法

这里我们以野火F429挑战者用的型号STM32F429IGT6来讲解下STM32的命名方法。

STM32F429IGT6命名解释

有关更详细的命名方法见图 STM8和STM32命名方法

STM8和STM32命名方法

4.3.3. 选择合适的MCU

了解了STM32的分类和命名方法之后,就可以根据项目的具体需求先大概选择哪类内核的MCU,普通应用,不需要接大屏幕的一般选择Cortex-M3内核的F1系列, 如果要追求高性能,需要大量的数据运算,且需要外接RGB大屏幕的则选择Cortex-M4内核的F429系列。

明确了大方向之后,接下来就是细分选型,先确定引脚,引脚多的功能就多,价格也贵,具体得根据实际项目中需要使用到什么功能,够用就好。确定好了引脚数目之后再选择FLASH大小, 相同引脚数的MCU会有不同的FLASH大小可供选择,这个也是根据实际需要选择,程序大的就选择大点的FLASH,要是产品一量产,这些省下来的都是钱。 有些月出货量以KK(百万数量级)为单位的产品,不仅是MCU,连电阻电容能少用就少用,更甚者连PCB的过孔的多少都有讲究。项目中的元器件的选型的水很深,很多学问。

4.3.3.1. 如何分配原理图IO

在画原理图之前,一般的做法是先把引脚分类好,然后才开始画原理图, 引脚分类具体见表格 画原理图时的引脚分类

画原理图时的引脚分类

4.3.3.2. 如何寻找IO的功能说明

要想根据功能来分配IO,那就得先知道每个IO的功能说明,这个我们可以从官方的数据手册里面找到。在学习的时候,有两个官方资料我们会经常用到, 一个是参考手册(英文叫Reference manual),另外一个是数据手册(英文叫Data Sheet)。 两者的具体区别见表格 参考手册和数据手册的内容区别

参考手册和数据手册的内容区别

一句话概括:数据手册主要用于芯片选型和设计原理图时参考,参考手册主要用于在编程的时候查阅。 官方的这两个文档可以从官方网址里面下载:http://www.stmcu.org/document/list/index/category-150,也可以从我们配置的光盘资料里面找到。

在数据手册中,有关引脚定义的部分在Pinouts and pin description这个小节中, 具体定义见表格 对引脚定义的解读

数据手册中对引脚定义 对引脚定义的解读

4.3.3.3. 开始分配原理图IO

比如我们的F429挑战者使用的MCU型号是STM32F429IGT6,封装为LQFP176,我们在数据手册中找到这个封装的引脚定义,然后根据引脚序号,一个一个复制出来,整理成excel表。 具体整理方法按照表格 画原理图时的引脚分类 画原理图时的引脚分类即可。分配好之后就开始画原理图。

4.3.4. PCB哪里打样

设计好原理图,画好PCB之后,需要把板子做出来,进行软硬件联调。首先得PCB打样,这里我推荐一家我经常打样的厂家,深圳嘉立创(JLC), 行业标杆,良心价格,网址:http://www.sz-jlc.com。一块10CM*10CM以内的板子,三天做好,50块就可以搞定,还包邮,简直便宜到掉渣。 如果你足够懒,不想自己焊接电阻电容二三极管什么的,嘉立创还可以帮你把PCB样板上的阻容贴好给你,打样贴片一条龙。

样品做好了,软硬件什么都OK,要小批量怎么办?还是找JLC。