1、第一章 開發板硬件結構OpenM3V開發板，是作者專門為本書設計的硬件原型，采用了ST公司基于M3核的STM32F103VB，可通過ISP下載及JTAG方式調試和下載。開發板上提供了眾多的功能部件，都是工程師在實際應用中常用和必需要使用的模塊，充分使用這些模塊能盡可能的發揮STM32系列的性能。這些功能模塊包括有鍵盤和LED燈功能部件；I2C方式接口的EEPROM儲存器電路；兩個RS232串口電路；簡單AD采集電路，語音AD采集電路；CAN接口電路；USB接口電路；JTAG接口電路；后備供電電路；SPI方式接口的FLASH儲存器接口電路模塊，SPI方式接口的SD卡電路，SPI方式接口的128*

2、64點陣液晶接口電路，SPI方式接口2.4G無線通信模塊接口電路，SPI方式接口的779 MHz 至928MHz頻段無線模塊接口電路；PWM方式調光電路，PWM方式語音輸出電路，連接直流無刷電機驅動板的接口電路等眾多功能模塊電路，同時結合靈活的跳線，所有的IO口都可以單獨引出，極大的方便讀者進行嵌入式開發實驗。1.1 電路原理圖OpenM3V開發板硬件原理圖如圖1-1-1，1-1-2，1-1-3，1-1-4，1-1-5所示。圖1-1-1 芯片最小系統部分圖1-1-2圖1-1-31.2 原理圖說明1.2.1 電源電路STM32系列的工作電壓(VDD)為2.03.6V。通過內置的電壓調節器提供所需

3、的1.8V電源。當主電源VDD掉電后，通過VBAT腳為實時時鐘(RTC)和備份寄存器提供電源。OpenM3V開發板電源電路如圖1-2-1所示，使用USB口輸入5V電源，通過電容濾波和電感對瞬態電流的限制，使用LM1117為系統提供穩定的3.3V電源。當系統供電后，有一指示燈被點亮，提示系統處于供電狀態。 圖 1-2-1 電源電路STM32F103V系列具有獨立的模擬電源引腳，為了提高模擬系統的抗噪性，模擬部分應該與數字部分分開供電，如圖1-2-2所示。在電路上，使用L1，L2，C5，C6用于模擬電路部分隔離來自數字電路部分的噪聲。圖 1-2-21.2.2 系統復位電路在STM32系列芯片中，由

4、于有完善的內部復位電路，外部復位電路就特別簡單，只需要使用阻容復位方式就可以，圖1-2-3是系統的復位電路。 圖 1-2-3 復位電路圖1.2.3 時鐘電路STM32系列的控制器可以使用外部晶振或外部時鐘源，經過內部PLL或不經過內部PLL為系統提供參考時鐘，也可以使用內部RC振蕩器經過或不經過內部PLL為系統提供時鐘源。當使用外部晶振作為系統時鐘源時，外部晶振的頻率在4MHz16MHz，可以為系統提供精確的系統參考源。OpenM3V開發板使用8MHz外接晶振為系統提供精確的系統時鐘參考，使用32.768kHz低速外部晶體作為RTC時鐘源，連接到芯片的PC14、PC15腳。具體電路見圖1-2-

5、4所示 圖 1-2-4 晶振電路圖1.2.4 JTAG接口電路OpenM3V開發板采用標準14腳JTAG仿真調試接口。14腳JTAG仿真調試接口信號定義與STM32F103VB連接如圖1-2-5所示。注意，當用戶不使用JTAG口，而是作為普通IO口使用時，要注意其口線上的上拉和下拉電阻的影響，當然也可以焊下這些電阻不用。圖 1-2-5 JTAG接口電路1.2.5 串口電路 STM32系列芯片有2-5個不等異步串口，STM32F103VB擁有3個異步串口。開發板通過一片MAX3232把串口1和串口2的3.3V電平轉換為RS232電平。通過一個跳線組J5，可以把這些端口與串口部分電路斷開或相連接。

6、當跳線帽短接時，連接芯片引腳的到串口電平轉換電路，當跳線帽斷開時，這些腳可以作為通用IO口用。 開發板上，STM32F103VB的PA10（69腳）對應RX1，PA9（68腳）對應TX1，PA3（26腳）對應RX2，PA2（25腳）對應TX2。這兩個串口的數據發送端連接到DB9母頭的2號腳，數據接收端連接到DB9母頭的3號腳，DB9接頭與PC機串口相接時，使用直連串口線相連接。同時串口1可以作為程序ISP下載的接口。具體電路見圖1-2-6所示 圖 1-2-6 串口電路圖1.2.6 鍵盤電路OpenM3V開發板有獨立的7個按鍵，分別為K1K7，如圖1-2-7所示所示。由于STM32F系列芯片的每

7、一個引腳都可以定義為中斷腳，也可以定義這些按鍵作為外部中斷輸入口，或用作喚醒在睡眠或停機狀態的CPU。 開發板上，PE0連接K1,PE1連接K2PE6連接K7。雖然所有的STM32F系列芯片內部都有上拉和下拉選項，在此處加上上拉電阻只是更好的說明這個上拉電阻的作用。在對功耗要求很嚴的應用中，按鍵的上拉電阻阻值應相應取大一點，以減少這一部分的電流消耗。在按鍵的兩端，加上一個電容，它能旁路掉一定量的鍵盤按下和松開時的抖動，其值在0.1uF到1.0uF間，此處采用0.1uF電容。 按鍵按下時，采集到的電壓值為低，按鍵松開時，采集到的電壓值為高。通過判斷連接到芯片IO口電壓的高低來判斷按鍵的狀態。圖

8、1-2-7 按鍵電路圖1.2.7 LED燈電路OpenM3V開發板有獨立的8個LED燈，使用IO口來控制，分別是使用PD0控制LED1，PD1控制LED2PD7控制LED8。當IO口為高電平時，LED燈滅，當IO口為低電平時，LED燈亮。具體電路如圖1-2-8所示。圖 1-2-8 LED電路圖同時還有一路使用PWM來模擬DAC輸出可以調光輸出的LED燈，電路如圖1-2-9所示。PWM_V連接芯片的PD14腳，也即重映射TIM4的CH3腳。圖 1-2-9 PWM驅動電路圖1.2.8 I2C接口電路STM32F103VB具有2路均支持400KHz高速通信模式的硬件I2C電路接口。在開發板上使用一片

9、具有I2C接口的EEPROM儲存器芯片24C02，可以通過I2C接口實現數據的讀寫等操作。電路圖如圖1-2-10所示，24C02連接到STM32F103VB的I2C_2接口，使用跳線J6與系統相接。只有到跳線帽短接時，I2C_2接口的連接到24C02芯片上，當斷開時，I2C_2接口可以用作普通的IO口。I2C總線上拉電阻的值與總線速度有關，當總線速度高達400KHz時，應使用1K的電阻，可以實現快速的總線上升和下降變化。當使用標志的100KHz總線速度時，可以選用5.6K或10K總線上拉電阻，以降低總線操作時的功率消耗。為了兼容高速總線，此處選用1K總線上拉電阻。 圖 1-2-10 24C02

10、接口電路圖1.2.9 ADC電路 STM32F103VB具有2個12位模數轉換器，共有17個通道，轉換速率高達1000KHz。具有獨立的參考電源引腳。開發板通過跳線J12可以選擇經過隔離的3.3V或語音采集電壓參考，也可以直接從需要的地方引入參考電壓。注意J12跳線最多只能選擇一個，開發板初始狀態時參考源選擇VREF_3.3。具體跳線電路如圖1-2-10 圖 1-2-11 ADC參考跳線圖OpenM3V開發板提供一路直流電壓測量電路，一路語音采集電路。直流電壓采集電路如圖1-2-12所示，直流電壓連接到ADC_13腳。可調電阻調節輸入到ADC的電壓，在VIN點可以通過萬用表測出電壓值。開發板上

11、直接使用電源作為參考源，不能滿足高精度的電壓測量，也沒有發揮出12位ADC的性能，如果需要完全發揮STM32F103VB芯片ADC的性能，需要使用精密參考源引入VREF+腳。 圖1-2-12 直流電壓采集電路1.2.10 USB電路USB外設實現了USB2.0全速總線接口。USB外設支持USB掛起/恢復操作，可以停止設備時鐘實現低功耗。ST-EasyM3開發板通過USB接口提供電源，接口電路如圖1-2-13所示。通過J2跳線可以斷開和接通USB電路，通過J1可以選擇通過CPU控制上拉還是始終選擇上拉。如果選擇CPU來控制上拉，則通過PC11來控制。 圖 1-2-13 USB接口電路1.2.11

12、 CAN電路bxCAN是基本擴展CAN(Basic Extended CAN)的縮寫，它支持CAN協議2.0A和2.0B。它的設計目標是，以最小的CPU負荷來高效處理大量收到的報文。它也支持報文發送的優先級要求(優先級特性可軟件配置)。CAN主要用于對安全緊要的應用，bxCAN提供所有支持時間觸發通信模式所需的硬件功能。 STM32F103VB芯片有一路硬件CAN接口，電路圖1-2-14所示。通過跳線J3來連接和斷開芯片與CAN驅動的連接，使用65HVD230驅動芯片連接到CAN總線上。使用J4跳線來選擇使用使用終端200歐網絡電阻。圖 1-2-14 CAN 接口電路圖1.2.12 語音采集和

13、語音播放電路STM32F103VB芯片擁有性能優越的ADC和高效的PWM輸出，可以充分使用芯片的資源來進行語音的采集和語音輸出。圖1-2-15是語音采集和語音輸出的電路圖。 語音采集使用ADC_1，使用語音采集時，ADC參考源要選擇（J12）VREF_MIC。語音采樣使用18KHz/S的采樣頻率，使用12位數據。語音輸出PWM頻率為18K，與語音采樣速率一樣。 我們可以通過PC機或MP3等設備輸入音頻信號，通過STM32采集，然后通過PWM方式輸出來，通過揚聲器或耳機復現，實現語音采集和語音播放。 圖 1-2-15 語音采集和播放電路1.2.13 SPI接口電路串行外設接口(SPI)允許芯片與

14、外部設備以半/全雙工、同步、串行方式通信。此接口可以被配置成主模式，并為外部從設備提供通信時鐘(SCK)。接口還能以多主配置方式工作。它可用于多種用途，包括使用一條雙向數據線的雙線單工同步傳輸。STM32F103VB具有2路SPI接口，最高速度可以達到18MHz。ST-EasyM3開發板上擁有眾多的SPI接口設備，通過SPI可以很容易的連接眾多設備，實現與這些設備的高速通信。開發板上的SPI接口設備非常豐富，有2.4G無線模塊接口，863MHz925MHz頻率無線模塊接口，SD卡接口，128*64點陣液晶接口，FLASH儲存器接口和TF/SD卡接口。12.4G無線接口，其電路如圖1-2-16所

15、示。通過J8跳線來連接和斷開與2.4G無線模塊控制口線與芯片的連接。L4和C22及C23為無線模塊電源進行濾波，保證無線模塊電源的干凈度。STM32F103VB芯片的SPI2接口與無線模塊的SPI接口相連。 圖 1-2-16 2.4G無線模塊2830MHz925MHz無線模塊接口，其電路如圖1-2-17所示。通過J11來接通和斷開芯片與模塊的連接。L5、C56和C57為無線模塊電源進行濾波，以保證無線模塊電源的干凈度。STM32F103VB芯片的SPI1與無線模塊的SPI接口相連。圖 1-2-17 ISM工業頻段無線模塊3 128*64點陣LCD模塊接口，其電路如圖1-2-18所示。通過J7跳

16、線來連通和斷開芯片與LCD點陣模塊的連接。在開發板上，相應的放置了點陣液晶模塊所必須的元器件。當要使用點陣液晶模塊時，J7跳線必須全部短接。 圖 1-2-18 128*64點陣模塊接口電路4SD/TF卡接口，其電路如圖1-2-19所示。通過跳線J9來選通和斷開芯片與SD/TF卡的連接。通過SD_POWER口線來控制SD/TF卡的供電，可以重新復位SD/TF卡。通過對SD_FIND口線電平的判斷，來識別SD/TF卡是否插入。當SD/TF卡供電時，LED11燈將被點亮。 圖 1-2-19 TF/SD卡接口電路5FLASH儲存器接口，其具體電路如圖1-2-20所示。通過J10跳線來接通和斷開芯片與F

17、LASH儲存器的連接。在開發板上有一片具有SPI接口的FLASH儲存器芯片SST25V016B，可以通過SPI接口高速的實現數據的讀和寫操作，SST25V016B連接到芯片的SPI2接口。 圖1-2-20 FLASH接口電路1.2.14 電機驅動板接口電路STM32F系列芯片中，至少有一個高級定時器，這個定時器的許多功能是為方便控制電機設立的。開發板上的電機驅動板接口，其具體電路如圖1-2-21所示。在J13接口中引入了T1_CH1、T1_CH1N、T1_CH2、T1_CH2N、T1_CH2、T1_CH2N用于控制電機的三相六極；T3_1_H1、T3_2_H2、T3_3_H3用于連接霍爾傳感器

18、，T4_1_B1、T4_2_B2用于連接編碼器；ADC_1、ADC_2、ADC_3、ADC_T用于采集三相電流和驅動板上的溫度；T1_BKIN用作緊急按鈕用。同時可以為開發板提供3.3V和5.0V電源。 圖 1-2-21 電機驅動板接口1.3 開發板元器件布局圖OpenM3V開發板原件布局如圖1-3-1所示。圖1-3-1 開發板元器件圖1.3.1 跳線器說明OpenM3V開發板跳線器說明一覽表見表1-3-1。 表1-3-1 跳線器說明表跳線器IO口跳線選擇功能說明J1PC11USB_ABLE此為三端跳線，短接USB_ABLE端時，由PC11控制上拉，短接地時，聯通上拉電阻。J2PA12USBD

19、P短接時，PA12連接USBDPPA11USBDM短接時，PA11連接USBDM，使用USB時，兩個都需短接。J3PB9CANTX短接時，PB9連接CANTXPB8CANRX短接時，PB8連接CANRX，使用CAN時，兩個都需短接。J4-短接時，連接200歐電阻。J5PA9TX1短接時，PA9連接RS232電平轉換芯片PA10RX1短接時，PA12連接RS232電平轉換芯片PA2TX2短接時，PA12連接RS232電平轉換芯片PA3RX2短接時，PA12連接RS232電平轉換芯片J6PB10SCL2短接時，連接24C02的SCL腳PB11SDA2短接時，連接24C02的SDA腳J7PD8LCD

20、_A0短接時，PD8連接點陣液晶模塊的控制口線PD9LCD_REST短接時，PD9連接點陣液晶模塊的復位口線PD10LCD_SS短接時，PD10連接點陣液晶模塊的片選口線PB15MOSI_2短接時，連接點陣液晶模塊的MOSI腳PB13SCK_2短接時，連接點陣液晶模塊的SCK腳，J8與2.4G模塊有關PD11PD短接時，PD11連接2.4G無線模塊掉電控制腳PC9IRQ短接時，PC9連接2.4G無線模塊中斷輸出腳PA8RF_SS短接時，PA8連接2.4G無線模塊片選腳PD15RSET短接時，PD15連接2.4G無線模塊復位腳J9PA0SD_POWER短接時，PA0連接SD卡電源電控制腳，PC2

21、SD_FIND短接時，PC2連接SD卡插入判斷腳，PA4SD_SS短接時，PA4連接SD卡片選腳，PA5SCK1短接時，PA5連接SD卡SCK腳，PA6MISO1短接時，PA6連接SD卡MISO腳，PA7MOSI1短接時，PA7連接SD卡MOSI腳，J10PB12FLASH_SS短接時，PB12連接25P80的片選腳，PB13SCK2短接時，PB13連接25P80的SCK腳，PB14MISO2短接時，PB14連接25P80的MISO選腳，PB15MOSI2短接時，PB15連接25P80的MOSI選腳，J11PB7IRQ短接時，PB7連接工業ISM頻段無線模塊中斷輸出腳PC0SLP短接時，PB7

22、連接工業ISM頻段無線模塊功能腳PC1RSET短接時，PB7連接工業ISM頻段無線模塊復位腳PC13SEL短接時，PB7連接工業ISM頻段無線模塊片選腳PA5SCK1短接時，PB7連接工業ISM頻段無線模塊SCK腳PA6MISO1短接時，PB7連接工業ISM頻段無線模塊MISO腳PA7MOSI1短接時，PB7連接工業ISM頻段無線模塊MOSI腳J12VREF+VREF_MIC短接時，參考電源連接語音轉換參考電源點VREF+VREF_3.3短接時，參考電源連接到經過隔離的3.3V電源上開發板上的眾多功能模塊，可以通過跳線與芯片連接或斷開。開發板上絕大部分采用2針跳線，跳線器的兩邊均標記有其相應的

23、功能符號，當跳線短接時，CPU連接功能模塊，當跳線斷開時，CPU和功能模塊斷開，可以作為普通的IO口用。在這12個跳線塊中，J1，為三端跳線，可以選擇跳接GND和USB_ABLE，J12為參考電源跳線塊，當使用ADC模塊時，必須選擇一個參考源。一般測試可以選用VREF_3.3，當使用語音采集電路時，可以選擇VREF_MIC。切記，參考源只能跳接一個，跳接VREF_3.3時，就不能接VREF_MIC，反之一樣。J5跳線塊為接通UART1和UART2用，當使用UART1時，必須跳接TX1和RX1這兩個跳線，當使用UART2時，必須跳接TX2和RX2。其他的跳線塊在使用器功能部件時必須全部跳接上。下

24、面對每一個跳線器做詳細 的說明：J1 USB上拉電阻控制J1跳線器，其在開發板上位置見圖1-3-2所示，是惟一的三端跳線器，跳線器的中間引腳連接上拉電阻控制端。當跳線帽跳接到GND端時，中間引腳連接到GND，這時控制端口接入低電平，電路導通，使能上拉電阻。當跳線帽端口跳接到USB_ABLE端口時，上拉電阻控制端與芯片的PC11端口相連，當PC11輸出高電平時，電路截止，失能上拉電阻，當PC11輸出低電平時，電路導通，使能上拉電阻。這時可以在程序中來控制上拉電阻是否有效。J2 USB接口通過跳線器J2的選擇，STM32F103VB的USB數據引腳USBDP和USBDM連接到USB接口電路和USB

25、插座上，可以通過USB進行數據通信。J2跳線器和USB接口在開發板上位置見圖1-3-2所示。 圖 1-3-2 USB和CAN功能模塊在PCB電路板上的位置圖 J3 CAN接口通過跳線J3的選擇，STM32F103VB的CAN總線CANRX和CANTX鏈接到CAN總線驅動器上，可以實現CAN總線通信。開發板上的CAN總線驅動器沒有采用隔離電源和實行電氣隔離，在真正的實際應用中，隔離是必不可少的，由于需要隔離，增加了CAN總線的使用成本。J3跳線器及CAN接口在開發板上的位置見圖1-3-3所示。J4 終端網絡電阻當此設備處在CAN總線的終端是，通過J4跳線選擇接入200歐的終端電阻。當此設備不是C

26、AN總線終端設備時，去掉J4跳線帽，斷開終端電阻。J4跳線器在開發板上的位置見圖1-3-3所示。J5 UART串口通過J5跳線器的選擇，STM32F103VB的UART1和UART2引腳連接到MAX3232轉換芯片上，進而連通道DB9插座上，從而可以進行串口通信。當短接RX1和TX1跳線帽時，UART1串口被連接，當短接RX2和TX2時，UART2串口被連接。UART1和UART2可以獨立被連接使用。J5跳線器及串口在開發板上的位置見圖1-3-4所示。 圖 1-3-4J6 I2C接口通過跳線器J6的選擇，STM32F103VB芯片的I2C總線SCL2和SDA2將與開發板上的24C02相連，芯片

27、可以通過I2C總線對24C02進行讀或寫操作。J6和24C02在開發板上具體位置見圖1-3-5所示。 圖 1-3-5J7 點陣液晶接口通過跳線器J7的選擇，STM32F103VB芯片可以連接到128*64點陣液晶模塊上，以驅動液晶模塊。芯片通過PD8腳控制液晶模塊A0口，以實現數據和指令的轉換，通過PD9腳來控制液晶模塊的復位腳，通過PD10腳來作為SPI選擇液晶模塊的片選腳。液晶模塊連接到芯片的SPI2接口。J7跳線器和128*64液晶模塊接口在開發板上的具體位置見圖1-3-6所示。開發板標準配置沒有此液晶模塊。 圖 1-3-6J8 2.4G無線模塊接口通過跳線器J8的選擇，STM32F10

28、3VB芯片可以連接到2.4G無線模塊上，以驅動無線模塊實現數據的無線通訊完成。開發板上標準配置沒有2.4G無線模塊，其具體位置見圖1-3-7所示。 圖 1-3-7 J9 SD/TF卡通過跳線器可以選擇，STM32F103VB芯片的SPI1可以連接到SD/TF卡接口上。由于TF卡廣泛應用于手機和數碼設備中，在通用的容量下，有更小的體積，在市場中的占有量大大超過SD卡，具有更大的通用性，在開發板上沒有選用大多數開發板選用的SD卡座，而是選用了更加通用的TF卡座。短接跳線器J9，芯片通過PA0腳，可以控制SD/TF卡的電源開關；芯片通過對PC2腳電平的讀取，可以獲知TF卡是否插入到卡座中；PA4為S

29、P1是否選擇TF卡通訊的片選腳。J9跳線器和TF卡座在開發板上具體位置如圖1-3-8所示。J10 FLASH存儲器通過跳線器J10可以選擇，芯片的SPI2接口可以連接到FLASH存儲器SST25VF016B芯片上，通過SPI對SST25VF016B進行讀寫操作。J10跳線器在板上的具體位置見圖1-3-5所示。J11 工業ISM頻段模塊通過跳線器J11的選擇，STM32F103VB芯片可以連接到工業ISM頻段無線模塊上，以驅動無線模塊實現數據的無線通訊完成。開發板上標準配置沒有工業ISM頻段無線模塊，J11跳線器和工業ISM頻段無線模塊在開發板上的具體位置見圖1-3-9所示。 圖 1-3-9 J12 ADC參考電源通過跳線J12可以選擇不用的ADC轉換標準源。J12跳線只能選擇一個，或者不選擇。J12跳線器絕對不可以同時選擇，這是和其他跳線器要區別的地方。當使用ADC采集語音數據時，需要把J12跳線器的VREF_MIC短接，VREF_3.3要斷開；當進行一般ADC轉換測試時，短接VREF_3.3，斷開VREF_MIC跳線。也