1.2 基于ARM Cortex-M3的STM32單片機教學開發(fā)板

本書除了介紹基于ARM Cortex-M3的STM32F103xx微控制器單片機原理與應用開發(fā)外，還將引導你如何運用STM32F103xx微控制器開發(fā)板控制機器人運動與感知周邊環(huán)境，并采用C語言對STM32F103xx進行編程，使機器人實現(xiàn)下述4個基本智能任務。

（1）安裝傳感器以探測周邊環(huán)境；

（2）基于傳感器信息做出決策；

（3）控制機器人運動（通過操作帶動輪子旋轉的電機）；

（4）與用戶交換信息；

通過這些任務的完成，使大家在無限的樂趣之中，不知不覺地掌握基于ARM Cortex-M3的STM32F103xx微控制器（32位單片機）原理與應用開發(fā)技術，以及C語言程序設計技術，輕松走上基于ARM Cortex-M3的STM32微控制器（32位單片機）嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與設計之路。本書所用教學開發(fā)板如圖1.2所示。由于STM32F103xx系列微控制器具有全兼容性，因此可以選用STM32F103VB、STM32F103VC、STM32F103VD、STM32F103VE，以獲得更多存儲空間和片上資源。

圖1.3所示的是本書使用的機器人工程對象，它采用ARM Cortex-M3處理器作為大腦，通過教學（開發(fā)）板安裝在機器人底盤上。本書將以此機器人作為典型工程對象，引導大家學習STM32F103xx微控制器單片機原理與應用開發(fā)，并完成一個簡單機器人所需具備的四種基本能力，使機器人具有基本的智能。

本章首先通過以下步驟告訴你如何安裝和使用基于ARM Cortex-M3的STM32微控制器單片機的編程開發(fā)環(huán)境，并用C語言開發(fā)一個簡單的程序。具體任務包括：

● 安裝開發(fā)編程軟件；

● 連接教學（開發(fā)）板到供電電源或者電池；

● 連接教學（開發(fā)）板ISP接口到計算機，以便編程；

● 連接教學（開發(fā)）板串行接口到計算機，以便調(diào)試和交互；

● 運用C語言編寫程序，編譯生成可執(zhí)行文件，然后下載到單片機上，觀察執(zhí)行結果；

● 完成后斷開電源。

任務一 獲得軟件

在本課程的學習中，你將反復用到幾款軟件：RealView MDK（Microcontroller Development Kit）集成開發(fā)環(huán)境、串口調(diào)試軟件等。集成開發(fā)環(huán)境允許你在電腦上編寫程序，并編譯生成可執(zhí)行文件，然后下載到單片機上；串口調(diào)試軟件則是讓你知道單片機微控制器在做什么，觀察執(zhí)行結果。

1．RealView MDK集成開發(fā)環(huán)境

RealView MDK開發(fā)套件源自德國Keil公司，是ARM公司目前最新推出的針對各種嵌入式處理器的軟件開發(fā)工具。RealView MDK集成了業(yè)內(nèi)最領先的技術，包括μVision 3集成開發(fā)環(huán)境與RealView編譯器。支持ARM7、ARM9和最新的Cortex-M3核處理器，自動配置啟動代碼，集成Flash燒寫模塊，強大的Simulation設備模擬，性能分析等功能，與ARM之前的工具包ADS等相比，RealView編譯器的最新版本RVCT 3.1可將性能改善超過20%。你可以在Keil公司的官方網(wǎng)站www.keil.com網(wǎng)站上獲得該軟件的安裝包，安裝后包含STM32F10x系列處理器片上外圍接口固件庫（Fireware Library）。

另外一個常見的集成開發(fā)環(huán)境是IAR EWARM，它是IAR Systems公司針對各種嵌入式處理器的軟件開發(fā)工具，涉及嵌入式系統(tǒng)的設計、開發(fā)和測試的每一個階段，包括帶有C/C++編譯器和調(diào)試器的集成開發(fā)環(huán)境、實時操作系統(tǒng)和中間件、開發(fā)套件、硬件仿真器，以及狀態(tài)機建模工具。其最著名的產(chǎn)品是C編譯器——IAR Embedded Workbench，支持眾多知名半導體公司的微處理器，包括ARM、8051、AVR32、MSP430等內(nèi)核和MCU。

2．串口調(diào)試軟件

此軟件是用來顯示單片機與計算機的交互信息的。在硬件上，你的計算機至少要有串口或USB接口來與單片機教學開發(fā)板的串口連接。

任務二 安裝軟件

到目前為止，你已獲得了軟件安裝包，包括某個版本的MDK安裝包、串口調(diào)試終端、STM32庫文件和本書例程的源碼。軟件的安裝與其他軟件安裝過程一樣。先安裝MDK：

（1）執(zhí)行MDK安裝程序，雙擊MDK安裝文件圖標，進行安裝。

（2）在后續(xù)出現(xiàn)的窗口中依次單擊Next按鈕，將程序安裝在C:\Keil MDK***文件目錄下（***：表示版本號，默認安裝路徑是C:\Keil，建議換個路徑名，以防止與51單片機開發(fā)環(huán)境沖突）。安裝好以后，查看安裝路徑下ARM子目錄的結構。

● BIN目錄下面一般是一些動態(tài)鏈接文件；

● BINxx目錄下面放置的是一些編譯器和鏈接器；

● Boards和Examples目錄下面放置的是一些例程：Boards目錄下放置的是根據(jù)一些廠商所設計的開發(fā)板例子，而Examples下面則是一些更大眾化的例程。

● Flash目錄下面放置的是一些廠商的Flash芯片所用到的驅動程序，可以以其中的例程為模板，來添加自己的驅動。

● HLP目錄下面是一些幫助文檔。

● INC目錄下存放的是支持ST公司、Philips公司、Atmel公司等基于ARM Cortex-M3的各種微控制器的頭文件，如在ST公司目錄下有STM32F10X系列微控制器的固件庫頭文件。

● RL和RT Agent兩個目錄下面是一些免費的操作系統(tǒng)，如果想寫編寫實時操作系統(tǒng)，可以參考這兩個文件夾里面的資料。

● RV31目錄里面是RealView編譯器所使用的一些庫文件；RV31\LIB目錄下存放的是固件庫源代碼。可以打開文件，查看MDK自帶的STM32F10x固件庫版本。

● Segger和Signum兩個目錄下面是USB驅動。如果使用ULink進行硬件仿真時，找不到硬件，那么可以在這里面重新安裝驅動。

● Startup目錄下面放置的是各個芯片廠商的各種啟動代碼，在創(chuàng)建工程的時候編譯器會提示是否要添加啟動文件到工程下面。

● Utilities目錄下面放置的是PC機工具軟件用于調(diào)試人機接口（HID）和網(wǎng)絡接口。

（3）輸入License：運行Keil RealView MDK，選擇File菜單下的License Management子菜單，如圖1.4所示。

將License序列號復制到License Management中的New License ID Code（LIC）中，單擊ADD LIC完成，如圖1.5所示。

任務三 硬件連接

基于ARM Cortex-M3的STM32F103微控制器單片機教學開發(fā)板（或者說機器人大腦）需要連接電源以便運行，同時也需要連接到PC機或筆記本電腦以便編程和交互。以上接線完成后，你就可以用編輯器軟件來對系統(tǒng)進行開發(fā)與測試。下面將告訴你如何完成上述硬件連接任務。

串口線連接

STM32F103微控制器單片機教學開發(fā)板通過串口電纜連接到PC機或筆記本電腦上以便與用戶交互，如圖1.6（a）所示。如果你的計算機有串行接口，直接使用串口連接電纜。如果沒有，此時需要使用USB轉串口適配器，如圖1.6（b）所示。將一端的串口連接到你的教學開發(fā)板上，而另一端連接到計算的USB口上，并安裝對應的USB驅動程序。

基于ULink的JTAG下載線連接

程序是通過連接到PC機或者筆記本電腦USB口的ULink來下載到教學開發(fā)板上的單片機內(nèi)。圖1.7所示為ULink下載工具。下載線一端通過USB線連接到PC機或者筆記本電腦的USB口上，而另一端連接到教學開發(fā)板上的JTAG口上。

如圖1.8所示，這里用的USB線一端是扁形（A型），一端是方形（B型），如圖1.8（a）所示。扁形口接電腦，方形口接ULink。USB線一般分為不帶屏蔽的USB線和帶屏蔽的USB線，外表有屏蔽層的就是帶屏蔽的USB線，如圖1.8（b）所示，右邊的USB線是帶屏蔽的，左邊的USB線是不帶屏蔽的。建議用于程序下載使用的USB線為帶屏蔽的。

電源和電池的安裝

教學開發(fā)板可以使用從電腦USB口引出的5V電源。使用圖1.8（b）左邊不帶屏蔽的USB線，扁形口接電腦，方形口接教學開發(fā)板。但需注意電腦引出的USB電源供電電流最大只有500mA，當給電機（舵機）供電時可能會造成供電電流不足，導致電機（舵機）不能正常工作。

教學開發(fā)板也可使用電池供電。本書使用的機器人采用4節(jié)五號堿性電池給機器人電機和教學開發(fā)板供電，可將電池盒引出的電源線插入電源插座（φ2.5細針）。在繼續(xù)下面的任務前，請先檢查機器人底部電池盒內(nèi)是否已經(jīng)裝好電池，并是否有正常的電壓輸出。如果沒有，請更換新的電池。更換過程中，確保每顆電池都按照塑料盒子里面標記的電池極性（“+”和“-”）方向裝入。

當然，教學開發(fā)板也可以使用外接的5V或6V輸出的電源適配器供電。

給教學開發(fā)板進行通電檢查

教學開發(fā)板上有一個電源三位開關。如圖1.9（a）所示，當開關撥到“0”位斷開教學開發(fā)板電源。無論你是否將電池組或者其他電源連接到教學開發(fā)板上，只要三位開關位于“0”位，那么設備就處于關閉狀態(tài)。

現(xiàn)在將三位開關由“0”位撥至“1”位，打開教學開發(fā)板電源，如圖1.9（b）所示。檢查教學開發(fā)上的LED電源指示燈是否變亮。如果沒有，檢查USB供電線纜或者電池盒的接頭是否已經(jīng)插到教學開發(fā)板的電源插座上。

將開關撥至“2”后，電源不僅要給教學開發(fā)板供電，同時還會給機器人的執(zhí)行機構——伺服電機供電，同樣地，此時LED電源指示燈仍然會變亮。