STM32F103C8T6 微控制器芯片手册

1. 简介

STM32F103C8T6 是基于 ARM Cortex-M3 内核的 32 位微控制器（MCU），由意法半导体（STMicroelectronics）生产，广泛应用于嵌入式系统开发中。该芯片具有较高的性能、低功耗和丰富的外设接口，适合在工业控制、物联网设备、消费电子等领域中使用。

1.1 常见型号

STM32F103 系列根据存储大小和功能不同，分为多种型号，常见的型号包括：

STM32F103C8T6：64KB 闪存，20KB SRAM。
STM32F103C6T6：32KB 闪存，10KB SRAM。
STM32F103CBT6：128KB 闪存，20KB SRAM。
STM32F103RCT6：256KB 闪存，48KB SRAM。

这些型号主要区别在于内存大小和某些高级外设功能。STM32F103 系列芯片可提供多达 72 MHz 的工作频率，支持高达 2 个 ADC、多个定时器、I2C、SPI、USART 和 USB 等外设。

2. 芯片参数

STM32F103C8T6 的技术参数如下：

内核：ARM Cortex-M3
工作频率：最大 72 MHz
存储：

闪存：64 KB
SRAM：20 KB

工作电压：2.0 V - 3.6 V
功耗：

正常模式下：24 mA（在 72 MHz 时）
待机模式下：2 μA

I/O 端口：37 个通用 I/O（GPIO），支持复用功能
定时器：

3 个通用 16 位定时器
1 个高级 16 位定时器（支持 PWM 输出）
2 个看门狗定时器
1 个 SysTick 定时器

外设：

2 个 I2C 接口
2 个 SPI 接口
3 个 USART 接口
1 个 USB 2.0 全速接口
1 个 CAN 总线接口

模拟功能：

2 个 12 位 ADC，支持多通道转换

时钟源：

内部 RC 振荡器（8 MHz）
外部晶振（最大 16 MHz）

封装：LQFP48（48 引脚）

3. 工作原理

STM32F103C8T6 的核心是 ARM Cortex-M3，采用哈佛架构，具有独立的指令和数据总线，支持并行数据和指令处理。该处理器支持 Thumb-2 指令集，能够通过 16 位和 32 位指令进行混合编码，从而减少代码大小，提升执行效率。

Cortex-M3 内核的主要特点包括：

中断处理：具有嵌套向量中断控制器（NVIC），支持快速中断响应和中断优先级管理。
调试功能：支持标准的 JTAG 和 SWD 调试接口，具备实时跟踪和调试功能。
内存保护单元（MPU）：提供内存区域保护功能，防止未授权的内存访问。
电源管理：支持多种低功耗模式（休眠、待机等），有效降低系统功耗。

STM32F103C8T6 的外设通过总线结构与处理器连接。处理器通过时钟和复位控制单元（RCC）来管理外设的启用和时钟配置。例如，定时器可以用于精确的时间测量、PWM 输出和事件计数，而串行外设（如 USART、SPI 和 I2C）可以实现与其他设备的通信。

4. 特点

STM32F103C8T6 具有以下显著特点：

4.1 高性能

72 MHz 的处理器频率：相比于 8 位或 16 位 MCU，Cortex-M3 提供了更高的处理速度，适合需要高效处理的应用场景。
硬件除法器与乘法器：提供高效的数学运算能力，特别适用于需要大量计算的应用，如信号处理、控制算法等。

4.2 低功耗

STM32F103C8T6 支持多种低功耗模式，可以在不影响性能的情况下有效降低功耗：

休眠模式（Sleep Mode）：仅停止 CPU 时钟，外围设备和内存仍然工作，功耗大幅降低。
待机模式（Standby Mode）：几乎关闭所有系统功能，仅保留最低的电源消耗，用于维持数据的保存。

4.3 丰富的外设

该芯片集成了丰富的外设接口，能够满足各种复杂系统的需求：

通用输入输出端口（GPIO）：能够配置成不同的工作模式，包括输入、输出、复用功能等。
定时器：支持高级功能，如 PWM 输出、捕捉/比较、自动重装载等。
通信接口：包含多种通信协议，如 USART、I2C、SPI 和 USB，使得芯片能够与多种外部设备进行数据交换。

4.4 内部振荡器

STM32F103C8T6 内置有高精度的内部 RC 振荡器，方便无需外部晶振的应用，同时也支持外部时钟输入，满足对时钟精度更高的应用场合。

4.5 易于开发

广泛的开发工具支持：STM32 系列 MCU 支持多种开发环境，如 Keil、IAR 和 STM32CubeIDE，开发者可以快速进行代码编写、调试和烧录。
库函数支持：官方提供丰富的标准外设库（SPL）和硬件抽象层库（HAL），开发者能够轻松调用外设函数，加快开发进程。

5. 作用

STM32F103C8T6 作为一款 32 位通用微控制器，主要用于实现嵌入式系统中的各种控制与通信功能。其作用主要包括：

5.1 数据处理

ARM Cortex-M3 内核支持多任务处理，能够快速执行复杂的控制算法和数据处理。对于物联网、传感器数据采集、实时控制等应用，STM32F103C8T6 可以提供快速、准确的数据处理能力。

5.2 外设控制

通过定时器、ADC、DAC 和 GPIO 等外设，STM32F103C8T6 可以精确控制外部设备。例如，它可以通过 PWM 输出控制电机的转速，通过 ADC 采集传感器数据并实时处理。

5.3 通信

STM32F103C8T6 提供了多种通信接口，使其能够与外部设备进行数据交互。通过 USART，它可以与计算机、模块进行串口通信；通过 SPI，它可以与外部存储器或传感器通信；通过 I2C，它可以控制多个外设设备或传感器。

5.4 低功耗控制

该芯片内置多种低功耗模式，使得它适合电池供电或低能耗应用。在这些应用中，MCU 可以进入低功耗模式，待外部中断触发时重新唤醒，以延长电池寿命。

6. 应用

STM32F103C8T6 由于其高性能和丰富的外设，适用于以下几类应用：

6.1 工业自动化

STM32F103C8T6 常用于工业控制系统中，如 PLC（可编程逻辑控制器）、电机控制、传感器接口等。在这些应用中，它能够提供实时的信号处理和外设控制，确保系统稳定运行。

6.2 物联网设备

在物联网（IoT）领域，STM32F103C8T6 由于其低功耗和丰富的通信接口，常用于智能家居、智能农业等物联网设备中。它可以通过无线通信模块与云端服务器进行数据交换，实现远程监控和控制。

6.3 消费电子

该芯片也常见于消费电子设备中，如智能手表、蓝牙音箱、家用电器控制器等。其高速处理能力可以满足用户界面显示、音频处理、按键控制等需求。

6.4 医疗设备

在便携式医疗设备中，如血糖仪、血压监测器等，STM32F103C8T6 的低功耗特性使其能够长时间运行，同时保证精确的数据处理和控制。这些医疗设备通常依赖于 MCU 的高速 ADC 采样能力和强大的数据处理功能来提供实时反馈。

6.5 电机控制

STM32F103C8T6 的定时器和 PWM 输出功能使其非常适合电机控制应用。无论是直流电机、步进电机，还是无刷电机，STM32F103C8T6 都能通过其高级定时器实现精确的速度和位置控制。它常用于电动车控制器、智能家电等场景。

6.6 安防系统

在安防系统中，STM32F103C8T6 常用于视频监控设备、门禁系统、烟雾报警器等。这类设备需要对传感器数据进行实时处理，并通过多种通信接口与其他安防系统交互。STM32F103C8T6 的高速处理能力和低功耗特性确保了这些设备能够长时间稳定运行。

7. 低功耗设计

STM32F103C8T6 的一个关键优势在于其支持多种低功耗模式，适合在电池供电设备中使用。根据应用场景的不同，STM32F103C8T6 可以在不同功耗模式间灵活切换，以延长设备的续航时间。

7.1 低功耗模式介绍

STM32F103C8T6 提供了多种低功耗模式：

休眠模式（Sleep Mode）：在此模式下，CPU 停止工作，但外设和内存仍然保持运行。休眠模式适合那些需要保持外设功能但不需要进行复杂数据处理的场景。功耗在数毫安级别。
待机模式（Standby Mode）：在待机模式下，大部分功能停止运行，只有极少数外设（如 RTC 实时时钟）仍在运行，功耗可以降低到微安级别。待机模式适合那些长时间不需要处理的应用场景，如定期唤醒检查任务或传感器数据采集。
掉电模式（Power Down Mode）：该模式几乎关闭所有功能，适合需要极低功耗的场合。设备需要外部中断或定时器唤醒才能恢复正常工作。