STM32F103ZGT6中文资料详解

一、产品概述

STM32F103ZGT6是意法半导体（ST Microelectronics）推出的一款基于ARM Cortex-M3内核的32位高性能微控制器，属于STM32F1系列中的XL密度性能线产品。该芯片以其强大的计算能力、丰富的外设接口和灵活的低功耗设计，广泛应用于工业控制、汽车电子、智能家居、医疗设备、消费电子等领域。其核心优势包括72MHz的主频、1MB的Flash存储器、96KB的SRAM，以及多种通信接口（如USB、CAN、SPI、I2C、USART等），能够满足复杂嵌入式系统的需求。

二、核心特性

1. 处理器与性能

• ARM Cortex-M3内核：采用32位RISC架构，支持三级流水线，主频高达72MHz，在零等待状态内存访问时可达1.25 DMIPS/MHz的性能。

• 内存保护单元（MPU）：提供硬件级的安全保护，防止非法访问关键内存区域。

• 单周期乘除法指令：内置硬件乘法器和除法器，显著提升数学运算效率。

2. 存储器配置

• Flash存储器：1MB容量，支持程序代码和数据存储，满足复杂应用程序的需求。

• SRAM：96KB容量，用于运行时数据存储，支持快速读写操作。

• 外部存储器扩展：通过FSMC接口支持多种外部存储器（如SRAM、PSRAM、NOR Flash等），进一步扩展存储容量。

3. 外设接口

• 通信接口：

• USB 2.0全速接口：支持设备模式，适用于数据传输和设备通信。

• CAN接口：支持CAN 2.0B协议，适用于汽车电子和工业自动化领域。

• SPI接口：最高支持18Mbit/s的传输速率，适用于高速数据通信。

• I2C接口：支持400kHz的标准模式，适用于低速设备通信。

• USART接口：最高支持4.5Mbps的波特率，支持多种通信协议（如LIN、IrDA等）。

• 定时器与PWM：

• 通用定时器：最多10个16位定时器，支持输入捕获、输出比较、PWM输出等功能。

• 高级定时器：2个16位电机控制PWM定时器，支持死区时间生成和紧急停止功能，适用于电机驱动和控制。

• SysTick定时器：24位递减计数器，用于实时操作系统（RTOS）的时钟节拍。

• ADC与DAC：

• ADC：3个12位ADC，最多支持21个通道，转换时间仅为1μs，适用于模拟信号采集。

• DAC：2个12位DAC，支持模拟信号输出，适用于音频处理和波形生成。

• DMA控制器：12通道DMA，支持外设与内存、内存与内存之间的高效数据传输，减轻CPU负担。

4. 电源管理与低功耗设计

• 工作电压范围：2.0V至3.6V，适用于电池供电或低电压应用场景。

• 低功耗模式：支持睡眠、停止和待机模式，通过VBAT电源为RTC和备份寄存器供电，确保关键数据不丢失。

• 电源监控：内置POR（上电复位）、PDR（掉电复位）和可编程电压检测器（PVD），确保系统在异常电压条件下稳定运行。

5. 安全与可靠性

• 看门狗定时器：2个独立看门狗定时器（窗口型和独立型），防止程序跑飞。

• CRC计算单元：支持循环冗余校验，确保数据传输的完整性。

• ESD防护：ESD防护等级达4kV（HBM模型），适用于恶劣的工业环境。

• 温度范围：工作温度范围为-40℃至+85℃，部分型号支持-40℃至+105℃的扩展温度范围。

三、引脚与封装

1. 封装类型

• LQFP144：144引脚薄型四方扁平封装，尺寸为20mm×20mm，适用于表面贴装工艺。

• 引脚数量：144个引脚，其中112个为可编程I/O口，支持5V耐压。

2. 引脚功能

• 电源引脚：包括VDD（数字电源）、VSS（数字地）、VDDA（模拟电源）、VSSA（模拟地）等。

• 调试引脚：支持SWD（串行线调试）和JTAG接口，便于程序下载和调试。

• 通信接口引脚：包括USB_DP/DM、CAN_RX/TX、SPI_SCK/MISO/MOSI/NSS、I2C_SCL/SDA、USART_TX/RX等。

• 定时器与PWM引脚：支持TIM1至TIM8的PWM输出，适用于电机控制和LED调光。

• ADC与DAC引脚：支持ADC1至ADC3的模拟输入通道和DAC1/DAC2的模拟输出通道。

四、应用领域

1. 工业自动化

• PLC控制器：通过CAN接口实现多节点通信，支持Modbus等工业协议。

• 电机驱动：利用高级定时器和PWM功能，实现步进电机和直流电机的精确控制。

• 数据采集：通过ADC采集传感器数据，结合DMA实现高效数据传输。

2. 汽车电子

• 车身控制模块（BCM）：通过CAN接口与车辆总线通信，控制车灯、雨刷、门窗等设备。

• 发动机控制单元（ECU）：实时采集发动机传感器数据，调整喷油和点火时机。

• 车载娱乐系统：通过USB接口连接外部设备，支持音频和视频播放。

3. 智能家居

• 智能门锁：通过I2C接口连接指纹识别模块，支持蓝牙或Wi-Fi通信。

• 智能插座：通过USART接口与Wi-Fi模块通信，实现远程控制和能耗监测。

• 智能灯光：通过PWM输出调节LED亮度，支持定时开关和场景模式。

4. 医疗设备

• 便携式监护仪：通过ADC采集心电、血压等生理信号，结合LCD显示屏实时显示数据。

• 远程医疗终端：通过USB或CAN接口与上位机通信，支持数据上传和远程诊断。

• 医疗机器人：利用高级定时器和PWM功能，实现机械臂的精确运动控制。

5. 智能交通

• 智能停车场：通过CAN接口与地磁传感器通信，实现车位检测和导航。

• 智能公交系统：通过USART接口与GPS模块通信，实时定位车辆位置。

• 智能导航设备：通过USB接口连接外部存储器，支持地图数据更新。

6. 机器人技术

• 工业机器人：通过CAN接口与伺服驱动器通信，实现多轴联动控制。

• 服务机器人：通过I2C接口连接超声波传感器，实现避障和路径规划。

• 教育机器人：通过USART接口与蓝牙模块通信，支持手机APP控制。

五、开发环境与工具

1. 开发工具链

• Keil MDK-ARM：支持STM32F103ZGT6的集成开发环境，提供代码编辑、编译、调试等功能。

• IAR Embedded Workbench：另一款常用的嵌入式开发工具，支持C/C++语言编程。

• STM32CubeIDE：ST官方推出的免费开发环境，基于Eclipse框架，支持图形化配置和代码生成。

2. 调试工具

• ST-LINK/V2：ST官方调试器，支持SWD和JTAG接口，用于程序下载和在线调试。

• J-Link：第三方调试器，支持多种ARM芯片，提供高速调试功能。

3. 硬件平台

• STM32F103ZGT6开发板：集成芯片、电源电路、调试接口和外设接口，便于快速原型开发。

• 扩展模块：如CAN通信模块、USB转串口模块、LCD显示屏模块等，支持功能扩展。

六、编程与开发

1. 基础硬件驱动编程

GPIO控制

GPIO是微控制器最基本的输入输出接口，STM32F103ZGT6提供了112个可编程I/O口，支持推挽输出、开漏输出、复用功能等多种模式。通过配置GPIO寄存器，可以实现LED控制、按键检测等功能。

定时器与PWM

定时器是嵌入式系统中常用的外设，STM32F103ZGT6提供了多种定时器类型，支持输入捕获、输出比较、PWM输出等功能。例如，通过配置TIM1的PWM模式，可以实现LED调光或电机控制。

ADC采样

ADC用于将模拟信号转换为数字信号，STM32F103ZGT6提供了3个12位ADC，最多支持21个通道。通过配置ADC寄存器，可以实现电压、电流等模拟量的采集。

2. 通信协议实现

USART通信

USART是常用的串行通信接口，STM32F103ZGT6提供了多个USART接口，支持全双工通信。通过配置USART寄存器，可以实现与PC、蓝牙模块等设备的通信。

SPI通信

SPI是一种高速同步串行通信接口，STM32F103ZGT6提供了多个SPI接口，支持主从模式。通过配置SPI寄存器，可以实现与Flash存储器、传感器等设备的通信。

I2C通信

I2C是一种低速串行通信接口，STM32F103ZGT6提供了多个I2C接口，支持多主多从模式。通过配置I2C寄存器，可以实现与EEPROM、温度传感器等设备的通信。

3. 高级功能开发

USB设备开发

STM32F103ZGT6内置USB 2.0全速接口，支持设备模式。通过配置USB寄存器和编写固件程序，可以实现USB HID设备（如键盘、鼠标）、USB Mass Storage设备（如U盘）等功能。

CAN总线通信

CAN总线是汽车电子和工业自动化领域常用的通信协议，STM32F103ZGT6内置CAN接口，支持CAN 2.0B协议。通过配置CAN寄存器和编写固件程序，可以实现多节点通信和数据传输。

实时操作系统（RTOS）移植

STM32F103ZGT6的性能足以支持实时操作系统（如FreeRTOS、RT-Thread等）的移植。通过配置RTOS内核和编写任务代码，可以实现多任务调度和资源管理。

七、应用案例与代码示例

1. LED闪烁实验

以下是一个基于STM32F103ZGT6的LED闪烁实验代码示例，使用标准外设库实现：

#include "stm32f10x.h"  

void GPIO_Configuration(void) {
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
}

int main(void) {
GPIO_Configuration();
while (1) {
GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13);
Delay(500000);
GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13);
Delay(500000);
}
}

2. USART通信实验

以下是一个基于STM32F103ZGT6的USART通信实验代码示例，使用标准外设库实现：

#include "stm32f10x.h"  

#include <stdio.h>  



void USART_Configuration(void) {

USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;

USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;

USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;

USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;

USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;

USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;

USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

USART_Cmd(USART1, ENABLE);

}



int fputc(int ch, FILE *f) {

USART_SendData(USART1, (uint8_t)ch);

while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);

return ch;

}



int main(void) {

USART_Configuration();

printf("Hello, STM32F103ZGT6!
");

while (1);

}

3. ADC采样实验

以下是一个基于STM32F103ZGT6的ADC采样实验代码示例，使用标准外设库实现：

#include "stm32f10x.h"  

#include <stdio.h>  



void ADC_Configuration(void) {

ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;

ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;

ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;

ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;

ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;

ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;

ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);

ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

ADC_ResetCalibration(ADC1);

while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));

ADC_StartCalibration(ADC1);

while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));

ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);

}



int main(void) {

ADC_Configuration();

uint16_t adc_value;

while (1) {

while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);

adc_value = ADC_GetConversionValue(ADC1);

printf("ADC Value: %d
", adc_value);

}

}

八、总结

STM32F103ZGT6是一款功能强大、性能卓越的32位微控制器，凭借其丰富的外设接口、灵活的低功耗设计和广泛的应用领域，成为嵌入式系统开发中的热门选择。无论是工业控制、汽车电子、智能家居还是医疗设备，STM32F103ZGT6都能提供可靠的解决方案。通过掌握其硬件特性、开发工具和编程方法，开发者可以快速实现复杂嵌入式系统的设计，推动技术创新和产品升级。