基于LabVIEW的数据采集与处理技术
labview编程 基于LabVIEW的数据采集与处理技术 白云 高育鹏922 LabsQL的安装及配置…185102.1 Labview中的数字仿真简介…20392.3 LabsQLⅥ模块及使用方法……1871022 LabvIew中的数字仿真本章小结.201算法模块203练习与思考…本章小结…215第10章 LabviEw与仿真技术…02练习与思考21610.1仿真技术概述…02参考文献…21710.2LabⅤIEW中的数字仿真…203第1章虚拟仪器技术命器DDC第1章虚拟仪器技术NICFS-C3器好,来案是1.1虚拟仪器概述萨好14器外口约D1.11虚拟仪器的基本概念所谓虚拟仪器 Virtual instrument,Vm,是指以通用计算机作为系统控制器,由软件来实现人机交互和大部分仪器功能的」种计算机仪器系统。用户操作这台通用计算机就像操作一台为自己专门设计的传统电子仪器样。虚拟仪器的出现,使得测量仪器与计算机之间的界线逐渐模糊。总虚拟仪器通过o接口设备完成信号的调理、采集与测量,利用个人计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析、处理,由个人计算机显示器模拟传统仪器的控制面板,以多种形式输出检测结果,从而完成各种测试功能。“虚拟”二字主要包含以下两方面含义:(1)虚拟仪器的面板是虚拟的。虚拟仪器面板上的各种“控件”与传统仪器面板上的各种“器件”所完成的功能是相同的。程传统仪器面板上的器件都是实物,需要通过手动或触摸进行操作;而在虚拟仪器中,物理的开关、按键等器件均由与实物外观相似的图形控件来代替,它们分别对应着相应的软件程序。这些程序是已设计好的,用户可直接通过鼠标或键盘操纵这些控件来完成对仪()虚拟仪器的测量功能是由软件编程来实现的。在虚拟仪器系统中,硬件仅仅用来处的操控n101i理信号的输入输出,软件才是整个测试仪器系统的关键。用户可以通过软件编程来实现仪器的测试功能,还可以通过组合不同测试功能的软件模块来实现多种测试功能。当测试要求发生变化或者需要增加(减少)测试项目时,用户只需要适当地更改软件程序,即可生成满足测试要求的全新的测试仪器系统。因此,在硬件平台确定后,有着“软件就是仪器”的说法,它体现了测试技术与计算机深层次的结合。壁1.1.2虚拟仪器的构成从内部功能来讲,虛拟仪器与传统仪器一样,均由数据采集与控制、数据分析与处理及结果显示三部分组成,如图1-1所示。以总的游关样其平南OM的,对,当的器外,中亲2基于 LabVIew的数据采集与处理技术采集与控制数据分析与处理结果显示插入式数据采集板数字信号处理网络通信GPB仪器数字滤波硬盘拷贝输出XPX仪器统计分析文件10RS232仪器数值分析用户图形接口图1-1虚拟仪器的内部功能划分从构成要素来讲,虚拟仪器由硬件系统和软件系统两大部分组成,如图1-2所示。硬件系统软件系统广============--------------------=信号调理数据采集卡GPI接口仪器GPIB接口卡应用软件|仪器是加1.1,1串行接口仪器仪器个被通|s器功对测对 VXUPXI仪器用计算/能动应人机程用长合现场总线设备用P回过大管计个图像釆集、数字信号处理件上虛户拟下中舍面其他硬件模块板示释等外围硬件设备向面流器进重()图1-2虚拟仪器的系统构成回的雨“器1.虚拟仪器的硬件系统集干要,求景器书器的避面器虚拟仪器的硬件系统通常包括通用计算机和外围硬件设备。其中,通用计算机可以是笔记本电脑、台式机或工作站等。外围硬件设备可分为GB( General Purpose Interface Bus)VXI(VMEbus eXtension for Instrumentation), PXI(PCI eXtension for Instrumentation) FLDAQ( ata Acquisition)四种标准体系结构。构成系统时,可以选择单一的,也可以选择由两种或两种以上硬件系统构成的混合系统。其中,最简单、最廉价的形式是采用ISA或PCI总线的数据采集卡,或是基于RS-232或USB总线的便携式数据采集模块2.虚拟仪器的软件系统平合虚拟仪器的软件系统从底层到顶层共包括三部分,即vSA(O)库、仪器驱动程序与应用软件。1)ⅤISA库的器VISACVirtual Instrumentation Software Architecture即虚拟仪器软件体系结构,实质是标准的IO函数库及其相关规范的总称。一般称这个LO函数库为VSA库,它驻留于计算机系统之中,执行仪器总线的特殊功能,是计算机与仪器之间的软件层连接,可实现对仪器第1章虚拟仪器技术13的程控。对于仪器驱动程序开发者来说,它是一个个可调用的操作函数集。不2)仪器驱动程序仪器驱动程序是完成对某一特定仪器控制与通信的软件程序集,它是应用程序实现仪器控制的桥梁。每个仪器模块都有自己的仪器驱动程序,仪器厂商将仪器驱动程序以源码的形式提供给用户。D情总分能器对期干善。高研善淀3)应用软件应用软件建立在仪器驱动程序之上,直接面对操作用户。它通过直观、友好的测控操作界面,丰富的数据分析与处理功能,来完成自动测试任务。虚拟仪器应用软件的编写大致可分为两种方式:总面(1)用通用编程软件进行编写。通用编程软件主要有 Microsof公司的Ⅴ sual Basic与Visual c++、 Borland公司的 Delphi、 Sybase公司的 PowerBuilder等(2)用专业图形化编程软件进行开发。专业图形化编程软件如HP公司的VE、NI公司的 Lab vIew和 Lab windows/CⅥ等应用软件还包括通用数字处理软件,它主要由用于数字信号处理的各种功能函数(如频域分析的功率谱估计、FFT、FHT、逆FFT、逆FH和细化分析等;时域分析的相关分析卷积运算、反卷运算、均方根估计、差分积分运算和排序等)及数字滤波等部分组成。这些功能函数为用户进一步扩展虚拟仪器的功能奠定了基础113虚拟仪器的特点14虚拟仪器具有如下六个特点1)突出“软件就是仪器”的新概念,用户可自定义测量功能在通用硬件平台确定后,可由软件取代传统仪器中的硬件来完成仪器的功能。软件的灵活性和复用性使用户可以按自己的需要定义(设置测量功能,这就给用户提供了一个充分发挥自己能力和想象力的空间。2)强大的数据处理功能。虚拟仪器将信号分析、显示、存储、打印和其他管理交由计算机来集中处理,充分利用了计算机强大的数据处理、传输和发布功能。信号处理理论的不断完善以及计算机运算速度的大大提高,为虚拟仪器快速、准确地处理数据提供了良好的基础。(3)灵活性和可扩展性强,性价比高,便于组成复杂的测试系统。当希望测试系统增加个新的测量功能时,只需通过增加软件来执行新的功能或增加一个通用模块来扩展系统的测量范围;为提高测试系统的性能,可以通过加入一个通用仪器卡或更实现,这样有利于系统的扩展,也可大大节约购买和维护仪器的费用(4)良好的人机界面。虚拟仪器的操控界面是一种虚拟面板,亦称为软面板。虚拟面板可以模拟传统仪器面板的风格来设计,也可以由用户根据实际需求自行设计。测量结果可以通过计算机显示器以曲线、图形数据或表格等形式方便灵活地显示出来。(5)与其他设备互连的能力强。虚拟仪器通常具有标准化的总线或通信接口,具有与其他设备互连的能力。近年来,随着网络技术的发展,已经形成了网络虚拟仪器。这是一种新型的基于Web技术的虚拟仪器,它使得虚拟仪器测试系统成为 Internet/Intranet的一部分,可实现远程测试、监控和故障诊断等功能,以便充分利用有效资源,提高测试效率(6)技术更新快。由于虚拟仪器技术是建立在当今世界最新的计算机技术、数据采集技4基于 Labview的数据采集与处理技术术和通信技术基础上的,因而技术更新速度快于传统仪器。界搭对干,登路器界(S1.14虚拟仪器接口总线技术器对宝一某量平器为随着计算机技术、测试仪器和测试技术的不断发展,虚拟仪器接口总线技术也得到了不断的完善和提高。目前用于虚拟仪器和测试系统的总线技术有GPIB总线、VX总线、PX总线、IEEE1394总线和USB总线等。科(1.GPB总线,器器为立游GPB在20世纪70年代由惠普公司率先提出,经批准后成为IEE488标准,是业界所接受的第一个程控通用仪器总线。GPIB包括IEEE4881-1978标准和IEEE4882-1987标准两部分,前者定义了硬件标准,后者则定义了软件标准。GPB总线接口有24线(EE488标准)和25线(IEC-625标准)两种形式,其中以IEEE488的24线GPB总线接口应用最多在我国,国家标准中规定采用24线的电缆及相应的插头插座。如今,GPB已经成为计算机与仪器间最通用的总线标准。由于历史悠久,GPIB具有广泛的软/硬件支持,几乎所有的独立仪器都配有GPIB接口。因GPIB的最大带宽为18Mbs(最新的高速版HS488更是将最大带宽提高到了8Mb/s,所以最为适合与分立仪器通信,并对分立仪器进行控制。GPB中的数据传递采用基于信息的通信模式,并常使用 AScII字符。北用长典型的GPIB测试系统包括一台计算机、一块GPIB接口卡和若干台GPIB仪器,其总距为20m,带宽为总线上的所有仪器共享。GPIB测试系统的仪器之间可采用总线型连接或星型连接,如图1-3所示。每台GPIB仪器有单独的地址,由计算机控制操作。整个测试系统中的仪器若要增加、减少或更换,只需对计算机的控制软件做相应改动即可。中升如柱(置如)义宝要害x的大资,里中果来时出于,卦活仪器A仪器C仪器A仪器B仪器D仪器C仪器B不是探(a)图1-3GPB测试系统仪器间的连接方式界益为(a)仪器间采用总线型连接;(b)仪器间采用星型连接」甲第1章虚拟仪器技术」-5GPIB测试系统的结构和命令简单,有专为仪器控制所设计的接口信号和接口插件,具有突出的坚固性和可靠性。网络上也有各种GPHB驱动,因而具有较好的兼容性。GPIB适用于现有的自动化测试设备、混合测控系统和有特殊要求的专用仪器系统。GPIB的缺点是无法提供多台仪器同步和触发的功能,在传输大量数据时带宽不足。前目率解卦目2.V总线日(2 uH Lense IBas in)a2uwx即ME总线在仪器领域的扩展,它于1987年,由主要仪器制造商在ⅥE总线Eurocard标准(机械结构标准)和EE488等基础上,共同制定的开放性仪器总线标准。目前,国际上有两个VX总线组织:一是VⅪ联盟,负责制定vXI的硬件(仪器级标准规范,包括机箱背板总线、电源分布、冷却系统、“0槽”模块、仪器模块的电气特性、机械特性电磁兼容性以及系统资源管理和通信规程等内容;二是vX总线即插即用vxPg&Pay,vP系统联盟,宗旨是通过制定一系列VX的软件系统级标准来提供一个开放性的系统结构,真正实现ⅴXT总线产品的“即插即用”。这两套标准组成了VXI标准体系,实现了VXI的模块化、系列化、通用化,提高了vX仪器的互换性和互操作性。E1VX系统最多可包含256个装置,主要由主机箱、“0槽”控制器、具有多种功能的模块仪器和驱动软件、系统应用软件等组成。系统中各功能模块可随意更换,即插即用,可组成新系统。1998年,VⅪI20版采用了VME总线的最新扩展技术,提供有64位的扩展能力,数据传输率可达80Mbs,而且经过段时间的努力,VⅪI总线系统已成功地应用于微波频段。目前,可用的VⅪI仪器已有将近2000种,并还在以每年150~200种的速度增加,基本上可以满足绝大多数VXI系统的需要。1X,1MO0C,mis2m由于ⅴⅪI的价格相对较高,而且许多GPIB仪器还能满足实际的需要,再则在集成XI系统时,需要有系统设计能力、系统调试经验、误差分析修正定标、校准技术及测试程序开发能力,因此ⅴⅪI仪器的使用和推广受到了一定的限制。目前,VXI主要应用于国防、航空航天、通信以及其他需要高性能、高质量、大批量产品的生产环境或实验室及研究开发中。回计,到为类,中时测交,器由积封主3.PX总线未站以1即法原以,重下DPⅪI是PCI在仪器领域的扩展,N公司于199年发布的一种新的开放性、模块化仪器总线规范,其核心是 CompactPCI结构和 Microsoft windows软件。PⅪ是在PCI内核技术上增加了成熟的技术规范和要求而形成的。PXI增加了用于多板同步的触发总线和参考时钟、用于精确定时的星型触发总线以及用于相邻模块间高速通信的局部总线等,以满足试验和测量用户的要求。PⅪI兼容 CompactPCI机械规范,并增加了主动冷却、环境测试(温度、湿度、振动和冲击试验等要求。这样,可保证多厂商产品的互操作性和系统的易集成性。与ⅴⅪI模块相比,PⅫⅪ模块体积更小、传输速率更高、价格也较便宜,而且组建一个PX系统要比ⅴX系统简单。PX与台式机的区别在于,Px将计算机和插卡式仪器模块安装在带有许多护展槽的工业机机箱中。从软件角度上说,安装个PⅪ模块就像在台式机上安装一块PC卡,PXI模块作为标准的即插即用PCI器件能被自动识别和设置,并配置有相应的 Windows驱动程序。由于PXI和主流计算机技术完全兼容,因此在许多测试领域,由台式机组成的系统与PX系统可以相互替代,而且PX1系统在性能上还远远超过了台式机。,的d3W6甚于 LabVIEw的数据采集与处理技术4.USB总线和E1394总线独速UsB总线和IEE1394总线是日前广泛使用的两种总线接口,它们支持热插拔,可以自动识别、自动组态,实现即插即用。与并行总线比较,它们更适合连接多外设的需要,且传输速率高,目前已有一些测量仪器使用了这两种总线,回器合费USB( Universal serial Bus)主要用来连接外围设备,如键盘、扫描仪、磁盘机等。苹果电脑率先于1998年使用USB做为其唯一的串口,目前在PC机上已被广泛使用。由于其即插即用的易用性和USB20高达480Mbs的传输速率,USB总线已逐渐成为仪器控制的主流总线技术。USB总线只有一对信号线和一对电源线,轻巧简便、价格便宣,能连接127个装置。现在计算机上的USB接口越来越多,这使得工程师可以很方便地将基于USB的测量仪器连接到整个系统中。但是USB在仪器控制方面亦有一些缺点。比如说USB的排线没有工业标准的规格,在恶劣的环境下,可能造成数据的丢失;此外,USB对排线的距离也有一定的限制。1如到IEEE1394总线又称火线总线,是苹果电脑公司于1989年设计的高性能串行总线,目前的标准为IEEE1394-1995。IEE1394总线的传输速率为100Mb/s、200Mbs、400Mb/s,甚至可以达到32Gbs。EE1394总线具有两对信号线和一对电源线,可采用任意方式连接63个装置。当两M建0.D,e1,亲边5.其他总线15直,2M08率,(3安捷伦科技和ⅴ XI Technology公司于2004年推出了LXI( LAN eXtensions forInstrumentation)总线。2004年11月,LX联盟 LXI Consortium成立,旨在开发、支持和促进LXI标准。2005年9月,LX联盟正式公布了LXI1.0标准。2006年第一季度首批通过LXT认证的产品即被推出。,课为图要箭相溶LXI基于IEEE8023以太网技术,是以太网在仪器领域的扩展。LXI总线速度现在最快达到千兆位每秒,还将发展为万兆位每秒。LXI理论上支持的设备数目不受限制,并且通过使用路由器、交换机和中继器,对线缆长度几乎没有限制,还可以使用无线局域网技术LXI不受地理限制,可以实现远程测量应用。LXI被认为在未来将取代GPB,但相比GPIB,LXI还存在一定的延迟问题。T公1A,的器1除了上述几种总线技术外,虚拟仪器还广泛采用其他的总线,如RS232C、标准并行接口( Standard parallel port,SPP)、增强型并行接口( Enhanced parallel port,EPP)以及以太网Etherne等。用户可根据自己的实际情况选用适当的产品。修下12虚拟仪器技术前景展望虚拟仪器技术经过二十多年的发展,正沿着总线与驱动程序标准化、软硬件模块化,以及编程平台图形化和硬件模块即插即用(Plug&Pay)化等方向发展。其发展前景主要体现在以下几方面:部(1)开放式数据采集标准将使虚拟仪器走上标准化、通用化、系列化和模块化的道路。(2)数据采集产品性能的不断提高,为测试技术水平的提高提供了可靠的保证。3)随着Web技术的迅猛发展,以及它与虚拟仪器技术的结合,会形成基于web技术第1章虚拟仪器技术7的虚拟仪器。新一代的虚拟仪器将能够快速、方便地与蓝牙、无线以太网和其他标准的网络技术相融。“网络即仪器”也将成为新的概念,而网络化仪器必将推动仪器界新的革命。基十本章小结9本章简要介绍了虚拟仪器的基本概念、构成、特点以及虚拟仪器接口总线技术。通过本章的学习,希望读者能够对虚拟仪器及接口总线技术有一个总体的了解,以便于以后进一步的学习。9圈登图小型“点,天个行计的练习与思考一1浪求,米得的到中已样11.什么是虚拟仪器?简述虚拟仪器的组成及特点。出烟显读十贵的2.虚拟仪器主要采用哪些总线接口技术?它们各有什么优、缺点?装量,的出中量实同世个部量,的为实出果声面真对人1容内频,景的具个1)求来清置西公胃到的翻首应中亲长蛙道,( OAU.TOUPPIUDA里处没变面小的早中出人解的早滑由,长过文,团是个。当出求合一溶内内善外出非料,A,更应翅器计,中差,书一分中机:卧申名方,量中面平,界近否,图宾动结上米限个示显的律,两长过销题自中个发西眼实世量(离,试科平中强(2等来中C图头中紫计要最,平无,之上其,平的,的一,长为,只的更,过1要果,类,深菱人,中题,限回单首算出,型米
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Cortex-M3核心的相关信息,请参考《 Cortex-M3技术参考手册》,可以在ARM公司的网站下4i:httpinfocenter.arm.com/help/index.isp?topic=/com.arm.doc.ddi0337eisCortexIntellgent Processors by ARM ARME参照209年3月STM32F103XCDE数据手册英文第5版(本译文仅供参考,如有翻译错误,请以英文原稿为准)4/87STM32F103XC,STM32F103XD,STM32F103xE数据手册2规格说明STM32F103XC、STM32F103xD和STM32F103XE增强型系列使用高性能的 ARMR CortexTM-M332位的RSC内核,工作频率为72MHz,内置高速存储器(高达512K字节的闪存和64K字节的SRAM丰富的增强O端冂和联接到两条APB总线的外设。所有型号的器件都包含3个12位的ADC、4个通用16位定时器和2个PWM定时器,还包含标准和先进的通信接口:多达2个PC接口、3个SP接口、2个S接口、1个SD接口、5个 USART接口、一个USB接口和一个CAN接口。STM32F103X人容量增强型系列工作于-40°至+105°C的温度范围,供电电压2.0V至36V,一系的省电模式保证低功耗应用的要求STM32F103X大容量增强型系列产品提供包括从64脚至144脚却的6种不同封装形式;根据不同的封装形式,器件中的外设配置不尽相同。下面给出了该系列产品中所有外设的基本介绍。这些丰富的外设置,使得STM32F103XX大容量增强型系列微控制器适合于多种应用场合电机驱动和应用控制医疗和手持设备●PC游戏外设和GPS屮台●工业应用:可编程控制器(PLC)、变频器、打印机和扫描仪警报系统、视频对讲、和暖气通风空调系统等图1给出了该产品系列的框图。21器件一览表2STM32F103XC、STM32F103XD和STM32F103XE器件功能和配置外设STM32F103RXSTM32F103VxSTM32F103Zx闪存(K字节)2563845122563845122563845512SRAM(K字节)4864486464FSMC(静杰存储器控制器)无有(1)有通用4个TM2、TM3、TM4、TM5)定时器高级搾制2个(TM1、TM8)基本2个(TM6、TM7SPI(IS)(2)3个(sP1、SP2、SPB),其中SP2和SP可作为S通信2C2个(C1、PC2)通信 USART/UART5个 USART1、 USART2、 USART3、UART4、UART5)接口USB1个USB20全这)CAN1个(20B主动)SDIOGP|O端口518011212位ADC模块(通道数)3(16)3(16)3(21)12位DAC转換器(通道数)2(2)CPU频率72MHZ1作电压2.0-36V环境温度:40℃~+85℃/-40℃~+105℃(见表10)作温度结温度:-40℃-+125℃(见表10)封装形式LQFP64, WLCSP64LQFP100, BGA100LQFP144, BGA1441.对于LQFP100和BGA100封装,只有FSMc的Bank1和Bank2可以使用。Bank1只能使用NE1片选支持多路复用NOR/PSRAM存储器,Bank2只能使用NCE2片选支持一个16位或8位的NAND闪存存储器。因为没有端口G,不能使用FSMC的中断功能。2.SP2和sP3接口能够灵活地作S門模式和S音频模式间切换。参照209年3月STM32F103XCD数据手册英文第5版(本译文仅供参考,如有翻译错误,请以英文原稿为准)5/87STM32F103XC,STM32F103XD,STM32F103xE数据手册22系列之间的全兼容性STM32F103Xx是·个完整的系列,其成员之间是完全地脚对脚兼容,软件和功能上也兼容。在参考手册中,STM32F103x4和STM32F103X6被归为小容量产品,STM32F103X8和STM32F103XB被归为中等容量产品,STM32F103XC、STM32F103XD和STM32F103E被归为大容量产品。小容量和人容量产品是中等容量产品(STM32F103X8/B)的延伸,分别在对应的数据手册中介绍STM32F103x46数据手册和STM32F103xC/D/E数据手册。小容量产品只有较小的闪存存储器、RAM空间和较少的定时器和外设。而大容量的产品则具有较大的闪存存储器、RAM空间和更多的片上外设,如SDO、FSMC、fS和DAC等,同时保持与其它同系列的产品兼容STM32F103x4、STM32F103X6、STM32F103xC、STM32F103XD和STM32F103XE可直接替换中等容量的STM32F103X8/B产品,为用户在产品开发中尝试使用不同的存储容量提供了更大的自由度表3STM32F103XX系列小容量产品中等容量产品大容量产品脚16K闪存32K闪存)64K闪存128K闪存256K闪存384K闪存512K闪存数6K10K20K20K48K或64K64K(2)64KRAMRAMRAMRAMRAMRAMRAM3个 USART+2个UART1444个16位定时器、2个基本定时器3个SP、2个2S、2个C3个 USARTUSB、CAN、2个PWM定时器3个16位定时器3个ADC、1个DAC、1个SD|O642个 USART2个SP、2个PC、USB2个16位定时器CAN、个PWM定时器FSMC(100和144封装0)481个Pl、1个P、USB、1个ADCCAN、1个PWM定时器362个ADC对于订购代码的温度尾缀(6或7)之后没有代码A的产品,其对应的电气参数部分,请参考STM32F103X8/B中等容量产品数据手册。2.只有CSP封装的带256K闪存的产品,才具有64K的RAM3.100脚封装的产品中没有端口F和端口G。23概述23.1ARM的 CortexTm-Mv3核心并内嵌闪存和SRAMARM的 Cortex TM-M3处理器是最新一代的嵌入式ARM处理器,它为实现MCU的需要提供了低成本的平台、缩减的引脚数日、降低的系统功耗,同时提供卓越的计算性能和先进的中断系统响应。ARM的 Cortex ti-M3是32位的RsC处理器,提供额外的代码效率,在通常8和16位系统的存储空间上发挥了ARM内核的高性能。STM32F103XC、STM32F103XD和STM32F103XE增强型系列拥有内置的ARM核心,因此它与所有的ARM工具和软件耒容。图1是该系列产品的功能框图232内置闪存存储器高达512K字节的内置闪存存储器,用于存放程序和数据参照209年3月STM32F103XCD数据手册英文第5版(本译文仅供参考,如有翻译错误,请以英文原稿为准)6/87STM32F103XC,STM32F103XD,STM32F103xE数据手册23.3cRc(循环冗余校验)计算单元CRc(循环冗余校验)计算单元使用一个固定的多项式发生器,从一个32位的数据字产一个CRC码在众多的应用中,基于CRC的技术被用于验证数据传输或存储的一致性。在EN/EC60335-1标准的范围内,它提供了一种检测闪存存储器错误的于段,CRC计算单元可以用于实时地计算软件的签名,并与在链接和生成该软件时产生的签名对比234内置SRAM多达64K字节的内置SRAM,CPU能以0等待周期访问(读/写)23.5FSMc(可配置的静态存储器控制器)STM32F103xC、STM32F103x和STM32F103xE增强型系列集成了FSMC模块。它只有4个片选输出,支持PC卡CF卡、SRAM、 PSRAM、NOR和NAND。功能介绍:三个FSMC中断源,经过逻辑或连到NVC单元写入F|FO;代犸可以在除NAND闪存和PC卡外的片外存储器运行;目标频率fctk为HCLK/2,即当系统时钟为72MHz时,外部访问是基于36MHz时钟;系统时钟为48MHz时,外部访问是基于24MHz时钟。23.6LcD并行接口FsMC可以配置成与多数图现LCD控制器的无缝连接,它支持 FIntel8080和 Motorola6800的模式,并能够灵活地与特定的LCD接口。使用这个LCD并行接口可以很方便地构建简易的图形应用环境,或使用专用加速控制器的髙性能方案。237嵌套的向量式中断控制器(NVc)STM32F103XC、STM32F103XD和STM32F103XE增强型产品内置嵌套的向量式中断搾制器,能够处理多达60个可屏蔽中断通道(不包括16个 Cortex Tm-M3的中断线)和16个优先级。●紧耦合的NVC能够达到低延迟的中断响应处理中断向量入口地址直接进入内核紧耦合的NVC接口●允许中断的早期处理●处理娩到的较高优先级中断●支持中断尾部链接功能●自动保存处理器状态●中断返回时自动恢复,无需额外指令开销该模块以最小的中断延迟提供灵活的中断管理功能238外部中断/事件控制器(EXT)外部中断事件控制器包含19个边沿检测器,用于产生中断事件请求。每个中断线都可以独立地配置它的触发事件(上升沿或下降沿或姒边沿),并能够单独地被屏敞;有个挂起奇仔器维持所有中断请求的状态。EXT可以检测到脉冲宽度小于内部APB2的时钟周期。多达112个通用WO口连接到16个外部中断线。23.9时钟和启动系统时钟的选择是在启动时进行,复位吋内部8MHz的RC振涝器被选为默认的CPU时钟,随后可以选择外部的、具失效监控的4~16MHz时钟;当检测到外部时钟失效时,它将被隔离,系统将自动地切换到内部的RC振荡器,如果使能了中断,软件可以接收到相应的中断。同样,在需要时可以采取对PLL时钟完全的中断管玭(如当一个间接使用的外音振荡器失效时)。参照209年3月STM32F103XCD数据手册英文第5版(本译文仅供参考,如有翻译错误,请以英文原稿为准)7/87STM32F103XC,STM32F103XD,STM32F103xE数据手册多个预分频器用于配置AHB频率、高速APB(APB2)和低速APB(APB1)区域。AHB和高速APB的最高频率是72MHz,低速APB的最高频率为36MHz参考图2的时钟驱动框图。23.10自举模式在启动时,通过自举引脚可以选择三种自举模式中的和:从程序闪存存储器自举从系统存储器自举●从内部SRAM自举自举加载程序( Bootloader)存放于系统存储器中,可以通过 USART1对闪存重新编程23.11供电方案●VDD=2.0~3.6V:VD引脚为l/O引和内部调压器供电。VεsA,√υA=2.0-~-3.6V:为ADC、复位模块、RC振荡器和PL的模拟部分提供供电。使用ADC时,VDA不得小于24V。VpoA和VssA必须分别连接到VDp和∨ssn●VBAT=18~36V:当关闭VpD时,(通过内部电源切换器)为RTC、外部32kHz振荡器和后备寄存器供电。关于如何连接电源引脚的详细信息,参见图12供电方案。23.12供电监控器本产品內部集成了上电复位(POR掉电复位PDR)电路,该电路始终处于上作状态,保证系统在供电超过2V时工作;当VD低于设定的阀值( VPOR/PDR)时,置器件于复位状态,而不必使用外部复位电路。器件中还有一个可编程电压监测器(PVD),它监视V/VpA供电并与阀值∨pv比较,当∨DD低于或高于阀值V时产生中新,中断处押程序可以发出警告信息或将微控制器转入安全模式。PVD功能需要通过程序廾启。关」 VapOr/P和V的值参考表1223.13电压调压器调压器有三个操作模式:主模式(MR)、低功耗模式(LPR)和关断模式●主模式(MR)用于正常的运行操作低功耗模式(LPR)用于CPU的停机模式关断模式用于CPU的待机模式:调压器的输出为咼阻状态,内核电路的供电切断,调压器处于零消耗状态(但寄存器和SRAM的内容将丢失)该调压器在复位后始终处于工作状态,在待机模式下关闭处于高阻输出。23.14低功耗模式STM32F103xC、STM32F103XD和STM32F103xE増强型产品支持三种低功耗模式,可以在要求低功耗、短启动吋间和多种唤醒事件之间达到最佳的平衡。睡眠模式在眠模式,只有CPU停止,所有外设处于工作状态并可在发生中断事件时唤酲CPU。停机模式在保持SRAM和寄存器内容不丢失的情况下,停机模式可以达到最低的电能消耗。在停机模式下,停止所有内部1.8V部分的供电,PLL、HS的RC振荡器和HSE皛体振荡器被关闭,调压器可以被置于普通模式或低功耗模式。可以通过任一配置成EXT的信号把微控制器从停机模式中唤醒,EXT信号可以是16个外部ⅣO口之一、PVD的输出、RTC闹钟或USB的唤醒信号●待机模式在待机模式下可以达到最低的电能消耗。内部的电压调压器被关闭,因此所有内部1.8V部分的供电被切断;PLL、HSI的RC振荡器和HSE晶体振荡器乜被关闭;进入待机模式后,SRAM和寄存器的内容将消尖,但后备寄存器的内容仍然保留,待机电路仍工作,从待杋模式退出的条件是:NRST上的外部复位信号、DG复位、WKUP引脚上的一个上升边沿或RTC的闹钟到时参照209年3月STM32F103XCD数据手册英文第5版(本译文仅供参考,如有翻译错误,请以英文原稿为准)8/87STM32F103XC,STM32F103XD,STM32F103xE数据手册注:在进入停机线待机模式时,和对应的时钟不会数停止2.3.15DMA灵活的12路通用DMA(DMA1上有7个通道,DMA2上有5个通道)可以管理存储器到存储器、设备到存储器和存储器到设备的数据传输:2个DMA控制器支持环形缓冲区的管理,避免了控制器传输到达缓冲区结尾时所产生的中断。每个通道都有专门的硬件DMA请求逻辑,同时可以由软件触发每个通道;传输的长度、传输的源地址和目标地址都可以通过软件单独设置DMA可以用于主要的外设:SP、P2C、 USART,通用、基本和高级控制定时器TMx,DAC、P2s、SD|O和ADC2316RTc(实时时钟和后备寄存器RTC和后备寄存器通过一个廾关供电,在V0有效时该廾关选择VD供电,否则由VAT引脚供电。后备寄存器(42个16位的寄存器)可以用于在关闭VD时,保存84个字节的用户应用数据。RTC和后备寄存器不会被系统或电源复位源复位;当从待机模式唤醒时,也不会被复位。实时时钟具有一组连续运行的计数器,可以通过适当的软件提供日历时钟功能,还具有闹钟中断和阶段性中断功能。RTC的驱动时钟可以是一个使用外部晶体的32.768kHz的振荡器、内部低功耗RC振荡器或高速的外部时钟经128分频。内部低功耗RC振荡器的典型频率为40kHz。为补偿大然晶体的偏差,可以通过输岀一个512Hz的信号对RTC的时钟进行校准。RTC具有一个32位的可编程计数器,使用比较寄存器可以进行长时间的测量。有一个20位的预分频器用于时基时钟,默认情况下时钟为32768kHz时,它将产生一个1秒长的时间基准。23.17定时器和看门狗大容量的STM32F103x增强型系列产品包含最多2个高级控制定时器、4个普通定时器和2个基本定时器,以及2个看门狗定时器和1个系统嘀嗒定时器下表比较了高级控制定时器、普通定时器和基本定时器的功能:表4定时器功能比较匚定时器计数器分辩率计数器类型预分系数产生DMA请求捕获/比纹通道补输出TIM1向上,向下,1-65536之间16位的仁意整数可以TIM向上F下有TIM2TIM316位下,1-65536之间的任意整数可以4TIM4向上/下没有TIM5TIMo16位向上1~65536之间的仁意整数可以TMZ没有高级控制定时器(TIM1和TM8两个高级控制定时器(TM1和TM8)可以被看成是分配到6个通道的三相PWM发生器,它具有带死区插入的互补PWM输出,还可以被当成完整的通用定时器。四个独立的通道可以用于:输入捕获输出比较●产生PWM(边缘或中心对齐模式)●单脉冲输出阽置为16位标准定时器时,它与TIMx定时器具有相同的功能。置为16位PWM发生器时,它具有全调制能力(0~100%)在调试模式下,计数器可以被冻结,同吋PWM输出被禁止,从而切断由这些输出所控制的开关。很多功能都与标准的TM定时器相同,内部结构也相同,因此高级控制定时器可以通过定时器链接功能与TIM定时器协同操作,提供同步或事件链接功能。参照209年3月STM32F103XCD数据手册英文第5版(本译文仅供参考,如有翻译错误,请以英文原稿为准)9/87STM32F103XC,STM32F103XD,STM32F103xE数据手册通用定时器TMx)STM32F103XC、STM32F103xD和STM32F103XE增强型系列产品中,内置了多达4个可同步运行的标准定时器TM2、TIM3、TM4和TM5)。每个定时器都有一个16位的自动加载递加/递减计数器、个16位的预分频器和4个独立的通道,每个通道都可用于输入捕获、输出比较、PWM和单脉冲模式输出,在最大的封装配置中可提供最多16个输入捕获、输出比较或PWM通道。它们还能通过定时器链接功能与高级控制定时器共同工作,提供同步或事件链接功能。在调试模式计数器可以被冻结。任一标准定时器都能用于产生PWM输出。每个定时器都有独立的DMA请求机制这些定时器还能够处理增量编码器的信号,也能处理13个霍尔传感器的数字输出。基本定时器TM6和TM7这2个定时器主要是用」产生DAC触发信号,也可当成通用的16位时基计数器独立看门狗独立的看门狗是基于一个12位的递减计数器和一个8位的预分频器,它由一个内部独立的40kHz的RC振荡器提供时钟;因为这个RC振荡器独立于上时钟,所以它可运行于停机和待机模式。它可以被当成看门狗用于在发生问题时复位整个系统,或作为一个自由定时器为应用程序提供超时管理。通过选项字节可以軋置成是软件或硬件启动看门狗。在调试模式卜,计数器可以被冻结。窗口看门狗窗凵看门狗内有一个7位的递减计数器,并可以设置成自由运行。它可以被当成看门狗用于在发生问题时复位整个系统。它由主时钟驱动,具有早期预警中断功能;在调试模式下,计数器可以被冻结。系统时基定时器这个定时器是专用于实时操作系统,也可当成一个标准的递减计数器。它具有下述特性●24位的递减计数器自动重加载功能●当计数器为0时能产生一个可屏蔽系统中断可编程时钟源2318|C总线多达2个C总线接口,能够工作于多主模式或从模式,支持标准和快速模式。C接口支持7位或10位寻址,7位从模式时支持双从地址寻址。内置了硬件CRC发生器/校验器。它们可以使用DMA操作并支持 SMBuS总线20版/ PMBus总线2319通用同步/异步收发器 USART)STM32F103xC、STM32F103XD和STM32F103xE增强型系列产品中,内置了3个通用同步/异步收发器( USART1、 USART2和 USART3),和2个通用异步收发器UART4和UART5)这5个接凵提供异步通信、支持| DA SIR ENDEO传输编解码、多处理器通信模式、单线半双工通信模式和L|N主/从功能。USART1接口通信速率可达4.5兆位秒,其他接口的通信速率可达225兆位秒。USART1、 USART2和 USART3接口具有硬件的CTS和RTS信号管理、兼容|SO7816智能卡模式和类S門通信模式,除了UART5之外所有其他接口都可以使用DMA操作。2320串行外设接口sP)多达3个SP接冂,在从或主模式下,全双L和半双L的通信速率可达18兆位/秒。3位的预分频器可产生8种主模式频率,可配置成每帧8位或16位。硬件的CRC产生/校验支持基本的SD卡和MMC模式。所有的S門l接口都可以使用DMA操作。参照209年3月STM32F103XCD数据手册英文第5版(本译文仅供参考,如有翻译错误,请以英文原稿为准)10/87
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