高校Cortex M3实验箱.doc

Cortex-M3微控制器实验平台介绍 深圳市易博德科技有限公司嵌入式Cortex M3实验平台 第一章 概述EBD-M3教学实验平台是深圳市易博德科技有限公司推出的，面向高校针对于ARM最新核心Cortex系列的实验平台，它采用目前国内最流行的ST意法半导体STM32系列处理器STM32F103VBT6。该平台附带了USB，Motor Control，CAN，SD卡，Smart 卡，UART，Speaker，LCD，LED，BNC，耳塞插孔等丰富的外设，有助于老师可以自由选择相应的模块进行授课。该实验平台提供了基于ARM公司最新开发环境ARM RealView MDK的全套源码例程，学生通过该实验平台的学习，可以掌握ARM主流开发工具的使用，在以后其他ARM项目中可以快速应用。EBD-M3实验平台支持 JTAG 和 SWD 串行调试方式，非常方便。该实验平台上主要由EBD-M3主板和M3-I最小系统板两部分硬件构成，其中M3-I最小系统板也可以拿出来单独使用。具体实物图片如下：图1-1 EBD-M3嵌入式实验平台EBD-M3嵌入式实验平台主要硬件参数如下：表1-1 EBD-M3实验平台硬件参数硬件配置详细参数CPU STM32F103处理器 主频72MHzSRAM 20kB，内核自带Spi Flash 8M byte SPI FlashNor Flash 128kB，内核自带Power 分别是外接5V DC供电，USB供电，外板供电RTC 提供实时时钟LED 4 个红色发光二极管（可操作 LED） Button 四个按键分别是 Reset,Wakeup,Temper 和 User 按键 Joystick 具有控制四个方向和确定功能的摇杆手柄 Beep 1 个 IO 控制的蜂鸣器 RS232 UART 2 个RS232 串行口，其中一个支持 RTS/CTS 功能 ADC 1 个 ADC CAN 1个 CAN 总线接口，通过 DB9 接口引出 USB Device 1个 USB Slave B 型接口 Audio 1路立体声音频输出接口，一路麦克风接口 SD Card 1 个 SD Card 接口，可支持 1G SD 卡 ARM JTAG Interface 1 个标准 20 Pin ARM JTAG 接口,10Pin的SWD接口 Temperature sensor 1个温度传感器 MOTOR Connector 1个电机接口 CPU Board Interface 2 * 2 * 25 + 2*3 Pin (扩展Cortex M3 .) Extent A Interface 2 * 34 Pin (2 * 2 * (4 + 5 + 8) Extent B Interface 2 * 40 Pin (4 * (8 + 12)LCD1602 CHAR LCD 16 * 2点阵屏（选配） TFT LCD 1.7寸TFT（选配） PWR_JACK电源接口 POWER电源开关应用模块：M3实验平台除了基础教学外，还可以通过扩展接口进行二次开发与应用模块设计，适合于电子类、计算机类学科与专业教学。平台可以选配应用模块，提供完整的源码与教程：GPS模块如下：图 GPS模块图片名称规格 参数描述GPS模块* EB-3631，1575.42MHz，带天线，精度2.5-3M* 第三代高性能的SiRF star GPS芯片组* 完全兼容三星GPD14B02-007GPRS模块如下：图 GPRS模块图片名称规格 参数描述GPRS模块* 采用SIMCOM的SIM300D模块组* 支持GSM功能，收发短信、接打电话，带语音功能* 支持GPRS上网8LED&KEY模块图片如下：图 8LED&KEY模块图片名称规格 参数描述8LED&KEY模块* 采用ZLG7290芯片驱动* 八个八段数码管* 5*3键盘温度/气体二合一传感器模块图片如下：图 温度/气体二合一传感器模块图片名称规格 参数描述温度/气体二合一传感器模块* 4个温度传感器，DS18B20* 1个气体传感器 MQ-2，可检测可燃气体* 2个8段数码管显示* 1个蜂鸣器报警* 5路LED状态指示灯EBD-M3嵌入式实验平台软件配置如下：表1-2 EBD-M3实验平台软件参数RealView MDK Code ForEBD-M3搭配EBD-M3实验平台使用，提供丰富的IDE级别的例程，详尽的处理器外围控制器的操作指引* 主要特性： - 最新的ARM开发工具ReaView MDK源于业内著名的Keil公司，良好易用的IDE界面，贴近的芯片级应用开发，提供强大的设备仿真功能（独有技术）。 - 最新的ARM编译器RVCT3.1，提供更强的编译效率。 - 启动代码生成向导，图形化的配置界面。 - 免驱动安装的最新USB接口Ulink2仿真器，易于使用。- 学习最新的Cortex M3内核。 - 提供ARM RealView MDK环境使用指导，详细的软件使用指引。 - 充分学习STM32F103VB处理器的控制器的使用，提供丰富的接口实验。 - 十二个STM32处理器基本接口应用实验，包括通用I/O端口，嵌套中断向量控制器，外部中断/事件控制器，电源控制，串行通信接口，备份寄存器，看门狗，通用定时器，高级控制定时器，DMA控制器，A/D转换器。 - 四个STM32处理器通信接口应用实验，包括控制局域网通信接口应用，IIC接口，API接口，全速USB接口。 - 两个STM32处理器综合应用试验，包括RTX_Blinky，MP3播放器（简易声波播放器，简易MP3播放器）等。 - 丰富的模块应用，提供驱动源码及应用源码。表1-3 EBD-M3 RealView MDK教材实验实验列表及对应软件说明：7.1 通用IO口实验GPIO_test实验，通过对 GPIO的控制来相应地点亮LED灯，学会如何配置通用IO。7.2 嵌套向量中断实验NVIC_test实验，通过对中断向量功能控制，实现中断优先级的抢占，学会如何实现优先级的抢占。7.3 外部中断线实验EXTI_test实验，显示了如何配置一个中断线来获取中断并触发中断处理程序，实现中断的更方便配置和移植，学会如何配置中断线。7.4 电源控制实验PWR_test实验，控制控制系统进入 STOP 模式，系统通过 EXTI 中断来唤醒，了解电源控制原理。7.5 串口通信实验USART_test实验，能够通过公母交叉串口线实现与 PC 机的通信（115200b/s）。了解串口通信原理。7.6 实时时钟实验RTC_test实验，时钟管理功能演示，没有设置时间时启动时提示要求设置时间，同时显示时间，掉电时可以通过板上电池供电保持时间，了解实时时钟。7.7 备份寄存器实验BKP_test实验，对备份寄存器进行读写操作，并检查正确与否，同时触发相应的提示灯。7.8 独立看门狗实验IWDG_test实验，使用 SYSTICK 中断去重载 IWDG 计数（每350MS），了解独立看门狗工作原理。7.8 窗口看门狗实验WWDG_test实验演示如何利用窗口看门狗的提前唤醒中断服务子程序来进行独立看门狗计数值的重载。7.9 通用定时器实验TIMx_test实验，通过程序配置可以输出不同占空比的时钟波形。7.10 高级控制定时器实验TIM1_test实验，对TIM1定时器进行控制，使之各通道输出插入了死区的互补的PWM输出。 7.11 DMA控制器 DMA_test实验，演示了如何使用 DMA channel 去传输一组数据（从 FLASH memory 传送到 RAM memory）。7.12 A/D转换器 ADC_test实验，使用 ADC 和 DMA 功能来传输 AD 转换后的数据，并将结果打印在串口，实现 AD 转换功能。8.1 控制局域网通信接口实验CAN_test实验提供了 CAN 通信工作在 loopback 模式，100Kb/s 发送和接收一组数据和 500KB/S 时用中断模式收发数据，实现了 CAN 接口的自检。8.2 IIC 接口 IIC_test实验，利用两个IIC接口来实现IIC通讯，IIC1为主发送模式，IIC2为从接收模式，并通过LED灯来反映IIC通讯的情况。8.3 SPI 接口SPI_test实验，利用两个SPI接口来实现SPI全双工通讯。8.4 全速USB接口USB_test实验，利用Joystick的五个按键实现标准的USB接口游戏杆功能。9.1 RTX_BlinkyRTX_Blinky实验，使用RTX以多任务的方式驱动LED灯的闪烁，让学生了解多任务的原理。9.2 Simple Wave Player实验演示了一个简易声音播放器的软件工作过程：通过SPI1从SD卡中读取声波文件，将所读取的部分存放在一个缓冲器中，利用TIMER2通道1定期产生的中断，从缓冲器中读取声音数据，然后根据声音数据通过TIMER4的通道3产生不同频率方波输出。9.2 Simple MP3 Player实验通过SPI1从SD卡中读取MP3文件，将所读取的内容通过SPI2发送到VS1003解码器中播放；PC机可通过USB总线读写SD卡的内容，传送MP3文件；PC机的超级终端用于发送MP3播放命令、显示MP3 播放状态。10.1 TFT_LCDTFT液晶屏实验，在TFT液晶屏幕上显示文本及图形，包括显示1616的汉字和显示816的ASCII码。EBD-M3嵌入式实验平台具体装箱配置为：表1-4 EBD-M3实验平台装箱清单序号品 名规 格数量备注审核1嵌入式实验开发平台EBD-M312DC电源适配器5.0V/2A DC Power Adapter13交叉串口线（母母）RS232C14USB电缆连接实验平台Device口15跳线帽跳线选择用若干6产品光盘产品配套光盘17产品保修卡产品保修卡18配置清单配置清单1EBD-M3嵌入式实验平台可扩展模块清单：表1-5 EBD-M3实验平台可选模块清单序号品 名规 格数量备注审核18LED&KEY模块Zlg7290驱动，扩展8个数码管及15个按键选配2GPS模块全球卫星定位模块，精度高，搜星快选配3GPRS模块支持GSM/GPRS，可拨打电话收发短信选配4RFID模块自助交易、门禁、员工考勤等领域的感应卡选配5温度/气体二合一传感器模块4路温度/1路气体传感，蜂鸣器报警/数码管显示选配第二章 系统板硬件介绍M3-I最小系统板功能模块图如下图所示：图2-1 EBD-M3最小系统板功能模块图2.1 接口一览表图2-2 EBD-M3最小系统板以下是各个模块资源表：表2-1 EBD-M3模块资源表CN1USB type B 电源信号接头CN2CAN DB9 公接头CN3BNC 接头CN45V DCCN5USB type B 仿真调试接头CN6UART2 DB9 公接头 COM 1CN7JT AG 接口CN8耳机插孔CN9SWD 串行调试接口CN10子板连接器 2CN11UART1 DB9 公接头 COM 0CN12外引排针 1CN13外引排针 2CN14电机接口CN15子板连接器 1CN16SD 卡接口2.2 跳线一览表表2-2 EBD-M3跳线一览表跳线编号描述设置选项设置说明JP1USB相关1-2断开USB信号连接2-3连通USB信号连接（出厂默认）JP2CAN相关1-2CAN工作在高速模式2-3CAN工作在Standby模式JP4CAN相关短接CAN终端寄存器被使能断开CAN终端寄存器被屏蔽（出厂默认）JP5irDA相关短接irDA被使能（出厂默认）断开irDA被屏蔽JP6Speaker相关短接连接Speaker设备（出厂默认）断开断开Speaker设备JP8MOTOR相关短接电机电流抽样控制被使能断开电机电流抽样控制被屏蔽（出厂默认）JP10调试相关短接连接Reset和调试口的TRST线断开断开Reset和调试口的TRST线（出厂默认）Power-sel供电电源选择（注意只能短接其中的一组）USB短接选择USB供电DTB短接通过底板供电（出厂默认）PSU短接选择DCJack外接直流电源供电JP12MOTOR相关短接连接滤波电容断开断开电容连接（出厂默认）U1A1Vbat引脚供电方式1-2Vbat由外部供电2-3Vbat由电池供电（出厂默认）2.3 电源EBD-M3实验平台上的M3-I最小系统板有三种供电方式，通过 JP11 选择以下其中一种方式供电。 1）通过M3-I最小系统板电源端子J1 输入5VDC。 2） 通过M3-I最小系统板上的 USB端口（CN1）供电，供电电流小于500mA。 3） 通过外接排针 CN17（CN13）和 CN18（CN12），从底板供电。 M3-I最小系统板上DC5V输入端子（CN4）信号为内正外负，如下图所示：图2-3 电源接口2.4 启动方式选择M3-I最小系统板有以下三种启动方式：l 从用户闪存存储器启动（芯片内部的128K的Nor Flash）l 从系统存储器启动（芯片内部的带BOOT的内置存储器）l 从内嵌SRAM启动通过设置M3-I最小系统板上拨动开关SW1 和SW2选择启动方式表2-3 启动选择SW1SW2启动方式x0从用户flash启动（出厂默认）01从系统flash启动11从SRAM启动2.5 时钟源M3-I最小系统板上有两种时钟源：l 32KHz 晶振作为RTC的时钟源l 8MHz晶振作为MCU的时钟源，当使用内部时钟作为时钟源的时候，可以把晶振拔掉。2.6 复位方式M3-I最小系统板有三种复位方式：l 通过复位按键B5复位l 如果短接JP10，可通过JTAG调试口输入复位信号l 通过外接排针 CN17（CN13）和 CN18（CN12），从外板输入复位信号2.7 音频M3-I最小系统板有录音和回放功能。通过跳线 JP6设置禁止和使能，通过可调电阻RV2 调整声音大小，通过RV3调整麦克风的增益。2.8 串行flashM3-I最小系统板上外扩了64Mbit 的串行 SPI flash。与 SD 卡共用 SPI 通信端口，使用不同的片选，此 FLASH 的片选是被 PA4 口控制。2.9 串口M3-I最小系统板引出了两路 UART，UART1（CN11）和 UART2（CN6）。两路串口均连接到公的DB9 连接头。UART2 支持 RTS/CTS 握手信号。UART2 RS232 DB9公连接头信号定义：图2-4 UART2信号定义表2-4 UART2信号定义引脚号功能描述引脚号功能描述1NC6连接到引脚42UART2_RXD7UART2_RTS3UART2_TXD8UART2_CTS4连接到引脚69NC5GNDUART1 RS232 DB9连接头信号定义：图2-5 UART1信号定义表2-5 UART1信号定义引脚号功能描述引脚号功能描述1NC6连接到引脚42UART1_RXD7连接到引脚83UART1_TXD8连接到引脚74连接到引脚69NC5GND2.10 电机控制接口M3-I最小系统板上有一个34pin的感应电机控制接口，该接口提供驱动板所需的控制信号，并从驱动板接收回馈信号。这些信号包括紧急停止信号，调速信号，六路 PWM 控制信号，以及从驱动板反馈回来的三相电机电流，母线电压，散热器温度等信号。 电机控制接口 CN14 接口图：图2-6 电机控制接口信号定义信号定义：表2-6 电机控制接口信号定义引脚编号描述对应的引脚引脚编号描述对应的引脚1紧急停止PE152GND3PWM-UHPE94GND5PWM-ULPE86GND7PWM-VHPE118GND9PWM-VLPE1010GND11PWM-WHPE1312GND13PWM-WLPE1214母线电压PA315A 相电流PC116GND17B 相电流PC218GND19C 相电流PC320GND21NTC 旁路 继电器PD1022GND23能耗制动 PWMPD1324GND25 +5V电源26散热器温度PC027PFC SYNCPD2/PB0283.3V 电源29PFC PWMPB130GND31编码器APA032GND33编码器BPA134编码索引PD142.11 Smart Card接口通过Smart card 接口芯片 ST8024，M3-I最小系统板可支持3V和5V 的 smart 卡。ST8024和M3-I最小系统板的接口连接信号如下：表2-7 ST8024与CPU的连接信号ST8024 信号信号描述对应 STM32 引脚5V/3VSmart card 电源选择脚PD11I/OUCMCU 数据输入和输出口PB10XTAL1晶振或外部时钟输入PB12OFF检测 Smart Card 插入，产生中断到 MCUPE14RSTIN卡复位信号输入PB11CMDVCCPE72.12 SD卡接口M3-I最小系统板具有SD卡接口，支持SD卡的读写。SD卡和M3-I最小系统板接口的连接信号如下：表2-8 SD卡接口信号定义引脚SD卡接口信号信号描述对应STM32引脚1CD/DAT3片选PE32CMDMOSIPA73VSSGND4VDD+3V35CLKSCLKPA56VSSGND7DAT0MISOPA68DAT1NCNC9DAT2NCNC10CDPC1211COMMGND12WPNC2.13 CAN接口M3-I最小系统板上使用 SN65HVD230（U5）作为CAN 驱动器。CAN接口采用DB9链接器接线，这里针 2 提供 CANL 信号，针 7 提供 CANH信号。这些针连接到 SN65HVD230 CAN 驱动器芯片。图2-7 CAN接口信号定义CAN DB9连接器引脚定义：表2-9 CAN接口信号定义引脚号功能描述引脚号功能描述1,4,8,9NC7CANH2CANL3,5,6GND2.14 温度传感器I2C接口的温度传感器STLM75连接到M3-I最小系统板的I2C1接口上，两个分立的N通道增强型MOS-FET用于转换电平，使得不同电压的器件能接入到同一I2C总线上的。2.15 模拟输入BNC 接头：图2-8 BNC接口引脚定义：表2-10 BNC接口信号定义引脚号功能描述引脚号功能描述1GND4GND2GND5Analog input/PC13GND2.16 IrDAM3-I最小系统板支持红外接收，M3-I最小系统板上的 IrDA 接收器连接到的UART3上，可以通过条线JP5来设置使能或禁止红外接收。表2-11 IrDA跳线设置跳线描述JP5On使能 IrDA （默认）Off禁止 IrDA2.17 USBM3-I最小系统板支持USB2.0，通过M3-I最小系统板上的USB B型口（CN1）可进行USB全速通讯，也可以通过该USB口给M3-I最小系统板提供5V DC(500mA限流)。2.18 调试接口M3-I最小系统板有两种调试接口：l CN7，标准的20脚JTAG仿真调试接口；l CN9，10针SWD调试接口，支持新的ARM Cortex-M3串行调试功能JTAG调试接口定义如下：图2-9 JTAG接口引脚定义：表2-12 JTAG接口信号定义引脚号功能描述引脚号功能描述13.3V 电源23.3V3TRST4GND5TDI6GND7TMS8GND9TCK10GND11RTCK12GND13TDO14GND15RESET16GND17DBGRQ18GND19DBGACK20GNDSWD 调试接口 CN9 接口定义：图2-10 SWD调试接口引脚定义：表2-13 SWD接口信号定义引脚号功能描述引脚号功能描述13.3V 电源2SWDIO/PA133GND4SWCLK/PA145GND6SWO/PB37GND8NC9GND10RESET2.19 人机界面(LCD)接口Color TFT LCD信号接口定义如下：表2-14 TFT LCD接口信号定义引脚信号描述对应I/O1CSPB22SCLPB133SDIPB154RSPD75WRPD156RDGND7SDOPB148RESETRESET9VDD+3V310VC1+3V311GNDGND12GNDGND13BL_VDD+3V314BL_ControlPA815BL_GNDGND字符型 LCD 信号接口定义：表2-15 字符型LCD接口信号定义引脚信号描述对应I/O1GNDGND23.3V3.3V3VORV4 调整对比度4RSPE105R/WPE96EPE87DB0NC8DB1NC9DB2NC10DB3NC11DB4PE412DB5PE513DB6PE614DB7PE7第三章 软件开发和相关例程3.1 MDK介绍RealView MDK开发套件是ARM公司目前最新推出的针对各种嵌入式处理器的软件开发工具。RealView MDK集成了业内最领先的技术，包括Vision3集成开发环境与 RealView编译器。支持ARM7、ARM9和最新的Cortex-M3核处理器，自动配置启动代码，集成Flash烧写模块，强大的Simulation设备模拟，性能分析等功能。MDK 软件可以从EBD-M3实验平台配套光盘获取，或者从Keil网站中下载最新版本。双击安装文件setup.exe,出现如下的安装界面，根据界面安装向导的提示，完成Keil u Vision3的安装。图3-1 MDK开发环境3.2 例程介绍EBD-M3实验平台提供丰富的例程，可以直接在Keil u Vision3下编译运行，具体见表1-3。注意：1、请安装ARM RealView MDK3.40版本。2、实验前须给开发环境打补丁，具体路径为“DISK03-Examplespatch”，请参照该文件夹内的ReadMe安装说明。3、光盘路径“DISK02-Images”下的各个DEMO映像对应的工程路径如下表：DEMO映像对应的工程目录02-ImagesDEMO_char03-ExamplesDemoEMSTM32_char02-ImagesDEMO_TFT03-ExamplesDemoEMSTM32_TFT02-ImagesDEMO_UCOSdownload_demo03-ExamplesuCOS-II实验3.3_uCOS_all_test02-ImagesDEMO_UCOSdownload_music03-Examples10.1_TFT_LCDLCD_Burn_HZ_Spi3.3 例程操作程序例程操作顺序（例7.1_GPIO_test 实验）：1）首先打开7.1_GPIO_test文件夹（DISK03-Examples7.1_GPIO_test）：里面有两个文件夹，Listing - 存放链接文件，output - 存放编译文件，其它重要文件：GPIO.Uv2为工程文件，readme.txt为说明文档。双击GPIO.Uv2工程文件，则会打开工程文件。2）工程文件中包含Startup Code（启动代码存放区），Source（主要的源程序代码存放区），Library（源程序文件库），Interrupts（中断函数存放区），Documentation（程序的说明文档）文件夹。3）连接好电源线和仿真器接线（ULINK2与JTAG）。4）点击“Project - Build target”或者点击工具栏的图标，对源码进行编译连接，生成axf执行文件。点击编译程序图3-2 编译源代码5）点击“Flash - Download”或者点击工具栏的图标将程序下载到Flash中，如图：点击下载程序图3-3 下载程序6）下载完后可执行“Debug - Start/Stop Debug Session”或者点击工具栏的图标或者快捷键“Ctrl+F5”进行调试，如图：图3-4 调试程序点击以后主显示区显示汇编程序代码，要查看源代码可以在单步之前右击鼠标选择Show Source Code for current Address，如下图：图3-5 调试程序将会显示程序的源代码。同时可以利用窗口上的快捷调试图标来执行调试过程，比如单步调试等，图标如下：图3-6 调试程序第四章 技术支持易博德拥有一支高素质的专业技术支持队伍，成员均来自于研发第一线。以最专业的团队带来最优质的服务，一直是我们所倡导的。为了更好的为用户提供服务，公司提供上门技术培训，开辟了售后支持电话、Email、网站论坛等多方位全面支持，为您免除后顾之忧。 附录：EBD-M3实验平台IO分配TQFP100引脚类型电平IO分配InputOutput1PE2I/OFT调试接口2PE3I/OSD card3PE4I/OLCD(16*2)4PE5I/OLCD(16*2)5PE6I/OLCD(16*2)6VBAT7PC13I/OTamper Button8PC14I/OX1(OSC32_IN)9PC15I/OX1(OSC32_OUT)10GND11VDD12X3(OSC_IN)13X3(OSC_OUT)14RESET15PC0I/OMOTOR connector16PC1I/OMOTOR/BNC17PC2I/OMOTOR18PC3I/OMOTOR19GND20GND21VDD22VDD23PA0I/OWakeupButton/MOTOR24PA1I/OMOTOR25PA2I/OMOTOR26PA3I/OMOTOR27GND28VDD29PA4I/OSPI FLASH30PA5I/OSPI FLASH/SD card31PA6I/OS