STM32硬件结构学习 - 电子技术基础知识 - 21IC中国电子网
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STM32硬件结构学习
stm32硬件学习流水帐----电源
1.工作电源 2.备份域电源 3.adc供电参考电源
工作电源2-3.6v
备份域电源用于RTC时钟模块和备份域寄存器保存
adc供电参考电源:为提高精度ADC具有单独的工作电源和参考电源基准
注意100脚以上的stm32才有ADC参考电源基准,100脚以下ADC参考电源基准内部连接到ADC供电电源上
除此外还有内部1.8,由芯片内部调节器提供.
stm32硬件学习流水帐----时钟
stm32有多个时钟源:
1.外部高速时钟HSE,可由外部输入时钟信号或者外接晶体构成振荡器构成.
2.内部高速时钟SHI,频率为8M,精度1%
3.外部低速时钟源LSE,接32768Hz晶体,为RTC提供高精度时钟
4.内部低速时钟LSI 32k Hz,为看门狗单元和自动唤醒单元提供时钟
其中HSE,HSI能直接作为系统时钟,或者通过PLL倍频提供系统工作时钟.
HSI用作PLL输入,PLL能输出的最大时钟只能为64MHz
stm32硬件学习流水帐----系统存储结构
stm32的程序存储器,数据存储器,寄存器和IO端口被组织到一个4GB线性空间.
可寻址的存储空间被分为8个512M主块.
stm32存储编码格式为小端编码格式.
嵌入式SRAM可以字,半字,字节方式访问,起始地址为0x2000000.
stm32的位段是一种别名机制,即将用户数据存储空间的某字节某位映射到0x开始的别名空间.
例如0x中的第2为映射为:
0xx30*32+2 = 0x
对0x的写即为对0x的第位读修改写
stm32的flash存储器物理上分成主块和信息块,主块16K*64bits,每个主块分成128个1KB大小的页面.
信息快大小258*64bits,每个信息块分成2页+16B,每页大小2KB
stm32硬件学习流水帐----调试接口
stm32支持jtag接口和swd串行调试接口两种调试口,
其中swd调试口只占用swdio和swclk两个口线,
相比jtag可以有更多的引脚可用,
并且可以使用较小尺寸的调试插座.
JILINK V7支持SWD接口.
stm32上电默认的是jtag接口.
当使用swd接口,多余的jtag接口IO端口需要重新映射为通用IO端口
stm32硬件学习流水帐----复位
stm32复位分为:系统复位,电源复位,备份域复位
系统复位复位除了时钟控制寄存器的复位标志和备份域寄存器以外的所有寄存器.
系统复位由NRST引脚低电平,窗口看门狗和独立看门狗以及软件复位和低功耗管理复位等原因引起.
电源复位由上电/掉电复位(POR和PDR)两种和待机模式退出引起
电源复位将复位除了备份域寄存器以外的所有寄存器.
备份域复位由软件备份域复位和电源备份域复位两种原因引起.
电源备份域复位是指VDD和Vbat都掉电的时候,其中一个突然上电引起的复位
复位向量位置为0x
stm32硬件学习流水帐----主要电气特性
stm32供电电压-0.3---4.0v.
stm32的部分引脚具有5v容忍特性,其电压输入范围为vss-0.3到5.5v
其他引脚的供电电压范围是:vss-0.3v到vdd+0.3v
flash等待周期:
0-24MHz 0等待状态
24-48MHz 1等待状态
48MHz以上 2个等待状态
flash中运行代码,72MHz的时候所有外设使能时候的电流为50.3mA,所有外设禁止的时候电流为32.9mA.
VDD脚总电流IVDD最大150mA,
VSS脚总电流IVSS最大150mA,
IO引脚最大电流25mA和-25mA.
flash 擦写次数最小 1万次
flash数据/指令保存年限最小 20年
弱上拉/弱下拉等效电阻40k欧姆.
GPIOs引脚入出典型电流值为8mA.
stm32硬件学习流水帐----GPIO
stm32的GPIO可以由软件配置成:
输入浮空,输入上拉,输入下拉,
开漏输出,推挽输出,
开漏复用,推挽复用.
stm32复位后,IO端口处于输入浮空状态.
JTAG引脚复位以后,处于上拉或者下拉状态.
所有IO端口都具有外部中断能力,端口必须配置成输入模式,才能使用外部中断功能.
IO端口复用功能配置:
对于复用功能输入,端口可以配置成任意输入模式或者复用功能输出模式.
对于复用功能输出,端口必须配置成复用功能输出
对于双向复用功能,端口必须配置成复用功能输出
stm32的部分IO端口的复用功能可以重新映射成另外的复用功能.
stm32具有GPIO锁定机制,即锁定GPIO配置,下次复位前不能再修改.
当LSE振荡器关闭时,OSC32_IN和OSC32_OUT可以用作通用IO PC14和PC15.
当进入待机模式或者备份域由Vbat供电,PC14,PC15功能丢失,该两个IO口线设置为模拟输入功能.
OSC_IN和OSC_OUT可以重新映射为GPIO PD0,PD1.
注意PD0,PD1用于输出地时候仅能用于50MHz输出模式.
注意:PC13,PC14,PC15只能用于2MHz的输出模式,,最多只能带30pf的负载,并且同时只能使用一个引脚!
扩展阅读：推荐这篇日记的豆列
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STM32硬件开发
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STM32硬件开发指南_V1.2
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3秒自动关闭窗口2011年9月；第25卷第3期总85期北京联合大学学报（自然科学；JournalofBeijingUnionUni；Vol．25No．3SumNo．85；基于STM32的嵌入式语音播报系统的设计；1112；王虎升，李金环，袁宪锋，张胜春；（1.山东大学控制科学与工程学院，济南25006；［摘要］一种以STM32为核心的嵌入式语音播报系；ARMCortex-M
第25卷第3期总85期北京联合大学学报（自然科学版）
JournalofBeijingUnionUniversity（NaturalSciences）Sep．2011
Vol．25No．3SumNo．85
基于STM32的嵌入式语音播报系统的设计
王虎升，李金环，袁宪锋，张胜春
（1.山东大学控制科学与工程学院，济南.辽河石油装备制造总公司装备研究院，辽宁盘锦124010）
［摘要］一种以STM32为核心的嵌入式语音播报系统，其核心处理器选用ST公司的基于
ARMCortex-M3内核的32位处理器STM32F103C8T6。系统的处理器接收上位机指令，解析得到通过科大讯飞的中文语音合成板卡XF-S4240将文本信息转换为语音信息，采用嵌入文本信息，
式操作系统μC/OS-II来实现统一的任务调度和外围设备管理。［关键词］微处理器；语音播报；语音合成模块；嵌入式操作系统［中图分类号］TP332
［文献标志码］A
［）03-0011-05文章编号］1005-
DesignofanEmbeddedSpeechBrodcastSystemBasedonSTM32
WANGHu-sheng1，LIJin-huan1，YUANXian-feng1，ZHANGSheng-chun2
（1.SchoolofControlScienceandEngineering，ShandongUniversity，Jinan2.InstituteofChinaPetroleumLiaoheEquipmentCompany，PanjinLiaoning
250061，China；124010，China）
Abstract：DesignofanembeddedspeechbrodcastsystembasedonmicroprocessorSTM32serieswasintroduced．ThespeechbroadcastsystemtakesSTM32F103C8T6asacorechipwhichisa32-bitmicroprocessorbuiltonARMCortex-M3producedbySTMicroelectronicsCo．Ltd．Themicroprocessorofthesystemreceivesinstructionsfromthehostcomputerandgetstextmessages．AtexttospeechvoicesynthesizermodulecalledXF-S4240convertstextmessagestospeechvoice．Thereal-timeoperatingsystem―μC/OS-IIisusedinthesystemformultitaskschedulingandoperationoftheperipheraldevices．
Keywords：microprocessor（STM32）；speechbrodcast；texttospeechvoicesynthesizer；μC/OS-II
家用服务机器人以服务为目的，人们自然需要
1系统整体方案
嵌入式语音播报系统的一个重要工作是语音
更多、更方便、更自然的方式与机器人进行交互，这包括视觉和听觉的交互等
的合成。语音合成，即TTS（TexttoSpeech）技术，能将任意文字信息实时转化为标准流畅的自然语音并朗读出来
。在服务机器人底层
移动平台中加入嵌入式语音播报系统，增强了机器可用于报告机器人底层移人主动与人交互的能力，
动平台的运行状态、运行结果，提示系统操作过程及故障报警等
，所要解决的主要问题就是如何将
也即让机器人像文字信息转化为可听的声音信息，人一样开口说话。
语音合成的基本原理
。如图1所示。文本分
嵌入式语音播报系统，具有体积小、功耗低、可安装灵活等特点，语音合成结果清晰、自然、靠性高、
准确，特别适用于智能家居、服务机器人等领域。
析模块在文语转换系统中起着重要的作用，主要模使计算机对输入的文拟人对自然语言的理解过程，
本能完全理解并给出后两部分所需的各种发音提
［收稿日期］
［作者简介］王虎升（1986―），男，山东泰安人，山东大学控制科学与工程学院硕士，研究方向为巡线机器人、护士机器人。
示。韵律处理为合成语音规划出音段特征，如音高、音长和音强等，使合成语音能正确表达语意，听起来更加自然。这是语音合成中最重要的一个部分。要使得合成的语音符合通常说出的话语，最关键的是提取语言中的韵律参数。语音生成根据前即合成语音
。两部分处理结果的要求输出语音，
STMicroelectronics发布的STMF10xxx硬件开发入门文档
持软件调节语速、语调、音量。
XF-S4240中文语音合成板卡使用图5中，
DC3.3V供电；采用SPI数据通信接口与主控制器连接，板卡在通讯当中设置为Slave身份，所需时钟信号由主控制器提供，即主控制器作为SPI通讯中传输的数据位数为8bits，每次合成的Master身份，
的文本量最多达1K字节；由硬件RDY引脚指示板卡的工作状态，当引脚处于低电平时，表明板卡处于空闲状态，没有合成文本，当引脚处于高电平表明板卡处于合成文本的工作状态；RST状态时，
为复位引脚，外接一个复位按键，板卡正常工作时，此引脚为高电平。
图6为XF-S4240语音合成板卡实物图
图中电源部分采用可充电锂电池供电，电压为7.2V；STM32的数字电源和模拟电源进行了隔离设计，同时数字电源和模拟电源都设计了滤波电路，最后数字地和模拟地采用0欧姆电阻共地，保证电源供应符合STM32的要求；为增加复位电路的可靠性，在复位电路的设计上选用了MAXIM公司的复位芯片DS1233A；利用USART，通过MAX3232与上位机进行通信；采用2路LED指示系统运行状态；1个操作按键实现系统测试操作。
图4为整个语音播报系统电路板实物图。板A区为与上位机通信接口，面共分为4个区，通过简易牛角座连接，稳定可靠；B区为主控核心部分，显示了基本的配置电路；C区为科大讯飞XF-S4240语音合成板卡；D区为音频功放电路
图6XF-S4240语音合成板卡
语音播报系统电路板实物图
音频功放电路
图7为音频功放电路，采用美国国家半导体的
供电电压高效开关型低频功率放大器LM4665MM，3.3V；输出端省去了D类放大器特有的LC滤波器，直接接扬声器；内部设有异或门控制电路提供SDM引脚接地电平，SD引脚接高电关断控制功能，
平，放大器处于工作状态；GS增益选择端接低电平，集成电路增益为12dB。
图8为音频功放电路板实物图。
2.2语音合成电路
图5为语音合成系统设计原理图，参照了科大
讯飞的XF-S4240数据手册进行设计。XF-S4240
语音合成板卡的主要特点是合成语音自然度高，控SPI功能强大；可以通过USART、制接口简单方便，
接口和IC总线3种方式接收待合成的文本，直接
集成提示音效，支合成为语音输出；采用双发音人，
图5语音合成设计原理图
北京联合大学学报（自然科学版）2011年9
音频功放设计原理图
App_TaskBatApp_TaskSpeakApp_TaskCmdApp_TaskBackApp_TaskWatchApp_TaskPBApp_TaskLed
主控系统任务规划表优先级031
功能电源管理语音播报命令解析与执行返回系统状态系统状态监测按键检测与处理
LED指示统计任务空闲任务
图8音频功放电路板
OSTaskStatOSTaskIdle
3软件系统的设计
软件系统采用嵌入式操作系统μC/OS-II设
等；App_TaskWatch监测本系统的运行情况，并在紧急情况下通过语音提示本系统的异常状况；App_TaskPB是按键扫描任务，负责控制一个独立按键，完成系统测试操作；App_TaskLed驱动两个LED指示灯，指示当前工作状态。3.2
语音播报任务的程序设计
在整个软件系统中，语音播报任务App_TaskSpeak负责向XF-S4240发送含文本信息的语的方音合成命令。发送的命令和数据需要用“帧”式进行封装后传输，帧结构由帧头、待合成文本的长度、文本合成命令字、文本编码格式、待合成的文本组成。
传输过程中，主控制器首先查询状态管脚RDY输出工作状态，当引脚处于低电平时，表明板卡处没有合成文本，可以发送文本信息；当于空闲状态，
引脚处于高电平状态时，表明板卡处于合成文本的SPI使能选择信号SSEL保持低工作状态。传输时，
电平。图9为语音播报任务的流程图。
程序中文本信息采用GBK编码。当XF-S4240正在合成文本的时候，如果又接收到一帧有效的数据，板卡会立即停止当前正在合成的文本，转而合成所接收到的最新的文本。
计。μC/OS-II是一个源码公开、可移植、可固化、可裁剪、占先式的实时多任务操作系统。它是专门为计算机的嵌入式应用设计的，绝大部分代码采用C语言编写，具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点，最小内核可至2kB。μC/OS-II已经移植到了几乎所有知名的CPU上
II的任务规划μC/OS-
在基于μC/OS-II的软件设计过程中，任务规采用分层次划是很关键的。在任务规划的过程中，
和模块化的思想将整个系统任务进行划分。整个系统任务的划分如表1所示。
表1中除了OSTaskStat和OSTaskIdle任务为其他7个任务均为用户创建。App_系统自带，
TaskBat是系统的第一个任务，对系统时钟和底层创建所有事件和其他各项用户任设备进行初始化，
务，并监视系统的电池电压；App_TaskSpeak完成对并控制其播报效语音合成板卡的文本信息发送，
果；App_TaskCmd完成上位机命令的解析和执行；App_TaskBack向上位机返回本系统的状态参数，例如接收的上位机指令是否正确、指令是否执行完毕
第25卷第3期王虎升等：基于STM32
的嵌入式语音播报系统的设计
10次男共进行了20次测试，次测试时间为20min，
10次女声播报。测试结果如表2所示。声播报，
语音合成系统实际测试效果统计
你好当前电压正常当前系统稳定运行进入102病房102病房正常进入105病房105房间需要人工护理
女声正确/次数10
清晰/次数10
测试中，男声10次普通话播报，播报的语句均正确，但当句子过长时，会有不清晰的现象；女声10次普通话播报，播报的语句均正确，而且很清晰，基本是平铺直叙，一字一顿。本系统的女声播报正确率很高，清晰度很好，相比较，男声播报效果稍差。
语音播报任务的流程图
本文讨论了基于STM32的嵌入式语音播报系
为了保证设计的语音合成系统的播报正确率
统的设计，对系统各个部分的硬件电路和软件实现进行了详述。在家庭服务机器人底层移动平台和医院巡护机器人底层移动平台的应用中，该系统发音效果清晰、自然、准确，满足了实际需要，取得了很好的效果。
和清晰度，本文对所描述的语音合成系统做了相应测试平台为医院巡视机器人移动平台，测的测试，
试环境为医院走廊，机器人的任务为巡视病房。每
［参考文献］
［1］徐方，2009（2）：14－19.张希伟，杜振军．我国家庭服务机器人产业发展现状调研报告［J］．机器人技术与应用，［2］柳延领，106.王金红．基于ISD1420语音播报器的研究与实现［J］．黑龙江科技信息，2008（18）：47，［3］刘浩杰，28（7）：726－730.杜利民．语音合成技术的发展与展望［J］．微计算机应用，2007，
［4］黄南川，）：37－39.邓振杰，王嵬嵬，等．语音合成技术的研究与发展［J］．华北航天工业学院学报，［5］
STMicroelectronics．STM32F10xxx硬件开发使用入门［EB/OL］．http：//www．stmicroelectronics．com．cn/stonline/mcu/STM32_AN．htm，2008－5.
［6］AnhuiUSTCiFLYTEKCo，Ltd．XF-S4240中文语音合成模块数据手册［EB/OL］．http：//www．iflytek．com/，2009－7－
［7］任哲．嵌入式实时操作系统μC/OS-II原理及应用［M］．2版．北京：北京航空航天大学出版社，2009.
（责任编辑李亚青）
包含各类专业文献、各类资格考试、幼儿教育、小学教育、生活休闲娱乐、外语学习资料、行业资料、文学作品欣赏、应用写作文书、专业论文、基于STM32的嵌入式语音播报系统的设计75等内容。　
　又由于系统 设计时间的限制, 因此本系统中选择自带控制器的液晶屏 LCD1602 液晶...基于STM32的嵌入式语音播... 5页 免费 基于STM32的MP3播放系统... 44页 2... 　一种嵌入式语音识别模块的设计与实现_电子/电路_工程科技_专业资料。嵌入式的课程结课论文嵌入式系统结业(论文) 基于 STM32 的嵌入式 语音识别模块设计 学生姓名:... 　基于STM32的嵌入式语音播报... 5页 5财富值 毕业设计 基于QT库的嵌入... ...基于ARM的数字语音压缩系统... 67页 免费如要投诉违规内容,请到百度文库投诉中心... 　speaker independent recognition module 1 绪论随着嵌入式技术的飞速发展和它在...我的这次毕业设计语音播报实时数据处理系统的设计与实现选用了stm32。 我们选择它... 　基于STM32的嵌入式操作系统程序设计及实现本科毕业论文_韩语学习_外语学习_教育专区。基于STM32的嵌入式操作系统程序设计及实现本科毕业论文 ... 　通信系统是全球通用的具有国际标准的通信方式,本文针对海事管理中航行 信息发布需求来设计的一套基于嵌入式的 vhf 自动播发系统,本设计在类似非预制语音自动 播放... 　输出端控制液晶显示模块和语音播报模块, 从而完成对公交车自动报站系统的设计。 ...stm32 系列是一款高性能、 低成本、 低功耗的嵌入式芯片, 是针对那些具有上述... 　嵌入式课程设计_工学_高等教育_教育专区。课程设计报告书 题目: 基于 stm32 的步进电机控制系统 课专 程:嵌入式系统课程设计 业:电子信息科学与技术 2016 年 4... 　基于STM32的嵌入式系统原理与设计实验报告_电子/电路_工程科技_专业资料。实验报告 XXXX 学院 XX 级嵌入式系统设计 实验报告班 级: 指导老师: 学期: 小组成员: ...2.2.&STM32神舟IV号开发板硬件详解-STM32(初学宝典)神舟IV号开发板
本节将向大家详细介绍神舟IV号开发板的各部分硬件原理与实现。
&2.2.1MCU处理器
STM32神舟IV号选择的是互联型的STM32F107VCT6作为MCU，STM32F107的型号众多，其产品列表如下图所示，作为一款最高端开发板，神舟IV号开发板选用的是外设资源和管脚资源最丰富的100脚LQFP封装的STM32F107VCT6芯片，充分满足企业和广大爱好者的评估开发需求。让用户可以使用STM32F103系列的所有外设，和体验它的强悍功能。
8 STM32F107的产品列表
MCU部分原理图如下图所示，由于此处原理图较大，为了清晰起见，我们按左右分为两幅图片。&
9 神舟IV号MCU部分原理图
上图中的BOOT0,
BOOT1用于设置STM32的启动方式，其对应启动模式如下表所示：&&
BOOT启动模式
从主闪存存储器启动：主闪存存储器被映射到启动空间(0x)，但仍然能够在它原有的地址(0x0800
0000)访问它，即闪存存储器的内容可以在两个地址区域访问，0x或0x0800
● 从系统存储器启动（System
memory）：系统存储器被映射到启动空间(0x0000
0000)，但仍然能够在它原有的地址访问它，神舟IV号属于互联型产品，其原有地址为0x1FFF
B000，神舟系列其它产品原有地址为0x1FFF F000。&
● 从内置SRAM启动：只能在0x2000
0000开始的地址区访问SRAM。
以上提到的SRAM地址0x2000
0000和互联型系统存储器地址0x1FFF B000，非互联型系统存储器地址0x1FFF
F000等是在芯片设计时已经确定不能再更改，可以在对应处理器手册的图表“Figure . Memory
map”中查到。以下两图是分别截取自互联型“STM32F105xx,
STM32F107xx”的手册和非互联型“STM32F103xC, STM32F103xD,
STM32F103xE”的手册注意他们的系统存储器（System memory）地址差异。
互联型产品映射
非互联型产品映射
当选择从系统存储器启动（System
memory）时，神舟IV号可以通过以下某个接口升级固件程序：USART1、USART2(重映像的)、CAN2(重映像的)或USB
OTG全速接口的设备模式(通过设备固件更新DFU协议)。 USART接口依靠内部8MHz振荡器(HSI)运行。【注：CAN和USB
OTG接口只能当外部有一个8MHz、14.7456MHz或25MHz时钟(HSE)时运行。】
如果内部Flash已经烧录了程序，一般正常运行时选择从主闪存存储器启动。
如果要升级固件可以有多种方式，常见的有通过工具烧录和外设接口烧录两种方式。常用的烧录调试仿真工具如JLINK、STLink、Ulink等。
为STM32F107VCT6及神舟IV号开发板上其他芯片提供必要的储能电容，滤波和退耦。为整个系统提供一个干净的电源，保证整个系统的稳定可靠运行。
滤波电容在设计PCB的时候，一般都要接近滤波对象管脚的附近，如果布局太远，就没有滤波效果了，这点是需要注意的，在原理图中是看不出来的。
VDDA与VREF是STM32处理器数字/模拟转换（ADC）电路需要使用到的模拟参考电源和模拟电源输入。
相关管脚定义如下：
在神舟IV号板上，VREF和VDDA电源相关电路如下图所示，为保证其稳定性需要隔离并增加独立的滤波储能电容。这里一般是用磁珠进行隔离，我们神舟开发板是使用一个0欧姆电阻进行一下隔离。
STM32F107内部已经包含了8MHz高速内部RC振荡电路，但是其精准度不是很高，为此我们在外部增加了25MHz的晶振电路，为系统的可靠工作提供时序基准。
STM32F107内部已经包含了40kHz低速内部RC振荡电路LSE，但是其精准度不是很高，为此我们在外部增加了32.768KHz的晶振电路，可以用于驱动独立看门狗和通过程序选择驱动RTC实时时钟。
STM32的VBAT采用CR1220纽扣电池和VCC3.3混合供电的方式，在有外部电源（VCC3.3）的时候，BT1不给处理器的VBAT供电，而在外部电源断开的时候，则由BT1给VBAT供电。这样，VBAT总是有电的，以保证RTC的持续运行以及后备寄存器的内容不丢失。
相关电路如下：
当安装了电池后，将JP14的2，3脚使用跳线帽短接。VBAT管脚由电池供电，如没有安装电池，将JP14的1，2脚使用跳线帽短接，VBAT管脚由+3.3V系统电源供电。
JTAG/SWD调试下载接口
JTAG(Joint Test Action
Group)联合测试行动小组)是一种国际标准测试协议（IEEE
1149.1兼容）。标准的JTAG接口包括TMS、TCK、TDI和TDO等信号。通过JTAG接口，我们可以烧录和调试程序，神舟IV号的JTAG接口的硬件连接如下图所示，可以与目前主流的JLINK
V8仿真器配合使用。另外STMM32还有SWD接口，SWD只需要最少2跟线（SWCLK和SWDIO）就可以下载并调试代码了，它与JTAG接口是共用的，只要接上JTAG，你就可以使用SWD模式了。
&神舟IV号JTAG/SWD调试下载接口原理图
JTAG/SWD接口的信号定义如下：
&2.2.3 10M/100M以太网接口
STM32神舟IV号开发板的处理器STM32F107内部集成有高性能以太网模块，支持通过以太网收发数据，符合IEEE
802.3-2002标准。该以太网模块灵活可调，使之能适应各种不同的客户需求。该模块支持两种标准接口，连接到外接的物理层(PHY)模块：IEEE
802.3协议定义的独立于介质的接口(MII)和简化的独立于介质的接口(RMII)。适用于各类应用，如交换机、网络接口卡等。&
内部集成的以太网模块符合以下标准：&
● &IEEE
802.3-2002标准的以太网MAC协议&
● &IEEE
的网路精确时钟同步标准&
&AMBA2.0标准的AHB主/从端口&
&RMII协会定义的RMII标准
神舟IV号开发板的处理器STM32F107内部集成的MAC结构图如图表 6
STM32F107内部的MAC结构图所示。
STM32F107内部的MAC结构图
神舟IV号开发板的处理器STM32F107内部集成的MAC有以下特性：
通过外接的PHY接口，支持10/100M位/秒的数据传输速率。&
● 通过兼容IEEE
802.3标准的MII接口，外接高速以太网PHY。&
支持全双工和半双工操作：&
支持符合CSMA/CD协议的半双工操作&
─ 支持符合IEEE
802.3流控的全双工操作&
在全双工模式下，可以选择性地转发接收到的PAUSE控制帧到用户的应用程序&
支持背压流控的半双工操作&
在全双工模式下当输入流控信号失效时，会自动发送PAUSE帧。&
在发送时插入前导符和帧开始数据(SFD)，在接收时去掉这些域。&
以帧为单位，自动计算CRC和产生可控制的填充位。&
在接收帧时，自动去除填充位/CRC为可选项。&
可对帧长度进行编程，支持最长为16K字节的标准帧。&
可对帧间隙进行编程(40~96位，以8位为单位改变)&
支持多种灵活的地址过滤模式：&
多达4个48位完美的目的地址(DA)过滤器，可在比较时屏蔽任意字节。&
多达3个48位源地址(SA)比较器，可在比较时屏蔽任意字节。&
64位Hash过滤器(可选的)，用于多播和单播(目的)地址。&
可选的令所有的多播地址帧通过&
混杂模式，支持在做网络监测时不过滤，允许所有的帧直接通过。
允许所有接收到的数据包通过，并附带其通过每个过滤器的结果报告。&
对于发送和接收的数据包，返回独立的32位状态信息。&
● 支持检测接收到帧的IEEE 802.1Q
VLAN标签。&
应用程序有独立的发送、接收和控制接口。&
支持使用RMON/MIB计数器(RFC2819/RFC2665)进行强制性的网络统计。&
使用MDIO接口对PHY进行配置和管理。&
● 检测LAN唤醒帧和AMD的Magic
PacketTM帧。&
对IPv4和由以太网帧封装的TCP数据包的接收校验和卸载分流功能。&
对IPv4报头校验和以及对IPv4或IPv6数据格式封装的TCP、UDP或ICMP的校验和进行检查的高级接收功能。&
● 支持由IEEE
标准定义的以太网帧时间戳，在每个帧的接收或发送状态中加上64位的时间戳。&
两套FIFO：一个2K字节的传输FIFO，带可编程的发送阈值，和一个2K字节的接收FIFO，带可编程的接收阈值(默认值是64字节)。&
在接收FIFO的EOF后插入接收状态信息，使得多个帧可以存储在同一个接收FIFO中，而不需要开辟另一个FIFO来储存这些帧的接收状态信息。&
可以滤掉接收到的错误帧，并在存储-转发模式下，不向应用程序转发错误的帧。&
可以转发“好”的短帧给应用程序。&
支持产生脉冲来统计在接收FIFO中丢失和破坏(由于溢出)的帧数目。&
对于MAC控制器的数据传输，支持存储-转发机制。&
根据接收FIFO的填充程度(阈值可编程)，自动向MAC控制器产生PAUSE帧或背压信号。&
在发送时，如遇到冲突可以自动重发。&
在迟到冲突、冲突过多、顺延过多和欠载(underrun)情况下丢弃帧。&
软件控制清空发送FIFO。&
在存储-转发模式下，在要发送的帧内，计算并插入IPv4的报头校验和及TCP、UDP或ICMP的校验和。&
支持MII接口的内循环，可用于调试。
DMA（直接内存访问）传输功能&
● 支持PTP功能（Precision Time
Protocol (IEEE1588)）
神舟IV号开发板的处理器STM32F107内部以太网模块与外部PHY芯片采用RMII接口的连接图如下所示：
STM32F107以太网RMII连接图
神舟IV号开发板采用高性价比的DM9161A作为10M/100M以太网PHY芯片，采用RMII接口与连接，标准RJ45接口，支持平行交叉网线自适应。其原理图如所示。
图表 15 以太网接口原理图
DM9161A是一款在嵌入式系统中应用的极为普遍的以太网PHY芯片。DM9161A符合IEEE802.3.10BASE-T/100BASE-TX协议，符合ANSIX3T12TP-PMD1995标准，集成10BASE-T,100BASE-TX收发器，支持MII/RMII接口，支持中继模式和节点模式转换，支持全工和半工模式转换，含可触发中断的MII/RMII管理接口，支持低功耗模式，采用0.35纳米
COMS工艺，3.3V供电， 48-pin PQFP小封装（1&1cm）。
STM32神舟IV号开发板的以太网接口对外采用RJ45接口。RJ45接口引脚信号定义如下表所示：
RJ45接口引脚信号定义
RJ45对于德网线的线序排序不同的法有两种，一种是橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕；另一种是绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕；因此使用RJ45接头的线也有两种即：平行线（直通线）和交插线，如下图所示。神舟IV号开发板使用的DM9161A芯片支持平行线网线和交叉网线自适应，所以无论哪种网线都可以连接到神舟IV号开发板。
&以上硬件配合我们提供的移植好的TCP/IP协议栈代码成功实现了Telnet登陆，HTTP内嵌网页和TFTP文件传输等应用实例。协议同时支持DHCP协议，自动获取IP地址并在液晶屏上显示出来。支持平行交叉网线自适应，一根网线就可以很方便的与路由器或PC连接，连接后可以通过网络访问和控制板上的资源，从而实现以太网远程控制功能。
2.2.4 USB 2.0
神舟IV号开发板含有一个USB 2.0
OTG全速接口，接口速率12Mbps，它既可以作为OTG与其它OTG设备相连通过ID信号协商主从角色；也可以固定作为USB
SLAVE从设备与PC等主设备相连实现USB读卡器，USB鼠标，USB固件升级等功能；还可以固定作为USB
HOST连接U盘，USB键鼠等从设备。当作为USB从设备设备时通过D+、D-引脚上的1500Ω上拉电阻可向主机发出设备已连接的信号，并指示设备的工作速度。电阻上拉至D+表示全速运行，电阻上拉至D-表示低速运行。当作为USB主设备时内部D+和D-含有15kΩ下拉电阻用于检测上拉电阻的状态。
OTG就是On The
Go，正在进行中的意思。USB OTG使USB装置摆脱了原来主从架构的限制，实现了端对端的传输模式。USB
OTG标准在完全兼容USB2.0标准的基础上，增添了电源管理（节省功耗）功能，它允许设备既可作为主机，也可作为外设操作（两用OTG）。OTG两用设备完全符合USB2.0标准，并可提供一定的主机检测能力，支持主机通令协议（HNP）和对话请求协议（SRP）。在OTG中，初始主机设备称为A设备，外设称为B设备。可用电缆的连接方式来决定初始角色。mini-AB插座增添了ID引脚，以用于识别不同的电缆端点。mini-A插头中的ID引脚接地，mini-B插头中的ID引脚浮空。当OTG设备检测到接地的ID引脚时，表示默认的是A设备（主机），而检测到ID引脚浮空的设备则认为是B设备（外设）。系统一旦连接后，OTG的角色还可以更换。主机与外设采用新的HNP，A设备作为默认主机半提供VBUS电源，并在检测到有设备连接时复位总线、枚举并配置B设备。OTG标准为USB增添的第二个新协议称为对话请求协议（SRP）。SRP允许B设备请求A设备打开VBUS电源并启动一次对话。一次OTG对话可通过A设备提供VBUS电源的时间来确定（注：A设备总是为VBUS供电，即使作为外设）。也可通过A设备关闭VBUS电源来结束会话以节省功耗，这在电池供电产品中是非常重要的。例如，在两台OTG设备通过连接互相交换信息时，一台连接在mini-A端，是A设备，默认为主机。另一台是B设备，默认为外设。当在不需要USB通信时，A设备可以关闭VBUS线，此时B设备就会检测到该状态并进入功低耗模式。
USB连接器的外形结构图和管脚线序如下图所示：
　　MiniAB
USB连接器的信号定义如下表所示:
表格 3 MiniAB USB连接器信号定义
STM32神舟IV号开发板含有一个USB 2.0
OTG控制器接口特性如下：
● 由USB-IF认证，符合Universal
Serial Bus Specification， Revision2.0标准
完全支持在(OTG_FS控制器的物理层(PHY))USB On-The-Go
Supplement，Revision1.3规范中定义为可选项目OTG协议。
对插入的A－B类设备的辨认(ID线)
支持主机协商协议(HNP)和会话请求协议(SRP)
在OTG应用中，允许主机关闭VBUS以节省耗电
OTG控制器使用内部比较器监视VBUS电平
可以动态的切换主机/设备角色
可以通过软件配置，完成以下设计：
支持SRP协议的USB全速设备(B类设备)
支持SRP协议的USB全速/低速主机(A类设备)
OTG全速双重角色设备
支持全速通信的SOF信号和低速通信的保持有效信号
─ SOF的脉冲可以输出到引脚
SOF在内部连接到定时器2(TIM2)
─ 可配置的帧周期
─ 可配置的帧结束中断
提供省电功能：如在USB挂起时停止系统，关闭数字部分，PHY和DFIFO电源管理部分的内部时钟系统。
提供1.25K字节的专用RAM和高级的FIFO管理
通过软件为不同的FIFO配置不同的RAM区域，以便灵活有效的使用RAM
每个FIFO可以存储多个数据包
─ 允许动态的分配存储区
不限定FIFO的长度一定是2的幂次，以便可以连续的使用存储区
不需要系统的介入就可以保证一个帧(1ms)的最大数据流量。
STM32神舟IV号开发板的USB 2.0
OTG接口的原理图如下图所示，支持从USB接口取电或通过PB8控制对USB设备供电。
图表 17 USB OTG电路接口原理图
2.2.5 触摸TFT彩屏接口&
STM32神舟IV号开发板载有目前比较通用的液晶显示模块接口，支持触摸，其原理图如下：&
图表 18 触摸TFT彩屏接口原理图
STM32神舟IV号开发板通过GPIO总线对屏进行进行访问操作，实现图形界面的显示。神舟系列的2.8/3.2/4.3/7寸LCD触摸屏支持触摸功能，LCD模块上有触摸芯片，将电阻式触摸屏的模拟信号转化为数字信号，处理器通过SPI接口读取芯片转换后的数字，支持查询方式和中断方式。
此外，2.8/3.2/4.3/7寸LCD触摸屏模块上还集成了SPI
FLASH和SPI接口的SD卡座（STM32神舟IV号板载了一个SPI FLASH和SD卡座）。
音频解码电路&
STM32神舟IV号开发板上使用了PCM1770这款具有耳机放大器的24位低功耗立体声音频DAC芯片提供音频播放功能。处理器通过I2S接口（处理器的I2S2）传送音频信号到PCM1770，由它进行解码输出到J3音频座。而PCM1770的配置接口与处理器的SPI3连接，处理器通过SPI接口访问PCM1770的寄存器，实现配置和控制功能。
图表 19 音频解码电路原理图
D/A芯片PCM1770通过I2S2接口与STM32F107VCT6处理器连接。音频信号通过I2S2接口传到D/A芯片，转换成音频信号播出。相关管脚定义如下：
STM32F107VCT6处理器通过SPI3接口访问DA芯片PCM1770，对它内部数据进行读取和配置。相关管脚定义如下：
STM32神舟IV号开发板载有标准的SD卡接口，有了这个接口，我们就可以外扩大容量存储设备，可以用来记录数据。其原理图如下：&
图表 20 SD卡接口原理图
SD卡我们使用的是SPI模式通信，SD卡的SPI接口连接到STM32的SPI1上，SD_CS接在PD11上，STM32神舟IV号开发板上的SPI1由SD卡和W25X16共用，他们通过不同的CS片选信号来分时复用。
&315M无线模块接口
STM32神舟IV号开发板板载了2款无线模块的接口，分别是315M无线模块和2.4G无线模块NRF24L01+。其中315M无线模块，可以接受遥控器的信号，当遥控的一个按键按下时，对应的无线模块的D0~3管脚变为有效。需要指出的是，无线模块当输出为高电平有效。而神舟IV号通过三极管将315M无线模块与板上的按键进行了资源复用。
当无线模块的VT脚有效（低电平）时，表示无线模块接收到遥控的按键信号；当VT管脚无效（高电平）时，表示无线模块没有接收到遥控的按键信号，与无线模块连接的几个管脚的电平变化是按键引起的。
图表 21 315M无线接口原理图
&2.4G无线模块接口
STM32神舟IV号开发板板载的另一个无线模块为2.4G数传模块NRF24L01+(或
NRF24L01)模块，NRF24L01+模块的最大通信速率为2Mbps。NRF24L01+无线模块通过SPI3与STM32F107VCT6相连，其接口原理图如下所示。
图表 22 2.4G无线接口原理图
每块STM32神舟IV号只能使用1个2.4G无线模块，如果要实现相互通信，必须要2块开发板进行配合才行。&
2.2.10 两组CAN总线接口
STM32神舟IV号开发板板载了2组CAN总线接口，所以可以在外部将CAN1和CAN2连接起来完成CAN总线实验。STM32F107VCT6这款处理器集成了CAN总线接口，在开发板上我们使用了TI公司的3.3V电压的CAN总线收发器来实现CAN物理层，如下图所示。CAN总线收发器型号为VP230。因为有2个CAN接口，所以一个开发板就可以实现CAN通信一收一发的实验。
图表 23 CAN总线接口原理图
&RS232C串口
STM32神舟IV号开发板载了2个串口，串口1和串口2，位置分别如下图所示。
串口1可通过跳线选择支持RS-232接口或USB
OTG接口，跳线定义如下：
其中串口2可通过跳线选择支持RS-232接口或RS-485接口，跳线定义如下：
串口1和串口2的原理图如下图所示：
& 图表 24 RS232C串口原理图
2.2.12 485总线接口
STM32神舟IV号开发板载有RS485物理芯片，它与处理器的UART2连接，与串口2复用，可通过跳线选择支持RS-232接口或RS-485接口，跳线定义如下：
RS485的原理图如下图所示：
图表 25 RS485原理图
&STM32神舟IV号默认是安装了RS-485接口的120欧终端匹配电阻。对应上图的R43，请依据实际应用选择是否安装此匹配电阻。
2.2.13 SPI
STM32神舟IV号开发板载有SPI-FLASH芯片W25X16，该芯片的容量为2M字节(16MBit)，与AT45DB161属于同一级别，其原理图如下：&
图表 26 SPI FLASH电路原理图
W25X16也是共用了SPI1，注意由于神舟IV号上有W25X16和SD卡公用了SPI1，通过不同的CS进行区分，请勿同时使用使这两个接口的CS有效，引起芯片读写访问失败。&&&
&2.2.14 &I2C
STM32神舟IV号自带了24C02的EEPROM芯片，该芯片的容量为2Kbit，也就是256个字节，对于我们普通应用来说是足够了的。你也可以选择换大的芯片，因为在原理上是兼容24C02~24C512全系列的EEPROM芯片的。其原理图如下：&
图表 27 EEPROM原理图
这里我们把A0~A2均接地，对24C02来说也就是把地址位设置成0了，写程序的时候要注意这点。
蜂鸣器电路
神舟IV号开发板载有蜂鸣器，与315M的无线模块VT脚复用，当315M的无线遥控的任意按键按下时蜂鸣器鸣响；器鸣器连接到了处理器的PA3管脚，也可以由处理器控制其鸣响，当处理器的PA3管脚输出低电平时蜂鸣器开始鸣响，反之处理器的PA3管脚输出高电平或OD开漏时蜂鸣器停止鸣响，其原理图如下：&
图表 28 蜂鸣器电路
STM32神舟IV号开发板使用RC加按键来实现手动复位和上电复位。STM32芯片内部已经集成有上电复位和电压检测复位电路，所以外部的复位主要是实现手动复位功能，其原理图如下。
2.2.17 LED指示灯
STM32神舟IV号开发板上总共有5个LED指示灯，其中1个是电源指示灯，其它4个是用户LED指示灯。用户LED指示灯由GPIO管脚控制LED灯的亮灭，当GPIO管脚输出低电平时，LED指示灯亮。反之，当GPIO管脚输出高电平时，LED指示灯灭。
这四个LED指示灯分别由PD2、PD3、PD4和PD7控制。
LED指示灯电路
STM32神舟IV号STM32开发板总共有4个功能按键，分别是WAKEUP按键和TAMPER按键及两个用于自定义功能按键，在不使用第二功能的情况下，这四个按键都可以作为通用的按键，由用户自定义其功能。这四个按键分别与PC4、PB10、PC13和PA0四个GPIO管脚连接，当按键按下时，对应的GPIO管脚为低电平，反之，当没有按键按下时，对应的GPIO管脚为高电平。其中PA0
(STM32的WKUP引脚)可以作为WK_UP功能，它除了可以用作普通输入按键外，还可以用作STM32的唤醒输入。PC13可以实现备份区寄存器的入侵功能。
图表 30 按键输入电路
RTC实时时钟电路
STM32神舟IV号开发的STM32处理器内部带有RTC实时时钟，使用我们的代码可以实现年月日时分秒及星期等计算与输出功能。
内部的RTC实时时钟在系统正常运行时使用系统的3.3V电源，而在系统断电时则电池供电保证时间信息持续不丢失。其供电VBAT采用CR1220纽扣电池，相关电路如下：
电位器AD电路
STM32神舟IV号开发板载有电位器可以实现AD模数转换实现。其原理图如下：&
图表 31 电位器AD电路
AD、DA转换和PWM接口
STM32神舟IV号开发板将处理器的两组AD和DA管脚连接到了接线端子上方便用户使用。其原理图如下：&
&2.2.22 &电源电路
STM32神舟IV号STM32开发板支持的供电方式主要有三种，分别是：
USB接口供电，最大500mA
外部直流DC5V供电
JLINK V8供电，包括5V或3.3V
如上图所示，当CON1电源开关拨到右侧位置时，神舟IV号开发板由外部DC5V接口供电。当CON1电源开关拨到左侧位置时，神舟IV号开发板由USB接口的VBUS供电。板上的电源转换芯片将输入的5V电源转换成3.3V的电源，作为处理器和相关外围电路的工作电源。下图为神舟IV号开发板的5V电源转换成3.3V的电路。
STM32神舟IV号开发板将除晶振占用的IO管脚外的所有GPIO的使用标准双排插针引出，方便大家的实验和测试，调试其他模块或功能扩展。&&
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