Buck 變換器論文

1、 Buck變換器畢業(yè)論文 基于ARM的Buck變換器制作 電子技術(shù)近年來發(fā)展迅猛，直流開關(guān)電源廣泛應(yīng)用于個人計算機、電信通信、 系統(tǒng)、航空航天和生物醫(yī)療等領(lǐng)域，對開關(guān)電源的性能、功率密度、工作效率和可靠性的電子系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，小型化成為必然的要求。本文對Buck 變換器的整體電路和硬件電路進行了討論。首先，對Buck 變換器的背景，發(fā)展?fàn)顩r進行闡述。其次，對Buck 變換器的硬件設(shè)計進行了介紹，STM32 處理器的簡介和內(nèi)部主要結(jié)構(gòu)介紹，還有對變換器中的主要電路進行介紹，功率及驅(qū)動電路、電源電路、保護電路、軟開關(guān)電路及控制、電流傳感器的電路原理。再次，對整體電路進行一些簡單的描述。最后，

2、在附錄中，本文還將給出一些必要的系統(tǒng)設(shè)計資料，供參考之用。關(guān)鍵詞：Buck 變換器，STM32 處理器，硬件電路，整體電路Based on the arm of the changes made a buckAbstractElectronic technology development in recent years, the dc power supply has the wide application in personal computers and telecom communications, the electrical system, air space and biolo

3、gical and medical fields, switching power supplies of power, performance,efficiency and reliability have made a higher demands. Buck change in the battery power of computer, and many consumer products have the power supply of electronic systems are widely used, advocate small-size become inevitable.

4、 To buck this transformation of theelectrical circuits and hardware circuit discussed.First, buck to change the background and development in the paper. Secondly, the buck from the hardware design, stm32 processors, and internal structure, and to introduce major changes in the main circuits to intro

5、duce, power and driven circuit, power supply circuits, the protection circuit and the electrical and control, the principle of the circuit. Current sensors.Thirdly, the circuit to make some brief description. Finally, in the annex, this will also give some necessary system design, data for reference

6、 only.Key words: Buck changes, hardware circuit stm32 processor, the circuitBuck 變換器畢業(yè)論文目 錄第1章 緒論.1 1.1 課題背景介紹.1 1.2 課題研究狀況.1 1.3 課題研究方法.2第2章 STM32處理器.3 2.1 STM32 處理器介紹.32.2 高級控制定時器(TIM1).4 2.2.1 簡介.4 2.2.2 主要特性.4 2.3 通用定時器(TIMx).5 2.3.1 概述.5 2.3.2 主要特性.5 2.3.3 功能概述.62.4 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換(ADC).7 2.4.1 介紹.7 2.

7、4.2 主要特征.7 2.4.3 引腳描述. 8 2.4.4 功能描述.9第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計.11 3.1 Buck 電路的開關(guān)過程分析.11 3.2 功率及驅(qū)動電路設(shè)計.12 3.2.1 IR2110 簡介.12 3.2.2 IR2110 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特點.12 3.3 電源電路及保護電路設(shè)計.13 3.3.1 電源電路設(shè)計.14 3.3.2 保護電路設(shè)計.143.4 軟開關(guān)電路及控制電路設(shè)計.183.5 電流傳感器的電路設(shè)計.21 3.5.1 電流傳感器的介紹.21 3.5.2 工作原理.21 3.5.3 模擬霍爾傳感器SS495 介紹.22結(jié)論.25致謝.26參考文 第1章 緒論1.1

8、課題背景介紹 開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，特別是近幾年便攜式電子產(chǎn)品的飛速發(fā)展,使高效率、高可靠性、高精度、高功率密度成為開關(guān)電源的發(fā)展方向，對集成電路設(shè)計提出了挑戰(zhàn)。當(dāng)前,電力電子作為節(jié)能、節(jié)才、自動化、智能化、機電一體化的基礎(chǔ),正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠的將來,電力電子技術(shù)將使電源技術(shù)更加成熟、經(jīng)濟、實用,實現(xiàn)高效率和高品質(zhì)用電相結(jié)合。 現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時代、逆

9、變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET 和IGBT 為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。計算機技術(shù)的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環(huán)境無害的個人電腦和相關(guān)產(chǎn)品，綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源,根據(jù)美國環(huán)境保護署l992 年6 月17 日“能源之星計劃規(guī)定,桌上型個人電腦或相關(guān)的外圍設(shè)備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30 瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200 瓦開關(guān)電源而言,

10、電源自身要消耗50 瓦的能源。1.2 課題研究狀況 近30 年來，開關(guān)型功率調(diào)節(jié)器已經(jīng)發(fā)展成輕型、高效的直流電源。在各類Buck 變換器中。PWM 型DCDC 變換器結(jié)構(gòu)種類多，發(fā)展快，術(shù)領(lǐng)先，于實現(xiàn)，成為最大的一類。目前，無論在電力電子，還是在控制領(lǐng)域中，IMDCDC 變換器都是研究的熱點。PWM 型變換器中。率器件工作在開關(guān)狀態(tài),著開關(guān)頻率的提高,常用的理想元件級模型進行仿真,需要的仿真時間會增加，至在諸如諧振變換器等場合會導(dǎo)致仿真不收斂。由于種種限制,在DCDC 變換器的控制方面只是最近幾年才有了較為集中的研究,且由于DCDC 變換器的精確模型較難建立,傳統(tǒng)的控制方法較難得到好的控制特性

11、。隨著微電子技術(shù)，現(xiàn)代控制理論以及E DA 技術(shù)等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，越多的先進控制方法被用來控制DCDC 變換器,大的改善了其性能。對這些先進控制方法的仿真具有重要的現(xiàn)實意義。1.3 課題研究方法 本文主要研究Buck變換器的硬件電路部分，硬件電路主要是由STM32處理器和一些電路組成，這些電路包括：功率及驅(qū)動電路，電源電路及保護電路，軟開關(guān)電路及控制,電流傳感器。然后對Buck的整體電路在進行研究和討論。1.4 整體框圖 第2章 Buck電路的相關(guān)原理分析2.1 ARM工作原理 外部信號輸入到ARM里，ARM進行內(nèi)部的信號處理后產(chǎn)生一個PWM波，然后PWM波輸入到外部驅(qū)動上，完成相應(yīng)的工作。2

12、.2 Buck電路原理硬件電路設(shè)計包括DC-DC變換電路、控制電路、輸出電壓電流采樣電路、數(shù)字顯示電路如圖1.2.1所示。輸入電壓為直流電壓24V，通過DC-DC模塊（BUCK斬波電路）將電源電壓轉(zhuǎn)換成0-20V可調(diào)的輸出直流電壓，控制電路采用TL494芯片的穩(wěn)壓電路如圖1.2.2所示。圖中與決定開關(guān)電源的開關(guān)頻率，輸入電壓可以在15-40V范圍內(nèi)變化 2.3Buck電路的參數(shù)設(shè)計 圖2.1.2 Buck電路工作時的等效電路從圖2.1.2的電路等效模型可以看出，電感L和電容C組成低通濾波器，串聯(lián)一個電感，使輸出電流波形較為平滑，能夠得到較好的濾波效果而直流損失小。在整流電路中并聯(lián)一個電容，在輸

13、入電壓升高時，給電容器充電，可把部分能量儲存在電容器中。而輸入電壓降低時，電容兩端電壓以指數(shù)規(guī)律放電，就可以把儲存的能量釋放出來。經(jīng)過濾波電路向負(fù)載放電，負(fù)載上得到的輸出電壓就比較平滑，起到了平波作用。在整流電路中并聯(lián)一個電阻，將殘余的紋波電壓降落在電阻兩端，可以明顯改善濾波效果。此濾波器設(shè)計的原則是使的直流分量可以通過，而抑制的諧波分量通過；電容上輸出電壓就是的直流分量在附加微小紋波。電容上的紋波實際由電容的充放電引起，當(dāng)電路穩(wěn)態(tài)工作時，由于開關(guān)工作頻率很高，電容充、放電的時間都非常短，電容上電荷變化量一般很小，由此引起的紋波必然很小，通常相對于電容上輸出的紋波電壓峰峰值為 （2-3）又因為

14、本設(shè)計要求中紋波電壓峰峰值為0.2V由式2-3得 (2-4)其中設(shè)計為50%按照原則來講，紋波電壓越小，電源供電方范圍越大，但同時電容也越大，同樣對系統(tǒng)有影響。當(dāng)VT截止關(guān)斷時由于電感L續(xù)流，導(dǎo)致VD導(dǎo)通，電路拓?fù)涞刃D如圖2.1.3所示。 (a)晶閘管關(guān)斷時 （b）晶閘管導(dǎo)通時 圖（2.1.3）相關(guān)參數(shù)為Ud=030V， Uo=Ui， 假定=ton/T=40%我們可以把Buck電路等效于圖2.1.4，其中開關(guān)S等效于VT、VD的協(xié)同動作效果。在圖2.1.4中，當(dāng)開關(guān)S置于“1”位時，電感器電流的增加，電感器進行儲能;當(dāng)開關(guān)S置于“2”位置時，電感電流減小電感能量進行釋放。假定一個開關(guān)周期的電

15、流增加大于電流減小量，在一個開關(guān)周期T上的電感器的磁通增量，這個增量將產(chǎn)生一個平均的EMF。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，這種潛在的存在將減少在電感器電流上升速度的下一個周期，并同時減緩的電感器電流的下降速度，也就是說，下一個周期的電感電流凈量內(nèi)將被減少。電路繼續(xù)正常操作，則此操作最終導(dǎo)致了持續(xù)的周期電感電流平均增量是零，電路達到穩(wěn)定狀態(tài);磁通電感增量在一個開關(guān)周期小于零的狀態(tài)也是相同的。圖2.1.2中給定輸入電壓,則輸出電壓，其中，則輸入輸出電壓關(guān)系如圖2.1.5所示。電感上電壓關(guān)系如圖2.1.6所示，電感上電壓為 (2-5)由分析可以得到相應(yīng)的電流連續(xù)時工作波形如圖（2.1.4）所示如下： 電流連續(xù)工

16、作波形（2.1.4） 原則上講，電流越小，電源的供電范圍越大，供電效果越好，但這樣電感就會越大，會對電路的總體性能有影響。本設(shè)計中斷續(xù)電流1A，則電感電流峰峰值為2A，在開關(guān)管開通時間內(nèi)，按照正向計算由式2-5得 （2-6）其中式中,或按照負(fù)向計算得 （2-7）其中式中, 根據(jù)該電路的狀態(tài)，一個開關(guān)周期電感電流平均增量（或磁通平均增量穩(wěn)態(tài)運行是零的現(xiàn)象稱為電感伏秒平衡，有一個一般的功率，前提是在電路穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)下進行操作。 開關(guān)管、二極管的選擇：開關(guān)管VT采用大功率晶體管 TIP32A，續(xù)流二極管常采用快恢復(fù)二極管或肖特基二極管，他本身存在有優(yōu)勢耐壓高、正向電流、開關(guān)特性好大等優(yōu)點。2.2Bu

17、ck變換器的開環(huán)仿真（物理模型）以Buck變換器原理電路圖為基礎(chǔ)，應(yīng)用MATLAB繪制出其仿真電路圖，如2.2.1所示。 開環(huán)Buck電路仿真圖（2.2.1）設(shè)計目標(biāo)參數(shù)：輸入電壓： Ui=24V 輸出電壓：U0=12V 開關(guān)頻率：f=20kHz 穩(wěn)定度 ：1% 紋波電壓：U=0.2V 20kHz的開關(guān)頻率控制晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷，當(dāng)晶閘管導(dǎo)通時，電源給電路提供電壓，而當(dāng)晶閘管關(guān)斷時，二極管起到續(xù)流的作用，陰極和陽極相反，和電容以及電感構(gòu)成續(xù)流回路，對電路進行工作。 Scope4的相應(yīng)波形（2.2.2） 2.2.2所示圖形為電源相應(yīng)的波形030V。 Scope3的相應(yīng)波形（2.2.3）2.2.3

18、中所示為電感上的電壓和紋波電流，其中=40%。 op 輸出電壓波形圖（2.2.5） 圖（2.2.5）中的波形為輸入030V電壓經(jīng)過降壓電路輸出的012V的電壓，其中=40%。2.3Buck變換器的開環(huán)仿真（動態(tài)模型） 圖（2.2.6） 動態(tài)模型說明：輸入電壓為030V，因為=40%，所以為12V，30為輸入電壓，和是晶閘管觸發(fā)電路和整流電路可以被看作是純滯后環(huán)節(jié)，中的11.25和L,C有關(guān)，2.99和L,R有關(guān)，改變R的大小，可以看到不同的波形。 圖（2.2.7）Scope1的圖形 圖（2.2.7）是L=0.0018 C=62.5 R=1時的開環(huán)變換器物理模型的波形， 圖（2.2.8）圖（2.

19、2.8）是L=0.0018 C=62.5 R=6時的開環(huán)變換器動態(tài)模型的波形。開環(huán)傳遞函數(shù)： 利用狀態(tài)平均法構(gòu)建開環(huán)Buck變換器的傳遞函數(shù)。BUCK 變換器有兩種工作狀態(tài):開關(guān)管導(dǎo)通模式(圖2.1.8所示)和開關(guān)管關(guān)斷模式( 圖2.1.9所示)。為簡單起假定開關(guān)是理想的, 同時認(rèn)為狀態(tài)轉(zhuǎn)換是瞬間完成的, 且工作于電流連續(xù)的狀態(tài)。 圖（2.2.9）Buck變換器原理圖 圖（2.2.10） 從圖（2.2.9）Buck變換器原理圖可以得到如下（2-8）公式： (2-8) = 可得開環(huán)Buck變換器的傳遞函數(shù)為： = (2-9)其中， (2-10) 為了驗證此平均模型的可靠性, 可以讓它工作于一定占

20、空比下, 可將其響應(yīng)曲線與理想器件級模型(開關(guān)模型) 在相同占空比下的響應(yīng)曲線進行比較。2.4.Buck變換器的閉環(huán)仿真（物理模型） Buck變換器閉環(huán)仿真的物理模型（2.4.1）首先需要設(shè)計出PI控制框圖，如圖(2.4.11), 其中，給定值為期望的輸出電壓，本設(shè)計取開環(huán)Buck電路的設(shè)計輸出電壓24V,原件參數(shù)繼續(xù)使用之前的開環(huán)Buck電路的參數(shù)值，但是PI控制器的參數(shù)需要進行后續(xù)計算，通過Buck電路原理圖以及PI控制控制框圖，確定仿真電路圖.在系統(tǒng)中加上PI控制器可以減小系統(tǒng)的幅頻特性，相當(dāng)于整條幅頻特性曲線下移，從而達到減小穿越頻率的目的。它用積分代替了滯后網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)分母的慣性環(huán)節(jié)

21、，所以可以提高系統(tǒng)的誤差型別。又因為它有又半平面的開環(huán)零點，可以緩和PI零極點對系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生響。具體方法如下。PI控制器的傳遞函數(shù)如為： (3-1)由系統(tǒng)穩(wěn)定準(zhǔn)則知系統(tǒng)穩(wěn)定時的穿越頻率取值范圍為（40005000）Hz取開關(guān)頻率為4.5kHz，根據(jù)系統(tǒng)的開環(huán)Bode圖，其對應(yīng)的賦值為6.3dB。取=100，所以對應(yīng)的PI參數(shù)P=0.63，I=100.在實際的調(diào)整過程中有對參數(shù)進行了微調(diào)，最終P=0.49，I=100.最終得到閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)如下: Scope3的波形（2.4.2）2.4.2的第一個波形中有一個滯環(huán)比較器，用來調(diào)節(jié)有波動的系統(tǒng)時的緩沖，當(dāng)信號小于一定值時，才會輸出0.為了使信

22、號調(diào)節(jié)有一個足夠的范圍寬度，不至于每個周期都調(diào)節(jié)。第三個波形就是輸出的連續(xù)的序列。L/R=0.00015Bode圖 （2.4.3） 2.4.3所示的Bode圖是當(dāng)R=1.2時，經(jīng)計算=1.2，此時的諧振很小，近似于0，經(jīng)與震蕩環(huán)節(jié)的對數(shù)頻率曲線對比，結(jié)論相互符合。L/R=0.00005時域圖（2.4.8）L/R=0.00006Bode圖（2.4.9）L/R=0.00006時域圖（2.4.10）L/R=0.00007Bode圖（2.4.11）L/R=0.00007時域圖（2.4.12）L/R=0.00008Bode圖（2.4.13）L/R=0.00008時域圖（2.4.14） 從以上的圖形可以看

23、出在一定范圍內(nèi)L/R越大即（阻尼比）越大，諧振波越小，最后趨于0，同時，超調(diào)量越小，上升時間越長。2.5 Buck變換器的閉環(huán)仿真（動態(tài)模型）Buck變換器的閉環(huán)動態(tài)模型（2.5.1） 圖2.5.1中是一個PI調(diào)節(jié)器根據(jù)反饋對電路進行穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié),根據(jù)開環(huán)系統(tǒng)的Bode圖并結(jié)合PI控制器的特點可知在系統(tǒng)中加上PI控制器可以減小系統(tǒng)的幅頻特性，相當(dāng)于整條幅頻特性曲線下移，從而達到減小穿越頻率的目的。它用積分代替了滯后網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)分母的慣性環(huán)節(jié)，所以可以提高系統(tǒng)的誤差型別。又因為它有又半平面的開環(huán)零點，可以緩和PI零極點對系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生的不利影響除了改善系統(tǒng)的動態(tài)性能外，PI控制器還可以改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)

24、性能，所以PI控制器的效果優(yōu)于滯后校正網(wǎng)絡(luò)。與之后校正網(wǎng)絡(luò)相同的是由于其復(fù)制的高頻衰減作用，他也是系統(tǒng)的響應(yīng)速度下降，這也是PI控制器的主要缺點。和是晶閘管觸發(fā)電路與整流裝置經(jīng)泰勒級數(shù)展開的傳遞函數(shù)，因為晶閘管觸發(fā)與整流裝置是一個純滯后環(huán)節(jié)，25是輸入的電壓（范圍在030V之間），中的由系統(tǒng)決定，和L,C有關(guān)，0.0001和L,R有關(guān)，因此0.0001是一個可調(diào)量，反映負(fù)載的變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。第3章 STM32處理器3.1 STM32 處理器介紹 微控制器全球領(lǐng)導(dǎo)廠商意法半導(dǎo)體宣布最新的STM32 互聯(lián)系(Connectivity Line)微控制器已全面投產(chǎn)，基于ARM Cortex

25、TM - M3 處理器的這款新產(chǎn)品如預(yù)期準(zhǔn)時上市。S TM3 2 互聯(lián)系列讓設(shè)計人員可以在同時需要以太網(wǎng)、US B、CAN 和音頻級1 2 S接口的產(chǎn)品設(shè)計中發(fā)揮工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的32 位微處理器的優(yōu)異性能。目前互聯(lián)系列下設(shè)兩個產(chǎn)品系列：STM32F105和STM32F107。STM32F105 系列集成一個全速USB2.0HostDeviceOTG接口和兩個具有先進過濾功能的CAN2.0 控制器；STM32F107 系列則在STM32F1O5 系列基礎(chǔ)增加一個10 100 以太網(wǎng)媒體訪問控制器( MAC)，以完整的硬件支持IEEE1588 精確時間協(xié)議，使設(shè)計人員能夠為實時應(yīng)用開發(fā)以太網(wǎng)連接功能。內(nèi)

26、置專用緩存讓USBATB、兩CAN 控制器和以太網(wǎng)接口同時工作，以滿足通信網(wǎng)關(guān)應(yīng)用的需求，以及各種需要靈活的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)連接功能的挑戰(zhàn)性需求。兩個系列產(chǎn)品都支持音頻級I2S通信，配合USBhost；F口SPI 功能讓微控制器可以讀取USB 大容量外存、MP3 播放器或SD 記憶卡等外存中的音頻文件，并通過12 接口進行音頻解碼和輸出。這些功能是家庭音響設(shè)備的必備功能，如音響底座系統(tǒng)、鬧鐘音樂播放器和家庭影院。ARMCortex-M3 出色的處理性能讓開發(fā)人員可以用軟件實現(xiàn)重要的功能(如語音編解碼)和人機接口功能(如顯示數(shù)據(jù)處理、播放和停止按鈕)，從而節(jié)省外部元器件?！拔覀冊谑褂肁RM Cortex

27、-M3 內(nèi)核方面積累了大量的技術(shù)知識，可以迅速地推出新產(chǎn)品，在一個工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核上實現(xiàn)高能效運行、優(yōu)異的實時性能和創(chuàng)新的共享外設(shè)，”意法半導(dǎo)體微控制器產(chǎn)品部總經(jīng)理Jim Nicholas 表示，“目前量產(chǎn)中的四個STM32系列產(chǎn)品，以及一個正在開發(fā)的超低功耗STM32L微控制器平臺,還有更多規(guī)劃中的創(chuàng)新產(chǎn)品，我們可靠的產(chǎn)品開發(fā)藍圖使我們的客戶能夠鎖定現(xiàn)有市場并掌握新興市場機會。” STM32 互聯(lián)系列由72 MHz 微控制器組成，能夠滿足網(wǎng)絡(luò)連接、數(shù)據(jù)記錄、USB連接和外設(shè)擴展或現(xiàn)場升級等需求，可用于以工業(yè)、醫(yī)療、家電、消費電子和物業(yè)服務(wù)為目標(biāo)用的產(chǎn)品，如電力線通信(PLC)、電機控制、病人監(jiān)控

28、、家庭音響、保安系統(tǒng)、電表控制面板。 目前STM32 系列共有70 款產(chǎn)品在產(chǎn)，36MHz 到72MHz 的產(chǎn)品在軟件和引腳上相互兼容，提供多種共用外設(shè)選擇，以滿足多元化的應(yīng)用需求，共計八種封裝選擇，片上閃存密度從16KB到512KB。內(nèi)置64KB、128KB 或256KB 閃存的STM32F105 和內(nèi)置128K 或256KB 閃存的STM32F107 立即上市，這兩個系列產(chǎn)品采用LQFP64 或LQFP100 封裝。3. 2 STM32F GPIO 3.2.1 簡介通用的GPIO引腳通常分組為PA,PB,PC,PD和PE等。每組中各端口根據(jù)GPIO寄存器中每位對應(yīng)的位置又分別編號為015。

29、每個I/O端口都有特定的硬件特征，GPIO端口的每個位可以由軟件分別配置成：輸入浮空、輸入上拉、輸入下拉、模擬輸入、開漏輸出、推挽式輸出、推挽式復(fù)用功能和開漏復(fù)用功能等多種模式。類別模式簡介通用輸出推挽上拉輸出開漏如果需要上拉，則必須外接復(fù)用輸出推挽片上外設(shè)控制輸出開漏片上外設(shè)控制輸出，如果需要外設(shè)，必須外接輸入模擬輸入再模擬模式下 ，數(shù)字輸入總為1浮空輸入內(nèi)部沒有上拉或下拉的數(shù)字輸入下拉輸入帶內(nèi)部下拉的數(shù)字輸入上拉輸入帶內(nèi)部上拉的數(shù)字輸入 GPIO輸入/輸出模式（3-1）3.3 高級控制定時器(TIM1)3.3.1 簡介 高級控制定時器(TIM1)由一個16 位的自動裝載計數(shù)器組成，它由一個

30、可編程預(yù)分頻器驅(qū)動。它適合多種用途，包含測量輸入信號的脈沖寬度(輸入捕獲)，或者產(chǎn)生輸出波形(輸出比較，PWM，嵌入死區(qū)時間的互補PWM輸出，單脈沖輸出等)。 使用定時器預(yù)分頻器和RCC 時鐘控制預(yù)分頻器，可以實現(xiàn)脈沖寬度和波形周期從幾個微秒到幾個毫秒的調(diào)節(jié)。高級控制(TIM1)和通用(TIMx)定時器是完全獨立的，它們不共享任何資源。3.3.2 主要特性 高級TIM1定時器的功能包括： （1）16 位向上，向下，向上/向下自動裝載計數(shù)器。 （2）16 位可編程（可以實時修改）預(yù)分頻器，計數(shù)器時鐘頻率的分頻系數(shù)為165535 之間的任意數(shù)值。 （3）4 個獨立通道： 輸入捕獲； 輸出比較； 單

31、脈沖模式輸出； 死區(qū)時間可編程的互補輸出； PWM 生成(邊緣或中間對齊模式)； （4）在指定數(shù)目的計數(shù)器周期之后更新定時器寄存器； 剎車輸入信號可以將定時器輸出信號置于復(fù)位狀態(tài)或者一個已知狀態(tài)。 如下事件發(fā)生時產(chǎn)生中斷/DMA 更新：計數(shù)器向上溢出/向下溢出， 計數(shù)器初始化(通過軟件或者內(nèi)部/外部觸發(fā))； 觸發(fā)事件(計數(shù)器啟動，停止，初始化或者由內(nèi)部/外部觸發(fā)計數(shù))； 輸入捕獲； 輸出比較； 剎車信號輸入；3.4 通用定時器(TIMx)3.4.1 概述 通用定時器是一個通過可編程預(yù)分頻器驅(qū)動的16 位自動裝載計數(shù)器構(gòu)成。它適用于多種場合，包括測量輸入信號的脈沖長度(輸入采集)或者產(chǎn)生輸出波形

32、(輸出比較和PWM)。使用定時器預(yù)分頻器和RCC 時鐘控制器預(yù)分頻器，脈沖長度和波形周期可以在幾個微秒到幾個毫秒間調(diào)整。定時器是完全獨立的，而且沒有互相共享任何資源。它們可以一起同步操作。3.4.2 主要特性通用TIMX定時器的功能包括：（1）16 位向上，向下，向上/向下自動裝載計數(shù)器。（2）16 位可編程（可以實時修改）預(yù)分頻器，計數(shù)器時鐘頻率的分頻系數(shù)為165535 之間的任意數(shù)值。（3）4 個獨立通道： 輸入捕獲； 輸出比較； 單脈沖模式輸出； PWM 生成(邊緣或中間對齊模式)； 使用外部信號控制定時器和定時器互聯(lián)的同步電路。 如下事件發(fā)生時產(chǎn)生中斷/DMA； 更新：計數(shù)器向上溢出/

33、向下溢出， 計數(shù)器初始化(通過軟件或者內(nèi)部/外部觸發(fā))； 觸發(fā)事件(計數(shù)器啟動，停止，初始化或者由內(nèi)部/外部觸發(fā)計數(shù))； 輸入捕獲 輸出比較；3.4.3 功能描述 輸入捕獲模式 在輸入捕獲模式下，當(dāng)檢測到ICx 信號上相應(yīng)的邊沿后，捕獲/比較寄存器(TIMx_CCRx)被用來鎖存計數(shù)器的值。當(dāng)一個捕獲事件發(fā)生時，相應(yīng)的CCXIF 標(biāo)志(TIMx_SR 寄存器)被置1，如果開放了中斷或者DMA 操作，則將產(chǎn)生中斷或者DMA操作。如果一個捕獲事件發(fā)生時CCxIF 標(biāo)志已經(jīng)為高， 那么重復(fù)捕獲標(biāo)志CCxOF(TIMx_SR 寄存器)被置1。寫CCxIF=0 可清除CCxIF，或讀取存儲在TIMx_C

34、CRx寄存器中的捕獲數(shù)據(jù)也可清除CCxIF。寫CCxOF=0 可清除CCxOF。 以下例子說明如何在TI1 輸入的上升沿時捕獲計數(shù)器的值到TIMx_CCR1寄存器中，步驟如下：選擇有效輸入端：TIMx_CCR1 必須連接到TI1 輸入，所以寫入TIMx_CCR1 寄存器中的CC1S=01， 一旦CC1S 不為00 時， 通道被配置為輸入， 并且TM1_CCR1 寄存器變?yōu)橹蛔x。根據(jù)輸入信號的特點，配置輸入濾波器為所需的帶寬(輸入為TIx 時，TIMx_CCMRx 寄存器中的ICxF 位)。假設(shè)輸入信號在最多5 個時鐘周期的時間內(nèi)抖動，我們須配置濾波器的帶寬長于5 個時鐘周期。因此我們可以(以f

35、DTS 頻率)連續(xù)采樣8次，以確認(rèn)在TI1 上一次真實的邊沿變換，即在TIMx_CCMR1 寄存器中寫入IC1F=0011。選擇TI1 通道的有效轉(zhuǎn)換邊沿，在TIMx_CCER 寄存器中寫入CC1P=0(即上升沿)。配置輸入預(yù)分頻器。在本例中，我們希望捕獲發(fā)生在每一個有效的電平轉(zhuǎn)換時刻，因此預(yù)分頻器被禁止(寫TIMx_CCMR1 寄存器的IC1PS=00)。 設(shè)置TIMx_CCER 寄存器的CC1E=1，允許捕獲計數(shù)器的值到捕獲寄存器中。如果需要，通過設(shè)置TIMx_DIER 寄存器中的CC1IE 位允許相關(guān)中斷請求，通過設(shè)置TIMx_DIER 寄存器中的CC1DE 位允許DMA 請求。發(fā)生當(dāng)一

36、個輸入捕獲時：當(dāng)產(chǎn)生有效的電平轉(zhuǎn)換時，計數(shù)器的值被傳送到TIMx_CCR1 寄存器。CC1IF 標(biāo)志被設(shè)置(中斷標(biāo)志)。當(dāng)發(fā)生至少2 個連續(xù)的捕獲時，而CC1IF 未曾被清除，CC1OF 也被置1。如設(shè)置了CC1IE 位，則會產(chǎn)生一個中斷。如設(shè)置了CC1DE 位，則還會產(chǎn)生一個DMA請求。為了處理捕獲溢出，建議在讀出捕獲溢出標(biāo)志之前讀取數(shù)據(jù)，這是為了避免丟失在讀出捕獲溢出標(biāo)志之后和讀取數(shù)據(jù)之前可能產(chǎn)生的捕獲溢出信息。3.5 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換(ADC)3.5.1 介紹 12 位ADC 是一種逐次逼近型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。它有18 個通道，可測量16 個外部和2 個內(nèi)部信號源。各通道的A/轉(zhuǎn)換可以單次、

37、連續(xù)、掃描或間斷模式執(zhí)行。ADC 的結(jié)果可以左對齊或右對齊方式存儲在16 位數(shù)據(jù)寄存器中。模擬看門狗特性允許應(yīng)用程序檢測輸入電壓是否超出用戶定義的高/低閥值。3.5.2 基本參數(shù) ADC基本參數(shù)為12位分辨率；供電要求2.43.6V；輸入范圍03.6V(VREF- VIN VREF+)對于STM32F103xx增強型產(chǎn)品，ADC轉(zhuǎn)換時間跟時鐘頻率有關(guān)。3.5.3 基本功能 （1）轉(zhuǎn)換結(jié)束，注入轉(zhuǎn)換結(jié)束和發(fā)生模擬看門狗事件時產(chǎn)生中斷； （2）自校準(zhǔn)；在每次ADC開始轉(zhuǎn)換前進行一次自校準(zhǔn)； （3）規(guī)則通道轉(zhuǎn)換期間有DMA 請求產(chǎn)生； （4）帶內(nèi)嵌數(shù)據(jù)一致的數(shù)據(jù)對齊； （5）通道之間采樣間隔可編程；

38、 （6）規(guī)則轉(zhuǎn)換和注入轉(zhuǎn)換均有外部觸發(fā)選項； （7）可設(shè)置成單次,連續(xù)，掃描，間斷模式進行； （8）雙ADC模式，帶兩個ADC設(shè)備ADC1和ADC2，有8種轉(zhuǎn)換方式。 注意：如果有VREF-管腳(取決于封裝)，必須和VSSA 相連接。3.5.4 引腳描述名稱信號類型注解輸入，模擬參考正極ADC使用的高端/正極參考電壓，2.4V輸入，模擬電源等效于的模擬電源且2.4V(3.6V)輸入，模擬參考負(fù)極ADC使用的底端/負(fù)極參考電壓，=輸入，模擬電源地等效于Vss的模擬電源地ADCx_IN15:0模擬輸入信號16個模擬輸入通道3.5.5 功能描述1、ADC 開關(guān)控制 通過設(shè)置ADC_CR1 寄存器的A

39、DON 位可給ADC 上電。當(dāng)?shù)谝淮卧O(shè)置ADON 位時，它將ADC 從斷電狀態(tài)下喚醒。ADC 上電延遲一段時間后(tSTAB)，再次設(shè)置ADON位時開始進行轉(zhuǎn)換。通過清除ADON 位可以停止轉(zhuǎn)換，并ADC 置于斷電模式。在這個模式中，ADC 幾乎不耗電(僅幾個A)。2、ADC 時鐘 由時鐘控制器提供的ADCCLK時鐘和PCLK2(APB2 時鐘)同步。CLK控制器為ADC時鐘提供一個專用的可編程預(yù)分頻器。3、通道選擇 有16 個多路通道?？梢园艳D(zhuǎn)換分成兩組：規(guī)則的和注入的。在任意多個通道上以任意順序進行的一系列轉(zhuǎn)換構(gòu)成成組轉(zhuǎn)換。例如，可以如下順序完成轉(zhuǎn)換：通道3、通道8、通道2、通道2、通道0

40、、通道2、通道2、通道15。規(guī)則組由多達16 個轉(zhuǎn)換組成。規(guī)則通道和它們的轉(zhuǎn)換順序在ADC_SQRx 寄存器中選擇。規(guī)則組中轉(zhuǎn)換的總數(shù)寫入ADC_SQR1 寄存器的L3:0位中。注入組由多達4 個轉(zhuǎn)換組成。注入通道和它們的轉(zhuǎn)換順序在ADC_JSQR 寄存器中選擇。注入組里的轉(zhuǎn)換總數(shù)目寫入ADC_JSQR 寄存器的L1:0位中。如果ADC_SQRx 或ADC_JSQR 寄存器在轉(zhuǎn)換期間被更改，當(dāng)前的轉(zhuǎn)換被清除，一個新的啟動脈沖將發(fā)送到ADC 以轉(zhuǎn)換新選擇的組。溫度傳感器/ VREFINT 內(nèi)部通道溫度傳感器和通道ADC_IN16 相連接，內(nèi)部參考電壓VREFINT 和ADC_IN17相連接。可以

41、按注入或規(guī)則通道對這兩個內(nèi)部通道進行轉(zhuǎn)換。注意：傳感器和VREFINT只能出現(xiàn)在主ADC 中。4、單次轉(zhuǎn)換模式 單次轉(zhuǎn)換模式里，ADC 只執(zhí)行一次轉(zhuǎn)換。這個模式既可通過設(shè)置ADC_CR2 寄存器的ADON位(只適用于規(guī)則通道)啟動也可通過外部觸發(fā)啟動(適用于規(guī)則通道或注入通道)，這時CONT位為0。一旦選擇通道的轉(zhuǎn)換完成：如果一個規(guī)則通道被轉(zhuǎn)換： 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被儲存在16 位ADC_DR 寄存器中； EOC(轉(zhuǎn)換結(jié)束)標(biāo)志被設(shè)置； 如果設(shè)置了EOCIE，則產(chǎn)生中斷。 如果一個注入通道被轉(zhuǎn)換： 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被儲存在16 位的ADC_DRJ1 寄存器中； JEOC(注入轉(zhuǎn)換結(jié)束)標(biāo)志被設(shè)置； 如果設(shè)置了J

42、EOCIE 位，則產(chǎn)生中斷，然后ADC 停止。5、連續(xù)轉(zhuǎn)換模式 在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式中，當(dāng)前面ADC 轉(zhuǎn)換一結(jié)束馬上就啟動另一次轉(zhuǎn)換。此模式可通過外部觸發(fā)啟動或通過設(shè)置ADC_CR2 寄存器上的ADON 位啟動，此CONT 位是1。每個轉(zhuǎn)換后： 如果一個規(guī)則通道被轉(zhuǎn)換： 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被儲存在16 位的ADC_DR 寄存器中； EOC(轉(zhuǎn)換結(jié)束)標(biāo)志被設(shè)置； 如果設(shè)置了EOCIE，則產(chǎn)生中斷。 如果一個注入通道被轉(zhuǎn)換： 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被儲存在16 位的ADC_DRJ1 寄存器中； JEOC(注入轉(zhuǎn)換結(jié)束)標(biāo)志被設(shè)置； 如果設(shè)置了JEOCIE 位，則產(chǎn)生中斷。 3、時序圖 如圖2.4 所示，ADC 在開始精確轉(zhuǎn)換

43、前需要一個穩(wěn)定時間tSTAB。在開始ADC 轉(zhuǎn)換和14 個時鐘周期后，EOC 標(biāo)志被設(shè)置，16 位ADC 數(shù)據(jù)寄存器包含轉(zhuǎn)換的結(jié)果。. 3.6 STM32的DMA3.6.1 DMA簡介 存儲器直接訪問DMA,傳送方式如一種高速的數(shù)據(jù)傳輸操作，允許在外部設(shè)備和存儲器之間利用系統(tǒng)總線直接讀/寫數(shù)據(jù)，既不通過微處理器，也不需要微處理器干預(yù)。整個數(shù)據(jù)傳輸在一個稱為“DMA控制器”的控制下進行。微處理器除了在數(shù)據(jù)傳輸開始和結(jié)束時控制一下，在傳輸過程中微處理器可以進行其他的工作。DMA還有一個特點是“分散-收集”，它允許在一次單一的DMA處理中傳輸大量數(shù)據(jù)到存儲區(qū)域。3.6.2 DMA的基本功能（1）7個

44、獨立可配置的通道。（2）每個通道都可以硬件請求或軟件觸發(fā)，這些功能及傳輸?shù)拈L度、傳輸?shù)脑吹刂坊蚰康牡刂范伎梢酝ㄟ^軟件來配置。（3）在7個請求之間的優(yōu)先權(quán)可以通過軟件編程設(shè)置（共有4級：很高、高、中等和低），在優(yōu)先權(quán)相等時通過硬件決定誰優(yōu)先（請求0優(yōu)先于請求1，依次類推）。（4）每個通道有3事件標(biāo)志(DMA半傳輸、DMA傳輸完成和DMA傳輸出錯)，這三個事件標(biāo)志通過邏輯“或”形成一個單獨的中斷請求。（5）獨立的源和目標(biāo)數(shù)據(jù)區(qū)的傳輸寬度（8位字節(jié)、16位半字和32位全字），源地址和目標(biāo)地址按數(shù)據(jù)傳輸寬度對齊，支持循環(huán)的緩沖期管理。（6）可編程的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)量最大為65536.（7）STM32的DMA可在如下區(qū)域傳輸：外設(shè)到存儲器（I2C/UART等獲取數(shù)據(jù)并送入SARM）;SARM的兩個區(qū)域之間；存儲器到外設(shè)（如SARM中預(yù)先保存的數(shù)據(jù)送入DAC產(chǎn)生各種波形）；外設(shè)到外設(shè)（如ADC讀取數(shù)據(jù)后送到TIM1控制產(chǎn)生不同的PWM占空比）；允許將Flash、SRAM、APB1外設(shè)和A