1.2 基于ARM Cortex-M3的STM32单片机教学开发板

本书除了介绍基于ARM Cortex-M3的STM32F103xx微控制器单片机原理与应用开发外，还将引导你如何运用STM32F103xx微控制器开发板控制机器人运动与感知周边环境，并采用C语言对STM32F103xx进行编程，使机器人实现下述4个基本智能任务。

（1）安装传感器以探测周边环境；

（2）基于传感器信息做出决策；

（3）控制机器人运动（通过操作带动轮子旋转的电机）；

（4）与用户交换信息；

通过这些任务的完成，使大家在无限的乐趣之中，不知不觉地掌握基于ARM Cortex-M3的STM32F103xx微控制器（32位单片机）原理与应用开发技术，以及C语言程序设计技术，轻松走上基于ARM Cortex-M3的STM32微控制器（32位单片机）嵌入式系统开发与设计之路。本书所用教学开发板如图1.2所示。由于STM32F103xx系列微控制器具有全兼容性，因此可以选用STM32F103VB、STM32F103VC、STM32F103VD、STM32F103VE，以获得更多存储空间和片上资源。

图1.3所示的是本书使用的机器人工程对象，它采用ARM Cortex-M3处理器作为大脑，通过教学（开发）板安装在机器人底盘上。本书将以此机器人作为典型工程对象，引导大家学习STM32F103xx微控制器单片机原理与应用开发，并完成一个简单机器人所需具备的四种基本能力，使机器人具有基本的智能。

本章首先通过以下步骤告诉你如何安装和使用基于ARM Cortex-M3的STM32微控制器单片机的编程开发环境，并用C语言开发一个简单的程序。具体任务包括：

● 安装开发编程软件；

● 连接教学（开发）板到供电电源或者电池；

● 连接教学（开发）板ISP接口到计算机，以便编程；

● 连接教学（开发）板串行接口到计算机，以便调试和交互；

● 运用C语言编写程序，编译生成可执行文件，然后下载到单片机上，观察执行结果；

● 完成后断开电源。

任务一 获得软件

在本课程的学习中，你将反复用到几款软件：RealView MDK（Microcontroller Development Kit）集成开发环境、串口调试软件等。集成开发环境允许你在电脑上编写程序，并编译生成可执行文件，然后下载到单片机上；串口调试软件则是让你知道单片机微控制器在做什么，观察执行结果。

1．RealView MDK集成开发环境

RealView MDK开发套件源自德国Keil公司，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μVision 3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，与ARM之前的工具包ADS等相比，RealView编译器的最新版本RVCT 3.1可将性能改善超过20%。你可以在Keil公司的官方网站www.keil.com网站上获得该软件的安装包，安装后包含STM32F10x系列处理器片上外围接口固件库（Fireware Library）。

另外一个常见的集成开发环境是IAR EWARM，它是IAR Systems公司针对各种嵌入式处理器的软件开发工具，涉及嵌入式系统的设计、开发和测试的每一个阶段，包括带有C/C++编译器和调试器的集成开发环境、实时操作系统和中间件、开发套件、硬件仿真器，以及状态机建模工具。其最著名的产品是C编译器——IAR Embedded Workbench，支持众多知名半导体公司的微处理器，包括ARM、8051、AVR32、MSP430等内核和MCU。

2．串口调试软件

此软件是用来显示单片机与计算机的交互信息的。在硬件上，你的计算机至少要有串口或USB接口来与单片机教学开发板的串口连接。

任务二 安装软件

到目前为止，你已获得了软件安装包，包括某个版本的MDK安装包、串口调试终端、STM32库文件和本书例程的源码。软件的安装与其他软件安装过程一样。先安装MDK：

（1）执行MDK安装程序，双击MDK安装文件图标，进行安装。

（2）在后续出现的窗口中依次单击Next按钮，将程序安装在C:\Keil MDK***文件目录下（***：表示版本号，默认安装路径是C:\Keil，建议换个路径名，以防止与51单片机开发环境冲突）。安装好以后，查看安装路径下ARM子目录的结构。

● BIN目录下面一般是一些动态链接文件；

● BINxx目录下面放置的是一些编译器和链接器；

● Boards和Examples目录下面放置的是一些例程：Boards目录下放置的是根据一些厂商所设计的开发板例子，而Examples下面则是一些更大众化的例程。

● Flash目录下面放置的是一些厂商的Flash芯片所用到的驱动程序，可以以其中的例程为模板，来添加自己的驱动。

● HLP目录下面是一些帮助文档。

● INC目录下存放的是支持ST公司、Philips公司、Atmel公司等基于ARM Cortex-M3的各种微控制器的头文件，如在ST公司目录下有STM32F10X系列微控制器的固件库头文件。

● RL和RT Agent两个目录下面是一些免费的操作系统，如果想写编写实时操作系统，可以参考这两个文件夹里面的资料。

● RV31目录里面是RealView编译器所使用的一些库文件；RV31\LIB目录下存放的是固件库源代码。可以打开文件，查看MDK自带的STM32F10x固件库版本。

● Segger和Signum两个目录下面是USB驱动。如果使用ULink进行硬件仿真时，找不到硬件，那么可以在这里面重新安装驱动。

● Startup目录下面放置的是各个芯片厂商的各种启动代码，在创建工程的时候编译器会提示是否要添加启动文件到工程下面。

● Utilities目录下面放置的是PC机工具软件用于调试人机接口（HID）和网络接口。

（3）输入License：运行Keil RealView MDK，选择File菜单下的License Management子菜单，如图1.4所示。

将License序列号复制到License Management中的New License ID Code（LIC）中，单击ADD LIC完成，如图1.5所示。

任务三 硬件连接

基于ARM Cortex-M3的STM32F103微控制器单片机教学开发板（或者说机器人大脑）需要连接电源以便运行，同时也需要连接到PC机或笔记本电脑以便编程和交互。以上接线完成后，你就可以用编辑器软件来对系统进行开发与测试。下面将告诉你如何完成上述硬件连接任务。

串口线连接

STM32F103微控制器单片机教学开发板通过串口电缆连接到PC机或笔记本电脑上以便与用户交互，如图1.6（a）所示。如果你的计算机有串行接口，直接使用串口连接电缆。如果没有，此时需要使用USB转串口适配器，如图1.6（b）所示。将一端的串口连接到你的教学开发板上，而另一端连接到计算的USB口上，并安装对应的USB驱动程序。

基于ULink的JTAG下载线连接

程序是通过连接到PC机或者笔记本电脑USB口的ULink来下载到教学开发板上的单片机内。图1.7所示为ULink下载工具。下载线一端通过USB线连接到PC机或者笔记本电脑的USB口上，而另一端连接到教学开发板上的JTAG口上。

如图1.8所示，这里用的USB线一端是扁形（A型），一端是方形（B型），如图1.8（a）所示。扁形口接电脑，方形口接ULink。USB线一般分为不带屏蔽的USB线和带屏蔽的USB线，外表有屏蔽层的就是带屏蔽的USB线，如图1.8（b）所示，右边的USB线是带屏蔽的，左边的USB线是不带屏蔽的。建议用于程序下载使用的USB线为带屏蔽的。

电源和电池的安装

教学开发板可以使用从电脑USB口引出的5V电源。使用图1.8（b）左边不带屏蔽的USB线，扁形口接电脑，方形口接教学开发板。但需注意电脑引出的USB电源供电电流最大只有500mA，当给电机（舵机）供电时可能会造成供电电流不足，导致电机（舵机）不能正常工作。

教学开发板也可使用电池供电。本书使用的机器人采用4节五号碱性电池给机器人电机和教学开发板供电，可将电池盒引出的电源线插入电源插座（φ2.5细针）。在继续下面的任务前，请先检查机器人底部电池盒内是否已经装好电池，并是否有正常的电压输出。如果没有，请更换新的电池。更换过程中，确保每颗电池都按照塑料盒子里面标记的电池极性（“+”和“-”）方向装入。

当然，教学开发板也可以使用外接的5V或6V输出的电源适配器供电。

给教学开发板进行通电检查

教学开发板上有一个电源三位开关。如图1.9（a）所示，当开关拨到“0”位断开教学开发板电源。无论你是否将电池组或者其他电源连接到教学开发板上，只要三位开关位于“0”位，那么设备就处于关闭状态。

现在将三位开关由“0”位拨至“1”位，打开教学开发板电源，如图1.9（b）所示。检查教学开发上的LED电源指示灯是否变亮。如果没有，检查USB供电线缆或者电池盒的接头是否已经插到教学开发板的电源插座上。

将开关拨至“2”后，电源不仅要给教学开发板供电，同时还会给机器人的执行机构——伺服电机供电，同样地，此时LED电源指示灯仍然会变亮。