基于单片机的频率测量与显示系统外文翻译资料

 2021-11-14 10:11

英语原文共 43 页

  1. 电源
    1. 介绍

此设备需要2.0V至3.6V的工作电压（VDD）。嵌入式稳压器用于提供1.8V的内置数字电源。

当主VDD电源断电时，VBAT电压能给实时时钟（RTC）和备份寄存器供电。

1.1.1 独立的A/D转换器电源和参考电压

为了提高转换精度，ADC具有独立的电源，可以单独滤波，并屏蔽PCB上的噪声。

·ADC电源输入可在单独的VDDA引脚上使用

·VSSA引脚上提供隔离电源接地连接

若可用（取决于封装），VREF-必定与VSSA相关。

采用100引脚封装

为了确保低压输入的更高精度，用户可以在VREF 上连接单独的外部参考电压ADC输入。VREF 上的电压范围为2.0 V至VDDA。

在64针或更少的封装上

VREF 和VREF-引脚不可用，它们内部连接到ADC电源（VDDA）和地（VSSA）。

1.1.2 备用电池

要在VDD关闭时保留备份寄存器的内容，VBAT引脚可以连接到由电池或其他电源提供的可选备用电压。

VBAT引脚也为RTC单元供电，即使主数字电源（VDD）关闭，RTC也能工作。 切换到VBAT电源由嵌入在复位模块中的掉电复位（PDR）电路控制。

如果在应用中没有使用外部电池，VBAT必须从外部连接到VDD。

1.1.3 电压调节器

复位后，电压调节器始终处于使能状态。 它根据应用模式在三种不同模式下工作：

·在运行模式下，稳压器为1.8 V域（内核，存储器和数字外设）提供全功率

·在停止模式下，稳压器为1.8 V域提供低功耗 ，保留寄存器和SRAM的内容

·在待机模式下，稳压器断电。 除了与备用电路和备份域有关的内容外，寄存器和SRAM的内容都会丢失。

    1. 低功耗模式

默认情况下，系统或电源复位后，微控制器处于运行模式。 当CPU不需要保持运行时，例如在等待外部事件时，可以使用多种低功耗模式来节省电量。 用户可以选择在低功耗，短启动时间和可用唤醒源之间实现最佳折衷的模式。

STM32F10xxx器件具有三种低功耗模式：

·休眠模式（CPU时钟关闭，包括NVIC，SysTick等Cortex-M3核心外设在内的所有外设均保持运行）

·停止模式（所有时钟停止）

·待机模式（1.8V域断电）此外，运行模式下的功耗可通过以下方式之一降低：

·减慢系统时钟

·在未使用时将时钟连接到APB和AHB外设。

      1. 减慢系统时钟

在运行模式下，可以通过编程预分频器寄存器来降低系统时钟（SYSCLK，HCLK，PCLK1，PCLK2）的速度。 这些预分频器还可用于在进入休眠模式之前减慢外设。

      1. 外围时钟门控

在运行模式下，可以随时停止各个外设和存储器的HCLK和PCLKx，以降低功耗。

为了进一步降低休眠模式下的功耗，可以在执行WFI或WFE指令之前禁用外设时钟。

外设时钟门控由AHB外设时钟使能寄存器（RCC_AHBENR），APB1外设时钟使能寄存器（RCC_APB1ENR）和APB2外设时钟使能寄存器（RCC_APB2ENR）控制。

      1. 休眠模式

进入休眠模式

通过执行WFI（等待中断）或WFE（等待事件）指令进入休眠模式。 有两个选项可用于选择休眠模式进入机制，具体取决于Cortex-M3系统控制寄存器中的SLEEPONEXIT位：

·立即休眠：如果SLEEPONEXIT位清零，则只要执行WFI或WFE指令，MCU就会进入休眠模式。

·退出后再进入休眠：如果SLEEPONEXIT位置1，则MCU退出最低优先级ISR后立即进入休眠模式。

在休眠模式下，所有I / O引脚保持与运行模式下相同的状态。

退出休眠模式

如果使用WFI指令进入休眠模式，嵌套向量中断控制器（NVIC）确认的任何外设中断都可以将器件从休眠模式唤醒。

如果使用WFE指令进入休眠模式，则一旦发生事件，MCU就会退出休眠模式。唤醒事件可以通过以下方式生成：

·在外设控制寄存器中启用中断，但不在NVIC中启用中断，并启用Cortex-M3系统控制寄存器中的SEVONPEND位。当MCU从WFE恢复时，必须清除外设中断挂起位和外设NVIC IRQ通道挂起位（在NVIC中断清除挂起寄存器中）。

·或在事件模式下配置外部或内部EXTI线路。当CPU从WFE恢复时，没有必要清除外设中断挂起位或NVIC IRQ通道挂起位，因为未设置与事件线对应的挂起位。

此模式提供最低的唤醒时间，因为在中断进入或退出时不会浪费时间。

      1. 停止模式

停止模式基于Cortex-M3深度睡眠模式和外设时钟门控。 电压调节器可配置为正常或低功耗模式。 在停止模式下，1.8 V域中的所有时钟都停止，PLL，HSI和HSE RC振荡器被禁用。 保留SRAM和寄存器内容。

在停止模式下，所有I / O引脚保持与运行模式下相同的状态。

进入停止模式

为了进一步降低停止模式下的功耗，可以将内部稳压器置于低功耗模式。这由电源控制寄存器（PWR_CR）的LPDS位配置。

如果正在进行闪存编程，则停止模式条目将延迟，直到存储器访问完成。

如果正在进行对APB域的访问，则停止模式条目将延迟，直到APB访问完成为止。

在停止模式下，可以通过编程各个控制位来选择以下功能：

·独立看门狗（IWDG）：通过写入其密钥寄存器或硬件选项来启动IWDG。一旦启动，除非重置，否则无法停止。

·实时时钟（RTC）：由备份域控制寄存器（RCC_BDCR）中的RTCEN位配置

·内部RC振荡器（LSI RC）：由控制/状态寄存器（RCC_CSR）中的LSION位配置。

·外部32.768 kHz振荡器（LSE OSC）：由备份域控制寄存器（RCC_BDCR）中的LSEON位配置。

ADC或DAC也可以在停止模式期间消耗功率，除非它们在进入之前被禁用。要禁用它们，ADC_CR2寄存器中的ADON位和DAC_CR寄存器中的ENx位都必须写入0。

退出停止模式

通过发出中断或唤醒事件退出停止模式时，HSI RC振荡器被选为系统时钟。

当稳压器工作在低功耗模式时，从停止模式将其唤醒会产生额外的启动延迟。 通过在停止模式期间保持内部调节器开启，尽管启动时间减少，但消耗更高。

      1. 待机模式

待机模式允许实现最低功耗。 它基于Cortex-M3深度睡眠模式，禁用电压调节器。 因此，1.8 V域将断电。 PLL，HSI振荡器和HSE振荡器也被关闭。 除备份域和备用电路中的寄存器外，SRAM和寄存器内容都会丢失。

进入待机模式

在待机模式下，可以通过编程单个控制位来选择以下功能：

·独立看门狗（IWDG）：通过写入其密钥寄存器或硬件选项来启动IWDG。 一旦启动，除非重置，否则无法停止。

·实时时钟（RTC）：由备份域控制寄存器（RCC_BDCR）中的RTCEN位配置

·内部RC振荡器（LSI RC）：由控制/状态寄存器（RCC_CSR）中的LSION位配置。

·外部32.768 kHz振荡器（LSE OSC）：由备份域控制寄存器（RCC_BDCR）中的LSEON位配置

退出待机模式

当外部复位（NRST引脚），IWDG复位，WKUP引脚上升沿或RTC报警发生时，单片机退出待机模式。 从待机状态唤醒后，所有寄存器都会复位，但电源控制/状态寄存器（PWR_CSR）除外。

从待机模式唤醒后，程序执行将以与复位（引导引脚采样，获取向量复位等）相同的方式重新启动。 电源控制/状态寄存器（PWR_CSR）中的SBF状态标志表示MCU处于待机模式。

处于待机模式的I / O状态在待机模式下，所有I / O引脚都是高阻抗，除了：

·复位垫（仍然可用）

·AMPER引脚，如果配置为篡改或校准输出

·WKUP引脚（如果已启用）

      1. 调试模式

默认情况下，如果应用程序在使用调试功能时将MCU置于停止或待机模式，则调试连接将丢失。 这是因为Cortextrade;-M3内核不再计时。

但是，通过在DBGMCU_CR寄存器中设置一些配置位，即使广泛使用低功耗模式，也可以调试软件。

      1. 从低功耗模式自动唤醒（AWU）

RTC可用于从低功耗模式唤醒MCU，而不依赖于外部中断（自动唤醒模式）。 RTC提供可编程时基，可定期从停止或待机模式唤醒。为此，可以通过编程备份域控制寄存器（RCC_BDCR）中的RTCSEL [1：0]位来选择三个备用RTC时钟源中的两个：

·低功耗32.768 kHz外部晶体振荡器（LSE OSC）。该时钟源提供精确的时基，功耗极低（在典型条件下增加的功耗小于1mu;A）

·低功耗内部RC振荡器（LSI RC）该时钟源具有节省32.768 kHz晶振成本的优势。该内部RC振荡器旨在增加最低功耗。要使用RTC警报事件从停止模式唤醒，必须：

·将EXTI Line 17配置为对上升沿敏感

·配置RTC生成RTC告警

要从待机模式唤醒，无需配置EXTI Line 17。

  1. 时钟

可以使用三种不同的时钟源来驱动系统时钟（SYSCLK）：

·HSI振荡器时钟

·HSE振荡器时钟

·PLL时钟器件具有以下列出的两个辅助时钟源：

·40 kHz低速内部RC（LSI RC），用于驱动独立看门狗和可选用于从停止/待机模式自动唤醒的RTC。

·32.768 kHz低速外部晶振（LSE晶振），可选择驱动实时时钟（RTCCLK）

每个时钟源可以在不使用时独立接通或断开，以优化功耗。

多个预分频器允许配置AHB频率，高速APB（APB2）和低速APB（APB1）域。 AHB和APB2域的最大频率为72 MHz。 APB1域的最大允许频率为36 MHz。 RCC通过AHB时钟（HCLK）除以8来提供Cortex系统定时器（SysTick）的外部时钟.SysTick可以使用此时钟或Cortex时钟（HCLK）工作，可在SysTick控制和状态寄存器中配置。 ADC由高速域（APB2）时钟除以2,4,6或8提供时钟。

定时器时钟频率是它们所连接的APB域的频率的两倍。 但是，如果APB预分频比为1，则定时器的时钟频率与其连接的APB域的频率相同。

FCLK充当Cortextrade;-M3自由运行时钟。 有关更多详细信息，请参阅“ARM Cortextrade;-M3技术参考手册”。

  1. 实时时钟（RTC）
    1. 介绍

实时时钟是一个独立的计时器。 RTC提供一组连续运行的计数器，可以使用合适的软件来提供时钟日历功能。 可以写入计数器值以设置系统的当前时间/日期。

    1. 主要特点

·可编程预分频器：分频系数高达220

·32位可编程计数器，用于长期测量

·两个独立的时钟：用于APB1接口的PCLK1和RTC时钟（必须至少比PCLK1时钟慢四倍）

·两种独立的复位类型： - APB1接口通过系统复位复位 - RTC核心（预分频器，报警，计数器和分频器）仅通过备份域复位复位（请参阅STM32F10xxx参考手册中的“备份域复位”部分）。

·三条专用可屏蔽中断线： - 报警中断，用于产生软件可编程报警中断。 - 秒中断，用于产生具有可编程周期长度（最长1秒）的周期性中断信号。 - 溢出中断，用于检测内部可编程计数器何时翻转为零。

    1. 功能说明
      1. 概述

RTC由两个主要单元组成。第一个（APB1接口）用于与APB1总线连接。该单元还包含一组16位寄存器，可在读或写模式下从APB1总线访问。 APB1接口由APB1总线时钟提供时钟，以便与APB1总线连接。

另一个单元（RTC Core）由一系列由两个主要模块组成的可编程计数器组成。第一个模块是RTC预分频器模块，

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