STM32F10x在OTP MCU编程器中的应用

　　OTP单片机因其价格低廉、性能成熟在许多小家电中得以广泛应用。硬件编程器通常是其开发过程中必不可少的设备。本案是用于该类单片机的硬件编程器，可对该类单片机实现联机编程和脱机编程；还可以测试该类单片机的工作频率、工作电压等多项参数，一机多用。

　　1、STM32F101R8主要特性

　　STM32F10x系列是ST公司推出的基于ARM最新架构Cortex-M3内核的MCU。集成了存储器、时钟、复位和电源管理电路，DMA控制器，模数/数模转换器，快速IO口，多功能定时器及各种通讯端口。具有多种低功耗模式、在线调试端口。该系列MCU引脚、外设、软件具有高度兼容性，能应用到许多领域中。

　　本案选用了基本型器件STM32F101R8。这颗器件的主要特性有：

• 　　ARM 32位Cortex-M3 CPU，36MHz，单周期乘法和硬件除法器
• 　　64KB FLASH，10KB SRAM
• 　　2.0~3.6V，POR，PDR，PVD
• 　　内部8MHz、40kHz RC振荡器，PLL；外部4~16MHz晶体，32kHz用于RTC和备份域
• 　　7通道DMA控制器
• 　　3个4通道通用定时器，IC/OC/PWM
• 　　2个SPI口，最高18Mbis/s
• 　　2个I2C接口，支持SMBus
• 　　3个USART，支持ISO7816，LIN，IrDA，Modem
• 　　1个16通道12位ADC
• 　　低功耗模式：睡眠、停止、待机
• 　　SWD和JTAG在线调试
• 　　CRC计算，96位唯一ID
• 　　51个IO口
• 　　小型LQFP64封装

　　2、编程器硬件设计

　　编程器通过串口或其它通讯口与配套工具软件通讯，实现对芯片的联机编程。脱机时则通过按键控制对芯片的编程。

　　编程器硬件框图如图1所示。

图1 编程器硬件框图

　　编程器产生芯片所需的工作和编程电压，并根据需要控制所有电压的开启和关闭。同时，利用主控制器内部多通道ADC检测供电电压和编程电压，一旦电压发生异常即关断系统。

　　指示灯编程器用主控制器高驱动能力口线直接控制指示灯的开关，指示编程器的各种工作状态。

　　通过编程接口对OTP芯片编程，同时还供给芯片工作时钟，检测芯片内部振荡器的频率。

　　STM32F101R8的应用连接如图2所示。

图2 STM32F应用连接图

　　其中，CLK提供OTP芯片工作时钟；AD0 ~ AD4共5路电压输入，用于检测系统的工作电源和编程电压；f1_TST和f2_TST则用于检测OTP芯片的内部振荡器频率。RXD、TXD是编程器和上位机之间的通讯接口（UART），SCL和SDA是STM32F10x和OTP芯片之间的通讯接口（I2C，亦可用SPI等）。

　　L1、L2、L3连接到指示灯，BEEP连接到蜂鸣器，KEY连接到脱机编程按键。其余引脚控制编程电压和编程接口的开关。

　　3、编程器软件设计

　　3.1 主流程

　　软件主流程图如图3所示。

图3 软件主流程图

　　主流程看起来非常简单，因为程序充分利用了STM32F10x强大的中断能力。

　　3.2 ADC、DMA和TIM的设计

　　在上图的主循环中，没有对ADC的任何处理，这是因为程序采用了定时启动ADC、用DMA自动读取ADC的采样数据、并在DMA中断中处理ADC数据的方法。采用这种工作方式，只需要在初始化过程中正确设置ADC、DMA和定时器即可，其它都在相应的ISR中完成。

　　DMA1通道1连接到ADC，配置如下：外设基地址是ADC1的数据寄存器地址，存储器基地址是开辟的缓冲区首地址，数据源是外设，数据目的是缓冲区，缓冲区大小为5个单元，外设地址不自动增量而存储器地址则自动增量，数据均为半字，循环模式，高优先级，传输完成产生中断。

　　ADC设置为扫描模式，数据右对齐，软件触发转换，共5个通道，最大采样时间，且在开机复位后校准一次。

　　用TIM2 CH2控制ADC定时转换。定时器配置为计数时钟1MHz，CH2为输出比较模式，定时中断。

　　每当产生TIM2 CC2中断，就启动ADC1按既定顺序对所有通道转换一次，DMA则自动保存每个通道的转换结果。当所有通道转换完毕，DMA产生中断，在此中断中处理数据。本案采用了如下方法：每3次数据中取中值，每8个中值再取平均值作为最后的转换结果，并据此判断各电压是否正常。

　　3.3 用PWM方式产生OTP芯片的工作时钟

　　本案编程器提供给OTP单片机的是2MHz的工作时钟（其它频率也可）。本案利用TIM的PWM功能输出一个2MHz的方波。

　　TIM4的计数时钟为36MHz，CH4设置为PWM1模式。设置完成、启动TIM4后无需其它代码即可在相应引脚上输出时钟信号，并可控制其启动和停止。。

　　3.4 频率检测

　　本案采用主控制器内部的SySTick产生1s中断，并配合另一个定时器计数OTP单片机的频率输出。因为STM32F10x的工作主频很高，因此可以很准确地检测OTP单片机的内部振荡频率。

　　程序设计时利用了ST提供的标准外设库STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.3.0。限于篇幅，具体代码不详述。

　　4、结语

　　本方案已在多种OTP单片机上测试，编程可靠，测量准确，效果很好。