STM32F103C8T6 微控制器芯片手冊

1. 簡介

STM32F103C8T6 是基于 ARM Cortex-M3 內核的 32 位微控制器（MCU），由意法半導體（STMicroelectronics）生產，廣泛應用于嵌入式系統開發中。該芯片具有較高的性能、低功耗和豐富的外設接口，適合在工業控制、物聯網設備、消費電子等領域中使用。

1.1 常見型號

STM32F103 系列根據存儲大小和功能不同，分為多種型號，常見的型號包括：

STM32F103C8T6：64KB 閃存，20KB SRAM。
STM32F103C6T6：32KB 閃存，10KB SRAM。
STM32F103CBT6：128KB 閃存，20KB SRAM。
STM32F103RCT6：256KB 閃存，48KB SRAM。

這些型號主要區別在于內存大小和某些高級外設功能。STM32F103 系列芯片可提供多達 72 MHz 的工作頻率，支持高達 2 個 ADC、多個定時器、I2C、SPI、USART 和 USB 等外設。

2. 芯片參數

STM32F103C8T6 的技術參數如下：

內核：ARM Cortex-M3
工作頻率：最大 72 MHz
存儲：

閃存：64 KB
SRAM：20 KB

工作電壓：2.0 V - 3.6 V
功耗：

正常模式下：24 mA（在 72 MHz 時）
待機模式下：2 μA

I/O 端口：37 個通用 I/O（GPIO），支持復用功能
定時器：

3 個通用 16 位定時器
1 個高級 16 位定時器（支持 PWM 輸出）
2 個看門狗定時器
1 個 SysTick 定時器

外設：

2 個 I2C 接口
2 個 SPI 接口
3 個 USART 接口
1 個 USB 2.0 全速接口
1 個 CAN 總線接口

模擬功能：

2 個 12 位 ADC，支持多通道轉換

時鐘源：

內部 RC 振蕩器（8 MHz）
外部晶振（最大 16 MHz）

封裝：LQFP48（48 引腳）

3. 工作原理

STM32F103C8T6 的核心是 ARM Cortex-M3，采用哈佛架構，具有獨立的指令和數據總線，支持并行數據和指令處理。該處理器支持 Thumb-2 指令集，能夠通過 16 位和 32 位指令進行混合編碼，從而減少代碼大小，提升執行效率。

Cortex-M3 內核的主要特點包括：

中斷處理：具有嵌套向量中斷控制器（NVIC），支持快速中斷響應和中斷優先級管理。
調試功能：支持標準的 JTAG 和 SWD 調試接口，具備實時跟蹤和調試功能。
內存保護單元（MPU）：提供內存區域保護功能，防止未授權的內存訪問。
電源管理：支持多種低功耗模式（休眠、待機等），有效降低系統功耗。

STM32F103C8T6 的外設通過總線結構與處理器連接。處理器通過時鐘和復位控制單元（RCC）來管理外設的啟用和時鐘配置。例如，定時器可以用于精確的時間測量、PWM 輸出和事件計數，而串行外設（如 USART、SPI 和 I2C）可以實現與其他設備的通信。

4. 特點

STM32F103C8T6 具有以下顯著特點：

4.1 高性能

72 MHz 的處理器頻率：相比于 8 位或 16 位 MCU，Cortex-M3 提供了更高的處理速度，適合需要高效處理的應用場景。
硬件除法器與乘法器：提供高效的數學運算能力，特別適用于需要大量計算的應用，如信號處理、控制算法等。

4.2 低功耗

STM32F103C8T6 支持多種低功耗模式，可以在不影響性能的情況下有效降低功耗：

休眠模式（Sleep Mode）：僅停止 CPU 時鐘，外圍設備和內存仍然工作，功耗大幅降低。
待機模式（Standby Mode）：幾乎關閉所有系統功能，僅保留最低的電源消耗，用于維持數據的保存。

4.3 豐富的外設

該芯片集成了豐富的外設接口，能夠滿足各種復雜系統的需求：

通用輸入輸出端口（GPIO）：能夠配置成不同的工作模式，包括輸入、輸出、復用功能等。
定時器：支持高級功能，如 PWM 輸出、捕捉/比較、自動重裝載等。
通信接口：包含多種通信協議，如 USART、I2C、SPI 和 USB，使得芯片能夠與多種外部設備進行數據交換。

4.4 內部振蕩器

STM32F103C8T6 內置有高精度的內部 RC 振蕩器，方便無需外部晶振的應用，同時也支持外部時鐘輸入，滿足對時鐘精度更高的應用場合。

4.5 易于開發

廣泛的開發工具支持：STM32 系列 MCU 支持多種開發環境，如 Keil、IAR 和 STM32CubeIDE，開發者可以快速進行代碼編寫、調試和燒錄。
庫函數支持：官方提供豐富的標準外設庫（SPL）和硬件抽象層庫（HAL），開發者能夠輕松調用外設函數，加快開發進程。

5. 作用

STM32F103C8T6 作為一款 32 位通用微控制器，主要用于實現嵌入式系統中的各種控制與通信功能。其作用主要包括：

5.1 數據處理

ARM Cortex-M3 內核支持多任務處理，能夠快速執行復雜的控制算法和數據處理。對于物聯網、傳感器數據采集、實時控制等應用，STM32F103C8T6 可以提供快速、準確的數據處理能力。

5.2 外設控制

通過定時器、ADC、DAC 和 GPIO 等外設，STM32F103C8T6 可以精確控制外部設備。例如，它可以通過 PWM 輸出控制電機的轉速，通過 ADC 采集傳感器數據并實時處理。

5.3 通信

STM32F103C8T6 提供了多種通信接口，使其能夠與外部設備進行數據交互。通過 USART，它可以與計算機、模塊進行串口通信；通過 SPI，它可以與外部存儲器或傳感器通信；通過 I2C，它可以控制多個外設設備或傳感器。

5.4 低功耗控制

該芯片內置多種低功耗模式，使得它適合電池供電或低能耗應用。在這些應用中，MCU 可以進入低功耗模式，待外部中斷觸發時重新喚醒，以延長電池壽命。

6. 應用

STM32F103C8T6 由于其高性能和豐富的外設，適用于以下幾類應用：

6.1 工業自動化

STM32F103C8T6 常用于工業控制系統中，如 PLC（可編程邏輯控制器）、電機控制、傳感器接口等。在這些應用中，它能夠提供實時的信號處理和外設控制，確保系統穩定運行。

6.2 物聯網設備

在物聯網（IoT）領域，STM32F103C8T6 由于其低功耗和豐富的通信接口，常用于智能家居、智能農業等物聯網設備中。它可以通過無線通信模塊與云端服務器進行數據交換，實現遠程監控和控制。

6.3 消費電子

該芯片也常見于消費電子設備中，如智能手表、藍牙音箱、家用電器控制器等。其高速處理能力可以滿足用戶界面顯示、音頻處理、按鍵控制等需求。

6.4 醫療設備

在便攜式醫療設備中，如血糖儀、血壓監測器等，STM32F103C8T6 的低功耗特性使其能夠長時間運行，同時保證精確的數據處理和控制。這些醫療設備通常依賴于 MCU 的高速 ADC 采樣能力和強大的數據處理功能來提供實時反饋。

6.5 電機控制

STM32F103C8T6 的定時器和 PWM 輸出功能使其非常適合電機控制應用。無論是直流電機、步進電機，還是無刷電機，STM32F103C8T6 都能通過其高級定時器實現精確的速度和位置控制。它常用于電動車控制器、智能家電等場景。

6.6 安防系統

在安防系統中，STM32F103C8T6 常用于視頻監控設備、門禁系統、煙霧報警器等。這類設備需要對傳感器數據進行實時處理，并通過多種通信接口與其他安防系統交互。STM32F103C8T6 的高速處理能力和低功耗特性確保了這些設備能夠長時間穩定運行。

7. 低功耗設計

STM32F103C8T6 的一個關鍵優勢在于其支持多種低功耗模式，適合在電池供電設備中使用。根據應用場景的不同，STM32F103C8T6 可以在不同功耗模式間靈活切換，以延長設備的續航時間。

7.1 低功耗模式介紹

STM32F103C8T6 提供了多種低功耗模式：

休眠模式（Sleep Mode）：在此模式下，CPU 停止工作，但外設和內存仍然保持運行。休眠模式適合那些需要保持外設功能但不需要進行復雜數據處理的場景。功耗在數毫安級別。
待機模式（Standby Mode）：在待機模式下，大部分功能停止運行，只有極少數外設（如 RTC 實時時鐘）仍在運行，功耗可以降低到微安級別。待機模式適合那些長時間不需要處理的應用場景，如定期喚醒檢查任務或傳感器數據采集。
掉電模式（Power Down Mode）：該模式幾乎關閉所有功能，適合需要極低功耗的場合。設備需要外部中斷或定時器喚醒才能恢復正常工作。