我从没想到过的板载外设——STM32L053-Discovery评测

1万 · 2016-7-29 20:29

1 简介

探索，发现不一样的你。“十三五“规划提出大数据概念无疑将推动物联网的进程，互联网+的口号提出将为更多的设备加入网络提供政策支持，绿色环保也在其中，具备超低功耗特性的微控制器也将大展宏图。ST目前一共推出三个超低功耗系列的MCU：STM32L0(Cortex-M0/M0+)、STM32L1(Cortex-M3)、STM32L4(Cortex-M4)。STM32L0系列STM32微控制器让客户能够取得前所未有的低功耗，整合高能效的ARM Cortex-M0+内核、优化架构、电源管理模式、超低功耗外设、支持节能型USB功能、独有的超低功耗制造工艺。

2 初见

我们先来看一下STM32L053-Discovery开发板的包装。一如既往的探索系列包装，简单的透明塑料外壳，加板子与一张简介卡片，并无提供数据线。包装如下图：

拆开包装我们看一下简介卡片正反面内容，分别是简要的配置介绍和简要的使用说明。

简介卡片正反面

看完了都有什么，我们接下来认真欣赏一下这块STM32L053-Discovery开发板。板子正中有一块E-Paper display(EPD:电子纸显示屏)，见下图。

正面

其实我想说这是我没想到的，我刚拿到板子没有看那个塑料卡片样的显示屏时候，以为就是个塑料标签呢，看到带排线才去看那说明，原来这个就是电子纸，从前也就只听说亚马逊的电子书上有这玩意儿，特性就是超低功耗，只在变换内容的时候需要消耗电能，也就是断电后，上面显示的内容还可以一直保留很久很久。

反面

探索板上一共提供了3颗MCU，正面靠近USB口的应该是调试器ST-Link的，背面两颗，靠近板子底端白纸条编号的一颗就是我们的主角STM32L053C8T6。

侧面

我们看到正反面采用了绿、白色搭配(PCB采用绿底白字)，这也是Discovery系列一贯风格。对于扩展接口全部预留出来，共计25×2个PIN，探索板扩展接口采用了标志性的两面针排针风格，如果想保证板子实用时候美观只能准备大量的杜邦线了。根据调试器端两个USB接口形状来看，采用了Mini-USB接口，中间的USB接口是ST-Link的，靠边的一个是用户USB接口，应该是可以挂载USB盘等USB从机设备的。

3 板上资源

要了解STM32L053-Discovery板子上的资源，先看板子的结构框图。

探索板结构框图

从结构框图我们可以看出，STM32L053-Discovery开发板上都提供了哪些资源，不用多说，ST-Link/V2-1这个是ST官方开发板均具备的调试编程器，另外上面提供了SWD接口，方便你为自己的项目进行编程调试;剩下全部是围绕主角STM32L053C8T6的，板载提供了两颗按键B1(用户可编程按键)、B2(系统复位按键)，提供了可编程的两颗LED(LD3、LD4),以及NFC接口，线性触摸传感器和电子纸显示屏;另外一个就是STM32L系列探索板特有的部分IDD电流检测电路模块。

总结，探索板提供了四类资源：1、编程调试电路;2、最小系统电路;3、扩展接口与板载外设;4、电流检测电路。

正面

反面

STM32L053-Discovery特性总结：

采用LQFP48封装的STM32L053C8T6 MCU,片上具备64KB Flash，8KB RAM;
板载ST-LINK/V2-1调试器，可通过选择开关设置为独立使用模式，具备SWD编程调试接口，USB支持三种功能，虚拟串口、大容量存储器、调试接口;
开发板电源支持USB总线供电，或通过外部5V供电，外部应用供电支持3V模式和5V模式。

1万 · 2016-7-29 20:30

板载一个线性触摸传感器，或作为4个触摸按键;板载IDD电流检测模块;板载2.04寸E-paper display(电子纸显示屏)，分辨率为172×72;板载4个LED：LD1(红/绿)，用于USB通信状态指示LD2(红)，用于3.3V电源指示另外两个是用户可编程LED，LD3(绿)/LD4(红)板载两个实体按键，用户按键(蓝色)和复位按键(黑色);扩展接口25×2，两排，将STM32L053的48个PIN全部引出;

4 安装驱动

本评测本地开发环境为Keil，如下图中安装目录即为ST-Link的驱动程序目录，另外在Keil_v5\ARM目录下还有其他几个常见的编程器的驱动程序，如：U-Link、NU-Link、PEMicro等。

Keil自带的驱动程序

安装驱动后

安装驱动后，在STM32L053-Discovery连接PC后在PC的设备管理器会多出来如上图的3个设备。其中MBED微控制器USB设备可以在系统里面构建一个U盘，我们可以把编译后生成的.bin文件直接放入，就可以被系统自动写入到目标MCU，更新系统代码。虚拟串口设备可以实现通过USB的调试和串口通信。

5 DEMO测试

STM32L053-Discovery开发板出厂时候自带了演示DEMO，我们也就用该DEMO来检测一下STM32L0系列超低功耗特性如何。为了方便查看，本节图片笔者做了裁切。另外图中所测量数据可能跟你测量数据有少许出入是正常的。

开机后等待两秒进入该界面，第一行为STM32L053演示程序，并显示鼠标图样，电池图样和开发板上线性触摸传感器的图样，中间文字为：使用LTS(线性触摸触感器)来选择DEMO(示范、演示程序)分为IDD测试和USB测试。本节我们仅演示IDD。

接上图，触摸一下LTS下面部分(LTS分为四个触摸按键从上到下对应左图的从左到右)后，出现该图。从图上可知，一共分为四种模式，分别对应LTS的四个触摸键，按下B1实体按键可以退出。下面我们分别测试四种模式下电流的大小，其间IDD跳线置于ON。

触摸第一个按键后即进入该模式，全速运行模式，该模式下消耗电流为3.048mA

触摸第二个按键后进入该模式，睡眠模式，

从该模式唤醒消耗电流为1.080mA

触摸第三个按键后进入该模式，低功耗睡眠模式，从该模式唤醒消耗电流为4.090uA

触摸第四个按键后进入该模式，停止模式，

从该模式唤醒消耗电流为410nA

ST方面提供的数据显示，STM32L0将运行模式功耗降至87μA/MHz，当保留RAM全部数据时，停止模式功耗为440nA(本测评测得数据位410nA)，并集成低功耗定时器，快速唤醒时间达到3.5μs，以便让应用设计人员能够充分利用不同的低功耗模式;针对产品功耗随温度升高而快速增加的情况，ST通过独有制造工艺使该系列产品创下了125℃时世界最小的功耗记录;此外，该系列还集成了世界功耗最低的ADC。在每秒100k次采样率下，片上集成的12位ADC功耗仅为48μA，内置的硬件过采样功能还可将ADC分辨率提高到16位。

6 开发环境与编程

最近发现论坛很流行使用MBED开发，MBED是ARM推出的一个开发框架，将底层封装后抽象出来，采用基于c++的顶端代码设计，支持在线编程编译，其特点是不用太费心于底层硬件的学习，目前还处于公测阶段，大有在ARM开发环境领域一统江湖之势。由于MBED提供了离线开发的功能，本测评就以Keil为IDE，以MBED离线开发包为代码基础进行介绍，最新版为mbed-4336505e4b1c。解压后，由于内容太多，我先先删除与本开发板无关的文件夹，这些文件夹是供其他系列的开发板使用的。如下图所示，这是MBED相关内容。

MBED离线支持文件包

1万 · 2016-7-29 20:30

上图中.h文件就是MBED框架，下图为TARGET_DISCO_L053C8文件夹的内容，主要是HAL头文件、CMSIS文件、和四个文件夹。

第一个文件夹TARGET_STM为针对本开发板的配置文件，另外4个文件夹是针对不同的IDE开发环境使用的，本次我们是使用Keil开发环境，因此选择TOOLCHAIN_ARM_MICRO。其余3个可以删除。

我们再看看TOOLCHAIN_ARM_MICRO文件夹是什么，见下图，主要是编译后的.o文件，我们知道，一般.h会对应一个.c文件，编译链接后会生成对应的.o文件，这里ARM没有为我们准备对应的.c文件而是直接提供了.o，这样有好处也有坏处，好处是编译生成目标代码相对于之前会非常快，坏处就是我们不知道实现方法的.c内容，我们知道HAL是在STM32官方提供的，那么其他几个没有对应HAL的.o我们就无法得知了，希望在ARM推出正式版的MBED后能提供一下。

为了方便用户离线使用MBED，官方提供了导出在线工程的服务，并提供了在线的例程3个，可以导出到本地使用。我们使用DISCO-L053C8_ePD_demo1进行演示，我们打开该工程。

打开main.cpp文件，将代码修改为如下内容，我们用来测试，是不是从下至上的顺序。

如上图所示，编译生成目标代码.bin文件后，复制到开发板U盘内，自动更新系统代码，之后自动运行，运行结果如上图所示。结合代码可知，MBED提供代码行顺序是从下向上的，且从0行开始，本例程使用的是Font12字体，以数字显示最多每行可显示24个字，另外EPD_GDE021A1.cpp文件提供了简单的画图函数。

常用的三种烧录方式：1、直接在Keil集成开发环境通过LOAD方式下载并可在线调试;2、通过STM32 ST-LINK Utility软件对芯片进行擦写，可写入.bin文件和.hex文件等相关目标代码文件，该软件也有个好处可以把芯片内部的代码读出来保存为文件，方便之后恢复使用;3、把生成的.bin文件直接复制到探索板再带的U盘内，ST-LINK自动完成写入代码工作。此三种方式本测评不再做详细介绍，请参考本版块其他STM32系列的测评内容。

7 小结

STM32L053-Discovery板跟以往的开发板比，最大的特点就是使用了EPD作为显示器，由于该显示器断电后还可以显示的特点，可以说非常适合用于超低功耗设备的显示器，这样可以定时的更新显示内容，其他时间可以关闭显示设备的供电，另外系统也可以进入超低功耗休眠状态，例如作为电子表的应用。

另外ARM在不断的推出功能越来越强大的产品设计时候，也注意到来了，随着功能的越来越多越来越强大，开发者花费在学习上的成本就越来越多，因此ARM也在努力找到一种缩减学习成本的方法，让开发者一劳永逸的方法。这也就是MBED推出的重要原因之一吧。由于是刚刚推出不久，相信经过一段时间的发展会越来越适合项目开发使用。

作为STM32L053-Discovery板主角的STM32L0也具备丰富的片上外设，在STM32L系里应该说是性价比最高的一款超低功耗单片机了。下面图中给出了STM32L0系里几个子系列的特性对比，可以说本测评所用到的探索板使用的STM32L053应该是STM32L0系里性能最高的一款单片机了。