GD32F103ZET6數據手冊詳解

1. 產品概述

GD32F103ZET6是兆易創新（GigaDevice）推出的一款基于ARM Cortex-M3內核的32位高性能微控制器，專為嵌入式系統設計。該芯片集成了豐富的外設資源、大容量存儲空間以及靈活的接口配置，適用于工業控制、消費電子、物聯網、醫療設備等多個領域。其核心優勢在于高性能計算能力、低功耗設計以及豐富的外設接口，能夠滿足復雜應用場景的需求。

1.1 核心特性

• ARM Cortex-M3內核：支持Thumb-2指令集，具備高效的代碼密度和強大的中斷處理能力。

• 主頻：最高可達108MHz，提供快速的數據處理能力。

• 存儲空間：

• Flash：512KB，用于存儲程序代碼。

• SRAM：64KB，提供運行時數據存儲。

• GPIO端口：多達112個，支持豐富的輸入輸出接口。

• 封裝形式：LQFP-144，具有良好的電氣和機械性能。

• 工作電壓范圍：2.6V~3.6V，適用于多種電源環境。

1.2 應用領域

• 工業控制：電機控制、溫度控制、壓力控制等自動化系統。

• 消費電子：智能穿戴設備、智能家居設備、音頻播放器等。

• 物聯網：作為物聯網設備的主控芯片，實現設備間的數據交換和通信。

• 醫療設備：監護儀、呼吸機、血壓計等，實時監測患者的生理參數。

2. 硬件資源詳解

GD32F103ZET6的硬件資源豐富，包括存儲器、外設接口、定時器、模擬接口等。以下是對其主要硬件資源的詳細介紹。

2.1 存儲器

• Flash存儲器：

• 容量：512KB。

• 特性：支持程序代碼存儲，具備擦除和編程功能。

• 訪問方式：通過總線接口進行訪問，支持快速讀取。

• SRAM存儲器：

• 容量：64KB。

• 特性：用于存儲運行時數據，支持快速讀寫。

• 訪問方式：通過總線接口進行訪問，支持零等待狀態。

2.2 外設接口

GD32F103ZET6集成了多種外設接口，支持與外部設備的通信和數據交換。

2.2.1 通信接口

• USART（通用同步異步收發器）：

• 數量：多達5個。

• 特性：支持全雙工通信，波特率可配置。

• 應用：與PC、傳感器等設備進行串行通信。

• I2C（內部集成電路總線）：

• 數量：多達2個。

• 特性：支持主從模式，速率可達400kHz。

• 應用：與EEPROM、傳感器等設備進行通信。

• SPI（串行外設接口）：

• 數量：多達3個。

• 特性：支持全雙工通信，速率可達18MHz。

• 應用：與Flash、ADC等設備進行高速通信。

• CAN（控制器局域網）：

• 數量：1個。

• 特性：支持CAN 2.0B協議，速率可達1Mbps。

• 應用：汽車電子、工業控制等領域。

• USB 2.0 FS（全速）：

• 數量：1個。

• 特性：支持設備模式，速率可達12Mbps。

• 應用：與PC、U盤等設備進行通信。

2.2.2 模擬接口

• ADC（模擬數字轉換器）：

• 數量：3個12位ADC。

• 特性：支持多通道輸入，采樣率可達1Msps。

• 應用：傳感器信號采集、電壓監測等。

• DAC（數字模擬轉換器）：

• 數量：2個12位DAC。

• 特性：支持雙通道輸出，更新率可達1Msps。

• 應用：波形生成、音頻輸出等。

2.3 定時器

GD32F103ZET6提供了多種定時器，滿足不同應用場景的定時需求。

• 通用定時器（GPTM）：

• 數量：6個16位定時器。

• 特性：支持向上/向下計數、PWM輸出、輸入捕獲等功能。

• 應用：電機控制、定時中斷等。

• 高級控制定時器（Advanced TM）：

• 數量：2個16位定時器。

• 特性：支持互補PWM輸出、死區插入、緊急制動等功能。

• 應用：三相電機控制、逆變器等。

• 基本定時器（Basic TM）：

• 數量：2個16位定時器。

• 特性：支持向上計數、DAC觸發等功能。

• 應用：簡單定時任務、DAC觸發等。

• SysTick定時器：

• 數量：1個24位定時器。

• 特性：支持系統滴答中斷，用于操作系統調度。

• 應用：RTOS系統、延時函數等。

• 看門狗定時器（WDG）：

• 數量：2個（獨立看門狗、窗口看門狗）。

• 特性：支持超時復位、早期預警中斷等功能。

• 應用：系統可靠性保障、故障恢復等。

2.4 實時時鐘（RTC）

• 特性：

• 支持秒、分、時、日、月、年、星期等時間計數。

• 支持鬧鐘中斷、周期性中斷等功能。

• 支持備份電源供電，確保在主電源掉電時仍能運行。

• 應用：

• 日歷時鐘、定時任務、低功耗喚醒等。

2.5 DMA（直接存儲器存取）

• 特性：

• 支持多通道DMA傳輸，減輕CPU負擔。

• 支持存儲器到存儲器、外設到存儲器、存儲器到外設等傳輸模式。

• 支持循環傳輸、鏈表傳輸等高級功能。

• 應用：

• ADC采樣、DAC輸出、UART通信等高速數據傳輸場景。

3. 電源管理

GD32F103ZET6支持多種低功耗模式，能夠根據應用需求優化功耗表現。

3.1 供電系統

• 工作電壓范圍：2.6V~3.6V。

• 電源監控：

• 支持上電復位（POR）、掉電復位（PDR）。

• 支持可編程電壓檢測器（PVD），用于監測電源電壓。

3.2 低功耗模式

• 睡眠模式（Sleep Mode）：

• CPU內核停止運行，外設繼續運行。

• 通過中斷或事件喚醒。

• 停止模式（Stop Mode）：

• CPU內核和外設停止運行，SRAM和寄存器內容保留。

• 通過外部中斷、RTC鬧鐘等喚醒。

• 待機模式（Standby Mode）：

• 整個芯片進入低功耗狀態，僅RTC和備份寄存器保留。

• 通過WKUP引腳、RTC鬧鐘等喚醒。

3.3 功耗優化

• 時鐘管理：

• 支持多時鐘源（HSI、HSE、LSI、LSE、PLL）。

• 支持時鐘分頻、時鐘門控等功能，降低功耗。

• 外設管理：

• 支持外設時鐘使能/禁用，減少不必要的功耗。

4. 開發支持

GD32F103ZET6提供了完整的開發工具鏈和開發資源，方便開發人員進行軟件開發和調試。

4.1 開發工具鏈

• 編譯器：支持Keil MDK、IAR Embedded Workbench、GCC等。

• 調試器：支持J-Link、ST-Link、U-Link等調試工具。

• 開發板：兆易創新提供了GD32F103ZET6的開發板，支持快速原型開發。

4.2 開發資源

• 數據手冊：提供了詳細的芯片規格、外設描述、電氣特性等信息。

• 用戶手冊：提供了芯片編程指南、外設使用說明、示例代碼等信息。

• 應用筆記：提供了多種應用場景的解決方案和示例代碼。

4.3 操作系統支持

GD32F103ZET6支持多種實時操作系統（RTOS），包括：

• RT-Thread：輕量級開源RTOS，支持多任務、線程管理、消息隊列等功能。

• FreeRTOS：開源RTOS，支持任務調度、中斷管理、內存管理等功能。

• UCOS-III：商業RTOS，支持實時任務調度、優先級繼承、互斥鎖等功能。

5. 電氣特性

GD32F103ZET6的電氣特性包括絕對最大額定值、推薦工作條件、功耗等。

5.1 絕對最大額定值

• 供電電壓：-0.3V~4.0V。

• 輸入電壓：-0.3V~VCC+0.3V。

• 工作溫度范圍：-40℃~+85℃（工業級）。

• 存儲溫度范圍：-65℃~+150℃。

5.2 推薦工作條件

• 供電電壓：2.6V~3.6V。

• 工作溫度范圍：-40℃~+85℃。

5.3 功耗

• 典型功耗：

• 運行模式：36mA（108MHz，3.3V）。

• 睡眠模式：2mA（3.3V）。

• 停止模式：10μA（3.3V）。

• 待機模式：2μA（3.3V）。

6. 封裝與引腳

GD32F103ZET6采用LQFP-144封裝，引腳數量為144個。

6.1 封裝尺寸

• 尺寸：20mm×20mm×1.4mm。

• 引腳間距：0.5mm。

6.2 引腳分配

GD32F103ZET6的引腳分為電源引腳、GPIO引腳、外設功能引腳等。以下是對主要引腳的描述：

• 電源引腳：

• VDD：數字電源，連接至3.3V。

• VSS：數字地，連接至GND。

• VDDA：模擬電源，連接至3.3V。

• VSSA：模擬地，連接至GND。

• GPIO引腳：

• PA0~PA15：GPIO端口A。

• PB0~PB15：GPIO端口B。

• PC0~PC15：GPIO端口C。

• PD0~PD15：GPIO端口D。

• PE0~PE15：GPIO端口E。

• PF0~PF15：GPIO端口F。

• PG0~PG15：GPIO端口G。

• 外設功能引腳：

• USART：TX、RX、RTS、CTS等。

• I2C：SCL、SDA等。

• SPI：SCK、MISO、MOSI、NSS等。

• CAN：CAN_TX、CAN_RX等。

• USB：DP、DM等。

7. 示例應用

以下是一個基于GD32F103ZET6的簡單應用示例，展示如何使用其外設接口實現功能。

7.1 示例：LED閃爍

硬件連接

• 將LED連接至PA0引腳，通過限流電阻接地。

代碼實現

#include "gd32f10x.h"

void gpio_config(void) {
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA); // 使能GPIOA時鐘
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_OUT_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_0); 
// 配置PA0為推挽輸出
}

int main(void) {
gpio_config(); // 初始化GPIO
while(1) {
gpio_bit_set(GPIOA, GPIO_PIN_0); // PA0輸出高電平，LED熄滅
delay_1ms(500); // 延時500ms
gpio_bit_reset(GPIOA, GPIO_PIN_0); // PA0輸出低電平，LED點亮
delay_1ms(500); // 延時500ms
}
}

功能說明

• 通過PA0引腳控制LED的亮滅，實現LED閃爍效果。

7.2 示例：ADC采樣

硬件連接

• 將模擬信號輸入至PA0引腳（ADC通道0）。

代碼實現

#include "gd32f10x.h"

void adc_config(void) {
rcu_periph_clock_enable(RCU_ADC0); // 使能ADC0時鐘
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA); // 使能GPIOA時鐘

gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AIN, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_0); 
// 配置PA0為模擬輸入

adc_struct_para adc_initstruct;
adc_deinit(ADC0); // 復位ADC0
adc_initstruct.adc_resolution = ADC_12BIT; // 12位分辨率
adc_initstruct.adc_scanmode = DISABLE; // 單通道模式
adc_initstruct.adc_continuemode = DISABLE; // 單次轉換模式
adc_initstruct.adc_externaltrigconv = DISABLE; // 軟件觸發
adc_initstruct.adc_externaltrigconvedge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE; 
// 無邊沿觸發
adc_initstruct.adc_datalign = ADC_DATALIGN_RIGHT; // 右對齊
adc_initstruct.adc_channel_length = ADC_REGULAR_CHANNEL_LENGTH_1; // 1個轉換通道
adc_init(ADC0, &adc_initstruct); // 初始化ADC0

adc_regular_channel_config(ADC0, 0, ADC_CHANNEL_0, ADC_SAMPLETIME_55POINT5); 
// 配置通道0為PA0
adc_enable(ADC0); // 使能ADC0
delay_1ms(1); // 延時1ms
adc_calibration_enable(ADC0); // ADC校準
}

uint16_t adc_read(void) {
adc_software_trigger_enable(ADC0, ADC_REGULAR_CHANNEL); 
// 軟件觸發ADC轉換
while(!adc_flag_get(ADC0, ADC_FLAG_EOC)); // 等待轉換完成
return adc_regular_data_read(ADC0); // 讀取轉換結果
}

int main(void) {
adc_config(); // 初始化ADC
while(1) {
uint16_t adc_value = adc_read(); // 讀取ADC值
// 處理ADC值（例如：顯示、傳輸等）
}
}

功能說明

• 通過PA0引腳采集模擬信號，實現ADC采樣功能。

8. 總結

GD32F103ZET6是一款功能強大、性能穩定的32位微控制器，以其基于ARM Cortex-M3內核的設計、豐富的外設接口和低功耗特性，在嵌入式系統領域具有廣泛的應用前景。無論是工業控制、消費電子、物聯網還是醫療設備等領域，GD32F103ZET6都能提供可靠且高效的解決方案。

8.1 優勢總結

• 高性能計算：基于ARM Cortex-M3內核，主頻高達108MHz。

• 大容量存儲：512KB Flash和64KB SRAM，滿足復雜應用需求。

• 豐富的外設接口：支持USART、I2C、SPI、CAN、USB等多種通信接口。

• 低功耗設計：支持多種低功耗模式，優化功耗表現。

• 開發支持完善：提供完整的開發工具鏈和開發資源，方便開發人員進行軟件開發和調試。

8.2 未來展望

隨著物聯網、工業4.0等技術的快速發展，對嵌入式系統的需求不斷增加。GD32F103ZET6憑借其高性能、低功耗和豐富的外設接口，將在更多領域得到應用。未來，兆易創新將繼續推出更多高性能、低功耗的微控制器產品，滿足市場需求。