嵌入式课程设计

基于STM32的多点温度采集系统设计课程名称：嵌入式系统开发专业班级：学生学号：学生姓名：所属院部：指导教师：2015—2016学年第2学期1目录1、系统分析..............................................21.1任务分析...........................................21.2STM32芯片.........................................21.3DS18B20............................................51.4TFTLCD模块........................................61.5LABVIEW............................................62、硬件设计..............................................72.1STM32.............................................72.2TFTLCD............................................82.3内部温度测量......................................93、软件设计..............................................103.1STM32的程序设计..................................103.2LABVIEW的程序设计................................143.3调试过程与结果....................................154、总结与体会............................................17参考资料.................................................17附录.....................................................2021、系统分析1.1、任务分析本系统是基于STM32微控制器所设计的温度测量系统，通过温度芯片DS18B20测量外部温度，通过STM32内部测温系统测量内部温度，微控制器驱动液晶模块显示当前测得的内部与外部温度，然后由串口将温度信息发送至LABVIEW，同时接收从LABVIEW反馈的控制信息。整个系统模块分为四个部分：STM32芯片、DS18B20温度模块、液晶显示、LABVIEW。MCU是STM32主芯片的最小板，上面有芯片工作需要的最少资源：时钟控制电路、复位电路、JTAG控制口以及与外围电路相连的接口。DS18B20和液晶分别是温度测量、控制显示部分。而LABVIEW负责完成与芯片间的异步双工通信。1.2、STM32芯片STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核。按性能分成两个不同的系列：STM32F103“增强型”系列和STM32F101“基本型”系列。增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；基本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能，是16位产品用户的最佳选择。两个系列都内置32K到128K的闪存，不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品，相当于0.5mA/MHz。STM32的高性能Cortex-M3内核为1.25DMips/MHz；含有一流的外设：1us的双12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/秒的SPI，18MHZ的I/O翻转速度；在72MHz时消耗36mA，待机时下降的2uA。内核：ARM32位Cortex-M3CPU，最高工作频率72MHz，1.25DMIPS/MHz。单周期乘法和硬件除法。存储器：片上集成32-512KB的Flash存储器。6-64KB的SRAM存储器。时钟、复位和电源管理：2.0-3.6V的电源供电和I/O接口的驱动电压。POR、PDR和可编程的电压探测器（PVD）。4-16MHz的晶振。内嵌出厂前调校的8MHzRC振荡电路。内部40kHz的RC振荡电路。用于CPU时钟的PLL。带校准用于RTC3的32kHz的晶振。低功耗：3种低功耗模式：休眠，停止，待机模式。为RTC和备份寄存器供电的VBAT。调试模式：串行调试（SWD）和JTAG接口。DMA：12通道DMA控制器。支持的外设：定时器，ADC，DAC，SPI，IIC和USART。2个12位的us级的A/D转换器（16通道）：A/D测量范围：0-3.6V。双采样和保持能力。片上集成一个温度传感器。2通道12位D/A转换器：STM32F103xC,STM32F103xD,STM32F103xE独有。最多高达112个的快速I/O端口：根据型号的不同，有26，37，51，80，和112的I/O端口，所有的端口都可以映射到16个外部中断向量。除了模拟输入，所有的都可以接受5V以内的输入。最多多达11个定时器：4个16位定时器，每个定时器有4个IC/OC/PWM或者脉冲计数器。2个16位的6通道高级控制定时器：最多6个通道可用于PWM输出。2个看门狗定时器（独立看门狗和窗口看门狗）。Systick定时器：24位倒计数器。2个16位基本定时器用于驱动DAC。最多多达13个通信接口：2个IIC接口（SMBus/PMBus）。5个USART接口（ISO7816接口，LIN，IrDA兼容，调试控制）。3个SPI接口（18Mbit/s），两个和IIS复用。CAN接口（2.0B）。USB2.0全速接口。SDIO接口。ECOPACK封装：STM32F103xx系列微控制器采用ECOPACK封装形式。集成嵌入式Flash和SRAM存储器的ARMCortex-M3内核。和8/16位设备相比，ARMCortex-M332位RISC处理器提供了更高的代码效率。STM32F103xx微控制器带有一个嵌入式的ARM核，所以可以兼容所有的ARM工具和软件。嵌入式Flash存储器和RAM存储器：内置多达512KB的嵌入式Flash，可用于存储程序和数据。多达64KB的嵌入式SRAM可以以CPU的时钟速度进行读写（不待等待状态）。外部中断/事件控制器（EXTI）：外部中断/事件控制器由用于19条产生中断/事件请求的边沿探测器线组成。每条线可以被单独配置用于选择触发事件（上升沿，下降沿，或者两者都可以），也可以被单独屏蔽。有一个挂起寄存器来维护中断请求的状态。当外部线上出现长度超过内部APB2时钟周期的脉冲时，EXTI能够探测到。多达112个GPIO连接到16个外部中断线。时钟和启动：在启动的时候还是要进行系统时钟选择，但复位的时候内部48MHz的晶振被选用作CPU时钟。可以选择一个外部的4-16MHz的时钟，并且会被监视来判定是否成功。在这期间，控制器被禁止并且软件中断管理也随后被禁止。同时，如果有需要（例如碰到一个间接使用的晶振失败），PLL时钟的中断管理完全可用。多个预比较器可以用于配置AHB频率，包括高速APB(PB2)和低速APB（APB1），高速APB最高的频率为72MHz，低速APB最高的频率为36MHz。电源供电方案：VDD，电压范围为2.0V-3.6V，外部电源通过VDD引脚提供，用于I/O和内部调压器。VSSA和VDDA，电压范围为2.0-3.6V，外部模拟电压输入，用于ADC，复位模块，RC和PLL，在VDD范围之内（ADC被限制在2.4V），VSSA和VDDA必须相应连接到VSS和VDD。VBAT，电压范围为1.8-3.6V，当VDD无效时为RTC，外部32KHz晶振和备份寄存器供电（通过电源切换实现）。电源管理：设备有一个完整的上电复位（POR）和掉电复位（PDR）电路。这条电路一直有效，用于确保从2V启动或者掉到2V的时候进行一些必要的操作。当VDD低于一个特定的下限VPOR/PDR时，不需要外部复位电路，设备也可以保持在复位模式。设备特有一个嵌入的可编程电压探测器（PVD），PVD用于检测VDD，并且和VPVD限值比较，当VDD低于VPVD或者VDD大于VPVD时会产生一个中断。中断服务程序可以产生一个警告信息或者将MCU置为一个安全状态。PVD由软件使能。电压调节：调压器有3种运行模式：主（MR），低功耗（LPR）和掉电。MR用在传统意义上的调节模式（运行模式），LPR用在停止模式，掉电用在待机模式：调压器输出为高阻，核心电路掉电，包括零消耗（寄存器和SRAM的内容不会丢失）。低功耗模式：STM32F103xx支持3种低功耗模式，从而在低功耗，短启动时间和可用唤醒源之间达到一个最好的平衡点。休眠模式：只有CPU停止工作，所有外设继续运行，在中断/事件发生时唤醒CPU；停止模式：允许以最小的功耗来保持SRAM和寄存器的内容。1.8V区域的时钟都停止，PLL，HSI和HSERC振荡器被禁能，调压器也被置为正常或者低功耗模式。设备可以通过外部中断线从停止模式唤醒。外部中断源可以使16个外部中断线之一，PVD输出或者TRC警告。待机模式：追求最少的功耗，内部调压器被关闭，这样1.8V区域断电。PLL,HSI和HSERC振荡器也被关闭。在进入待机模式之后，除了备份寄存器和待机电路，SRAM和寄存器的内容也会丢失。当外部复位（NRST引脚），IWDG复5位，WKUP引脚出现上升沿或者TRC警告发生时，设备退出待机模式。进入停止模式或者待机模式时，TRC,IWDG和相关的时钟源不会停止。选型片的原则是：看功耗，本次设计的温度系统需要在外场长时间工作，那么就需要功耗较低；看成本，在能满足性能要求的前提下，选择成本较低的。从这两个方面来看，STM32功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品，相当于0.5mA/MHz，时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能。1.3、DS18B20DS18B20是由DALLAS半导体公司推出的一种的“一线总线”接口的温度传感器。与传统的热敏电阻等测温元件相比，它是一种新型的体积小、适用电压宽、与微处理器接口简单的数字化温度传感器。一线总线结构具有简洁且经济的特点，可使用户轻松地组建传感器网络，从而为测量系统的构建引入全新概念。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~l2位的数字值读数方式。它工作在3—5．5V的电压范围，采用多种封装形式，从而使系统设计灵活、方便，设定分辨率及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。目前常用的单片机与外设之间进行数据传输的串行总线主要有I2C，SPI和SCI总线。其中I2C总线以同步串行二线方式进行通信：一条时钟线，一条数据线。SPI总线则以同步串行三线方式进行通信：一条时钟线，一条数据输入线，一条数据输出线。SCI总线是以异步方式进行通信：一条数据输入线，一条数据输出线。而DS18B20的单总线采用单条信号线，既可传输时钟，又可传输数据，而且数据传输是双向的，因而具有线路简单，硬件开销少，成本低廉，便于总线扩展和维护等优点。ROM中的64位序列号是出厂前被光记好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM的排列是：前8位是产品家族码，接着48位是DS18B20的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1)。ROM作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可实现一根总线上挂接多个。6DS18B20适应电压范围宽，电压范围在3.0~5.5V，在寄生电源方式下可由数