基于STM32的温度测量系统Word下载.docx

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MDK完成软件部分的设计，它包括RealView编译器、Keil 

μVision3开发环境，可以使用Cortex-M3核处理器，代码实现自动配置、自动启动，配有Flash烧写模块，Simulation设备模拟功能极其强大，可以针对软件实现仿真。

在仿真过程中，能够对和硬件有关的寄存器进行查看，通过观察这些寄存器，就能很容易的检查代码的功能是否符合设计要求，出现错误时也方便找出原因。

通过Jlink连接处理器后，还能进行在线调试，就能实时跟踪程序在硬件上的执行状况，可以进行复位、执行到断点处、挂起、执行进去、执行过去、执行出去等丰富的操作，例如，单步执行程序，就可以看到每一行代码在硬件的所起的效果，这样更直观，更方便对程序进行改进。

这个功能在软件设计的过程中给予我极大的帮助，STM32的寄存器比较繁杂，使用时很容易遗漏某些部分，而在线调试就容易找出问题所在，从而进行纠正。

最后的成品较好的完成了预定的设计要求，能准确的显示温度数据，能与移动终端实现异步双工通信，达到传输温度和远程控制的目的。

通过本次设计，更加深入的理解了stm32的相关寄存器，并掌握其工作原理。

更加深入的学习和应用一些工具软件，如Altium 

Designer、RealView 

MDK，通过对这些软件的使用，也加深了对相关知识的理解。

本次的毕业设计题目相关的知识包括：

电路原理、数电、模电、单片机原理、c语言、通信原理等，有效的培养分析和解决实际问题的综合能力，得到更加全面的培养和锻炼，是对大学期间所学知识的一次综合性应用。

2 

系统分析

本系统是基于STM32 

微控制器所设计的温度测量系统，通过温度芯片传感器DS18B20测量温度，微控制器驱动液晶模块显示当前测得的温度，然后由蓝牙将温度信息发送至手机终端，同时接收终端反馈的控制信息。

整个系统模块分为四个模块：

主芯片模块、DS18B20温度模块、液晶显示、蓝牙模块。

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、JTAG 

接口、复位电路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。

而蓝牙模块负责完成与移动终端的异步双工通信。

2.1STM32芯片

作为一种ARM 

Cortex-M3内核，STM32系列是以嵌入式应用为设计基础，具有功耗低、成本低、性能高的特点和优势。

根据性能的不同，STM32分为STM32F103“增强型”、STM32F101“基本型”两个主要的系列。

前者使用频率为72MHz的时钟，在同类产品中，该产品具有最高的性能；

后者使用频率为36MHz的时钟，其价格与16位的产品相近，而其性能要比16位产品高的多，如果用户选择16位产品，此款产品是不二之选。

在两个系列中配备的闪存大小由32-128K，只是在外设结构、SRAM最大容量方面存在不同的组合。

对于频率为72MHz的时钟，代码均在闪存中执行，市场上32位的产品系列中，STM32具有最低的功耗，低至36mA，即0.5mA/MHz。

在STM32中，其内核Cortex-M3的性能非常高，为1.25DMips/MHz；

其外设也是非常先进的：

ADC（双12位、1us）、SPI（18兆位/秒）、较快的I/O翻转速度（18MHZ）、UART（4兆位/秒）；

工作在72MHz的时钟之下，其电流为36mA，待机时低至2uA。

内核：

Cortex-M3 

CPU（32位的ARM），工作频率最高可达72MHz、1.25DMIPS/MHz，支持硬件除法、单周期乘法。

存储器：

集成的Flash存储器大小由32-512KB，SRAM存储器大小由6-64KB。

电源、复位、时钟管理：

电源、接口驱动电压范围由2.0-3.6V；

可编程PVD（电压探测器）、PDR、POR；

晶振为4-16MHz；

内置校正过的RC振荡电路，频率为8MHz；

其内部RC振荡电路频率为40KHz；

PLL（提供CPU所用的时钟）；

用于RTC的晶振，频率为32kHz，带校准功能。

低功耗：

主要包括待机、停止、休眠等低功耗模式，VBAT用于备用寄存器、RTC的电源需要。

调试模式：

JTAG接口、串行调试（SWD）。

DMA：

DMA控制器共有通道12个，支持USART、DAC、ADC、IIC、定时器等诸多外设。

2个16通道的A/D转换器，均为us级，位数为12位，A/D可测量范围是0-3.6 

V，具有保持、双采样的功能，同时还配置了温度传感器（1个）。

只有STM32F103xC/D/E才拥有2通道的A/D转换器，位数为12位，快速I/O端口的数量最高为112个，按照不同的型号，I/O端口主要可分为26、37、51、80、112几种，任何一个端口映射到的外部中断向量共有16个，除模拟输入外，还支持低于5V的输入。

定时器的数量最多可以配置11个，其中16位定时器共有4个，一个定时器拥有的脉冲计数器、PWM/OC/IC共有4个；

6通道高级控制定时器共有2个，位数为16位，用于PWM输出的通道不能超过6个；

看门狗定时器共有2个，分别是窗口、独立型；

Systick定时器是一种倒计数器，位数是24位；

对DAC进行驱动的基本定时器共有2个，位数是16位。

通信接口最多不能超过13个，IIC接口共有两个，分别是PMBus、SMBus；

USART接口共有5个，分别是调试控制、IrDA兼容、ISO7816接口、LIN；

SPI接口共有3个，速度为18 

Mbit/s，其中与IIS复用的共有两个；

2.0B的CAN、SDIO和USB 

2.0全速接口。

STM32F103xx系列微控制器所使用的封装形式是ECOPACK封装。

ARM 

Cortex-M3内核集成了SRAM、Flash存储器。

不同于8/16位设备，ARM 

Cortex-M3使用的RISC处理器是32位的，处理代码的效率更高。

STM32F103xx微控制器配置相应的嵌入式ARM核，为此，对于一切ARM工具、软件都可以实现兼容。

内置的嵌入式Flash大小最高为512KB，可以对数据、程序进行存储，SRAM存储器大小最高至63KB，在实施读写操作时可以按照CPU的时钟速度。

STM32F103xC/D/E中都嵌入了FSMC，实现的片选共有4个，支持NAND、PSRAM、NOR、RAM、Flash模式。

通过OR后，3个FSMC中断线可以和NVIC相连。

它不具有FIFO的读写功能，只有PCCARD是在内部执行，其余代码的执行都是依靠外部存储器，并且不支持Boot功能，目标频率可以高达SYSCLK/2，为此，如果系统使用72MHz时钟，那么读写时的频率为36MHz。

配备矢量中断控制器（NVIC），除Cortex-M3中16根中断线外，可以对其余最多43个可屏蔽中断通道进行处理，在实施中断处理时具有更小的延迟，将中断入口向量表地址直接传送至内核，它所提供的内核结构可以实现中断提前处理，对于后到的中断，优先处理优先级更高的，可以实现尾链，对处理时的具体状态进行自动保存，在退出中断后，可以自动恢复中断入口，而无需任何指令。

它的外部中断/事件控制器主要组成部分是边沿探测器线，主要产生中断/事件请求，共计19条。

对于每一条线，可以对其实施单独屏蔽，在下降沿、上升沿等触发事件的选择方面可以实现单独配置。

为了使中断请求的状态得到维护，可以使用挂起的寄存器，相比内部APB2所对应的时钟周期，如果外部线上的脉冲周期更长，那么这种情况可以通过EXTI进行探测，GPIO的数量最多112个，和外部中断线（共计16个）相连。

启动时需要选择系统时钟，在执行复位操作时，CPU时钟使用内部晶振，频率为8MHz。

通过监视4-16MHz的外部时钟判断成功与否，此过程中，在禁止控制器后，接着禁止软件中断管理。

如果间接利用晶振未能获得成功，那么可以使用PLL时钟具有的中断管理。

在对低速和高速APB，即APB1、PB2等AHB频率进行配置时可以借助多个预比较器，前者的频率最高不能超过36MHz，后者的频率最高可以达到72MHz。

启动时可以借助Boot引脚选择3种Boot选项中的任意一种，可以通过系统存储器、SRAM、用户Flash实现导入。

Boot将相应的程序导入到系统的存储器内，借助USART1，重新编程Flash存储器。

所使用的VDD范围是2.0V-3.6V，借助VDD引脚为其提供相应的外部电源，主要用在内部调压器、IO接口。

对应的VDDA、VSSA电压范围是2.0-3.6V，可以通过外部输入相应的模拟电压，主要用在PLL、RC、复位和ADC等模块，限制ADC的电压为2.4V，VDDA、VSSA处在VDD范围时需要和VDD、VSS相连接。

VBAT具有的电压范围是1.8-3.6V，在VDD无效时变为RTC，借助电源的切换对备份寄存器、32KHz晶振供电。

在此设备上具有较为完整的上电、掉电复位电路，即POR、PDR，此电路时钟有效，保证电压2V的情况下可以正常启动，在电压降至2V时进行相应的操作。

如果VDD比下限VPOR/PDR要低，那么该设备可以工作在复位模式，而无需外部复位。

在设备中有可编程电压探测器（PVD），它可以对VDD进行检测，相比于VPVD，如果VDD高或者低，那么便会产生中断。

中断服务程序可以把MCU处于安全状态，或者产生相应的警告信息，PVD主要使软件处于使能状态。

它配有低功耗（LPR）、主（MR）、掉电三种模式的调压器，传统调节模式使用MR，而停止模式使用LPR、待机模式使用掉电，掉电模式下，调压器高阻输出，核心电路发生掉电，在保证SRAM、寄存器内容未丢失的前提下消耗为零。

STM32F103xx支持3种模式的低功耗，非常好的平衡了唤醒源、短启动时间、低功耗的问题。

CPU处于停止状态，外设正常运行，此模式即休眠模式，在发生中断/事件时CPU被唤醒；

在寄存器、SRAM内容保持的过程中，使用最小功耗，即停止模式，停止1.8V区域内的时钟，同时禁用HSERC、HSI、PLL，调压器处于低功耗或者正常状态。

利用外部中断线可以将设备由停止模式成功唤醒，外部中断源可利用外部中断线产生TRC警告，实现PVD输出。

待机模式的功耗最小，会关闭内部的调压器，而切断1.8V区域的供电，同时关闭HSERC、HSI、PLL。

如果处于待机模式，寄存器、SRAM、待机电路、备份寄存器都会丢失各自的内容。

如果出现IWDG、外部复位，或者WKUP引脚发生TRC警告、出现上升沿，那么设备便由待机模式退出，当处在待机或者停止模式时，并不会停止IWDG、TRC、时钟源。

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，必须保证较低的功耗；

如果性能满足要求，那么必须保证较低的成本。

就此方面看，在当前32位市场上，STM32系列产品具有最低的功耗，低至36mA，相当0.5mA/MHz，具有36MHz的时钟，花费16位产品的价格，所得到的产品性能要比16位产品高的多，基于上述几点考虑，本次的mcu选定为STM32RBT6。

2.2DS18B20 

DALLAS半导体公司制作、推出了DS18B20，这是一款温度传感器，接口为“一线总线”。

这不同于其他的测温元件，比如热敏电阻等，此温度传感器是数字化的，具有非常简单的微处理器接口、较宽的适用电压、较小的体积。

“一线总线”经济而简洁，用户可以利用此接口对传感器网络进行组建，将全新概念引入到构建测量系统的过程中。

利用“一线总线”的数字方式可以直接传输现场温度，使系统的抗干扰性得到极大的提升，能将被测温度直接读取出来，在读数时，结合现实情况，通过编程方式将数字值设定为9-12位，工作的电压范围是3-5.5V，封装方式有多种，更方便、灵活的设计系统，在EEPROM中存储用户预先设定的报警温度、分辨率，即使出现掉电，依然保存相关内容。

针对外设、单片机，在传输数据时，主要利用SCI、SPI、I2C等串行总线，在通信时，I2C总线使用的是同步串行二线模式，具有数据线、时钟线各一条；

SPI总线使用的是同步串行三线模式，输出线、输入线、时钟线各一条；

SCI总线使用的是异步模式，数据输入、输出线各一条。

就DS18B20配有的单总线而言，它的信号线是单条的，可以对时钟、数据进行传输，可以实现双向的数据传输，同时拥有简单的线路、较少的硬件开销、廉价的成本，易于维护和扩展的总线。

出厂前已经在ROM中光记了它独有的64位序列号，即DS18B20对应的地址序列码，每个DS18B20具有完全不同的64位序列号。

64位ROM按照以下方式进行排列，产品家族码用前8位表示，DS18B20的序列号用之后的48位表示，而前56位的循环冗余校验码用最后8位进行表示，即CRC=X8+X5 

+X4 

+1。

对于DS18B20而言，ROM使其各不相同，如此便可以将多个挂接在一根总线上。

DS18B20具有较宽的电压范围，即3.0~5.5V，如果处于寄生电源模式下，供电由数据线完成，无需使用外围元件即可使用，在集成电路中集成了转换电路、传感元件。

通过编程可以使其具有9-12位的分辨率，测试精度较高，温度分辨率为0.0625、0.125、0.25、0.5度。

2.3 

TFTLCD 

薄膜晶体管液晶显示器，即TFT-LCD，液晶成功解决了发光的问题，可以分解发光显示器，主要是光源及其控制。

液晶作为光源获得较大发展，在寿命、全彩色、发光效率方面取得了较大的进步，而且还处在不断提高的过程中。

自发明LCD后，背光源进步明显，以往是单色、较厚、侧置荧光灯式的，而现在发展为彩色、较薄、平板荧光灯式的，发光光源发展较为迅速，新成果不断出现，LCD由此获得了较多的新背光源，光源科技不断发展，LCD会使用更好、更新的光源。

在控制光源时，移植了半导体大规模集成电路领域的相关工艺、技术，并且成功研制出薄膜晶体管（TFT）的工艺，控制液晶光阀所对应的矩阵寻址，使液晶显示器更好的配合使用控制器、光阀，充分体现出了液晶显示的优势。

无源TN-LCD、STN-LCD、TFT-LCD具有不同的矩阵，针对液晶显示屏上的所有点，都专门设置了相应的薄膜晶体管（TFT），做到一对一，解决了在非选通状态时存在的串扰问题，使扫描线数不会影响到液晶屏所具有的静态特性，进而使图像质量得到极大提升，TFT-LCD即真彩液晶显示器。

TFT所指的是薄膜晶体管，可以控制屏幕上的所有像素，组成显示屏的像素可以发生任意颜色，为了达到目的，只需要对像素点所显示的颜色进行控制。

TFT 

LCD使用了背光技术，在像素后需安装开关，此开关类似百叶窗，能够对像素显示的亮度、颜色进行精确的控制，在打开此开关时，光线便可以透进来，而关上开关，光线无法透过。

实现过程中使用了液晶的特性，上、下层都有相应的沟槽，分别是纵向、横向排列，如果没有电压，液晶呈现自然状态，只要结构恰当，通过上层透过的光线会产生90度扭曲，而下层的光线可以顺利通过，加电压后变成产生相应的电场，液晶变成垂直排列，此时光线便无法再通过。

2.4ATK-HC05蓝牙串口 

作为蓝牙串口模块，ATK-HC05模块是主从一体的，而且性能较高，可以与PDA、手机、电脑等具有蓝牙功能的设备实现配对，该模块所支持的波特率范围非常大，为4800~1382400，而且该模块和3.3V或5V的单片机系统相兼容，极其方便、灵活。

在建立微微网前，一切设备都是就绪状态，在此状态中，每1.28s未连接的设备便会对一次消息进行监听，唤醒设备后，在监听信息时可以预设32个调频频率，主设备初始化后实现连接进程。

倘若已知设备的地址，通过页信息实现连接；

倘若地址是未知的，那么通过页信息的查询信息实现连接。

微微网中，如果设备未进行数据传输，那么它便进入节能状态。

主设备设置从设备为保持方式，此过程中处于工作状态的只有内部定时器；

从设备亦可以进入到保持方式。

设备一旦转出保持方式便可以开始数据传输。

在和几个微微网相连，或者对低功耗器件进行管理时，常用保持方式。

低功耗的另外两种工作方式是休眠、监听方式。

鉴于蓝牙基带技术，其支持面向连接方式、无连接方式，前者传输语音，后者传输分组数据，温度数据就通过无连接方式传输。

蓝牙采用的是跳频和时分多址技术。

为了使频谱扩展，需要利用伪随机码序列实现频移键控，此载波频率发生跳变，即为跳频。

传统通信系统中使用定频方式，在发射机中，主振荡器具有固定的振荡频率，为了实现载波频率的跳变，得到跳频信号，按照控制指令改变主振荡器的频率。

能够得到跳频信号的装置被称作跳频器，它主要包括跳频指令发生器、频率合成器。

如果将跳频器等同于主振荡器，那么和传统的发信机没有任何不同。

可以对模拟、数字形式的信号进行传送，之后利用调制器实现调制，进而得到固定频率的已调波信号，接着和频率合成器的主载波频率信号实现混频，此时输出载波频率符合射频通带要求的已调波信号，在经过高通滤波器反馈后，利用天线将信号发射出去，此过程即为发送定频信号的过程。

时分多址是分割时间为不重叠的帧，再分割帧为不重叠的信道，和用户一一对应，主要利用信道对地质不同的信号进行区分，实现多址连接。

3硬件设计

3.1 

MCU

MCU选用的STM32RBT6，64引脚。

对于PORTA、PORTB，利用排阻P1、P3引出相应的IO口，还可以利用P2引出PORTC口，按照相应的顺序排列PORTA、PORTB。

P2连接了DS18B20的数据口以及红外传感器的数据线，它们分别对应着PA0和PA1，只需要通过跳线帽将P2和P3连接起来就可以使用了。

这里不直接连在一起的原因有二：

1，防止红外传感器和DS18B20对这两个IO口作为其他功能使用的时候的影响；

2，DS18B20和红外传感器还可以用来给其他板子提供输入。

P4口与PL2303的串口输出相连接，和STM32的串口1相对应，使用时通过跳线帽将这两处连接起来。

这样设计使得PA9和PA10用作其他用途使用的时候，不受到PL2303的影响。

P5口是另外一个IO引出排阵，将PORTC和PORTD等的剩余IO口从这里引出。

3.2JTAG设计

作为国际标准测试协议，JTAG可以对芯片进行内部测试，标准的JTAG接口包括模式选择、时钟，以及数据的输入、输出线，即TMS、TCK、TDI、TDO。

3.3TFTLCD电路设计

TFTLCD采用34引脚，部分对应关系为：

LCD_LED对应PC10；

LCD_CS对应PC9；

LCD_RS对应PC8；

LCD_WR对应PC7；

LCD_RD对应PC6；

LCD_D[17：

1]；

对应PB[15：

0]。

4软件设计

软件设计部分，包括两大部分：

初始化和功能性设计。

4.1.1 

时钟的初始化

对MCU而言，时钟是其驱动源，为了对STM32的系统时钟进行驱动，主要的时钟源有三种，即HSI和HSE振荡器时钟、PLL时钟。

内部RC振荡器的频率为8MHz，产生HSI时钟信号，在其进行2分频后，可以用作PLL，HSE用户外部时钟、HSE外部陶瓷/晶体谐振器产生高速外部时钟信号，即HSE。

此设计中使用的是PLL时钟，利用可配置分频器的PLL2时钟对HSE、HSI/2时钟进行倍频，之后将其输出。

利用可配置的分频器，可以由HSE得到PLL2、PLL3。

在完成倍频、预分频系数、时钟源的配置后对每个PLL进行使能，只有输入时钟源达到稳定后方能使用。

PLL一旦被使能便不能再更改其参数。

如果将PLL的输入时钟源更改，要关闭当前的时钟源，必须先通过对寄存器（RCC_CFGR）的PLLSRC位进行配置后选择新时钟源。

PLL在就绪时时钟中断寄存器（RCC_CIR）会产生中断，代码如下：

//系统时钟初始化函数 

//pll:

选择的倍频数，从2开始，最大值为16 

void 

Stm32_Clock_Init（u8 

PLL） 

{ 

unsigned 

char 

temp=0;

MYRCC_DeInit（）;

//复位并配置向量表 

RCC->

CR|=0x00010000;

//外部高速时钟使能HSEON 

while（!

（RCC->

CR>

>

17））;

//等待外部时钟就绪 

CFGR=0X00000400;

//APB1/2=DIV2;

AHB=DIV1;

PLL-=2;

//抵消2个单位 

CFGR|=PLL<

<

18;

//设置PLL值2-16

CFGR|=1<

16;

//PLLSRC 

ON 

FLASH->

ACR|=0x32;

//FLASH 

2个延时周期

CR|=0x01000000;

//PLLON 

25））;

//等待PLL锁定

CFGR|=0x00000002;

//PLL作为系统时钟

while（temp!

=0x02） 

//等待PLL作为系统时钟设置成功

{ 

temp=RCC->

CFGR>

2;

temp&

=0x03;

}

}

Stm32_Clock_Init函数中的变量只有一个，即PLL，主要用于时钟倍频数的配置，使用8MHz的晶振，将PLL值设定成9，此时STM32便以72M的速度运行。

唯一变量PLL是用来配置时钟的倍频数的，当前所用的晶振为8Mhz，PLL的值设为9，那么将运行在72M的速度下。

另外，延时函数是经常使用的，为了实现延时，主要使用CM3内核处理器中的SysTick定时器，它是倒计数定时器，为24位，如果记到0，通过RELOAD寄存