基于STM32的智能万年历设计方案

1 基于 智能万年历 设计方案 程设计目的 (1) 学习万年历的原理，学会定时器、触摸屏在万年历中的应用。 (2) 通过万年历的制作使学生熟练掌握所学的相关知识内容，并培养学生工程设计的一般方法和技巧。 计要求： 独立思考、共同合作、保质保量、按时完成。 术要求： (1) 系统组成 系统选用 用开发板上具有的按键、指示灯、触摸屏和串口等实现万年历的功能。 (2) 实现功能： 1) 日历、时间的调整，通过按键切换实现对年月日时分秒的调整控制，可以 设置每一部分的初始值。 2) 具备闰年的自动调整功能 3) 具有定时闹钟功能： 通过按键 /触摸屏设置定时时间。定时时间到，蜂鸣器发出鸣叫声，维持 5S。 4) 上位机功能： 可以把单片机的时间数据通过串口或者 5) 无线 设置功能： 通过远程设置 万年历。 (3) 模块组成： 2 片机最小应用系统；设置显示模块；闹钟模块；时间运行模块等； 决 的主要问题： (1) 最小 应用系统 设计：设计 小应用系统，包括 位、启动、晶振、电源等。 (2) 日历的 显示 和 设置； (3) 万年历 的算法和 实现； (4) 定时 闹钟功能 ； (5) 无线 设 置功能 。 周时间安排 （ 1）第一周： 星期一：布置设计任务，收集相关资料。 星期二：确定设计方案 星期三：软、硬件的总体设计 星期四、五、六、日：上机调试 （ 2）第二周 星期一、二、三：上机调试 星期四：完成设计报告。 星期五： 17:00之前上交课程设计报告。 3 2 总体方案设计 体方案设计 M C 蜂 鸣 器电 源 L C D 显 示 屏 复 位晶 振实 时 时 块工作原理 小应用系统模块 最小应用系统包括 电源、复位、晶振、启动等， 该系统可以接收数据传给上位机，通过上位机将数据传输到显示屏上显示数据，也可以通过改变数据让其调整显示屏上的数据。另外它能使蜂鸣器发声。 础配置模块 基础配置模块实现对 置其输入输出方式、速度及其它专属配置，并使能需要的管脚及外设，设置中断。 间运行模块 时间运行模块是用来对时间运行的算法进行编程，通过算法编程实现对年、月、日、时、分、秒的处理，实现秒满 60 清零并进 1，分 满 60 清零并进 1，时满 24清零并进 1，日满 28或 29 或 30或 31 清零并进 1，月满 12清零并进 4 1的功能。 摸屏显示模块 触摸屏显示模块使用 薄膜晶体管液晶显示器，使用 块驱动芯片中的 片，实现触摸屏的显示。 无源 在液晶显示屏的每一个像素上都设置有一个薄膜晶体管 （ 可以有效地克服非选通时的串扰，使显示液晶屏的静态特性与扫描线数无关，因此大大提高了图像质量。 显示器。 摸屏触摸模块 触摸屏的主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触，电阻发生变化，在 X 和 后送到触摸屏控制器。控制器侦测到这一接触并计算出 X，根据获得的位置模拟鼠标的方式运行。 钟设置模块 定时闹钟模块是利用 过设置闹钟时间，倒计时使其到达指定时间触发蜂鸣器，从而实现闹钟提示的功能 。 件模块简介 在智能万年历项目中，我们采用的硬件 主要是基于 神州二号开发板，它的主要性能如下表所示： 5 小应用系统 最小应用系统是完成此项目所有功能的基础，它主要包含 电源、复位、晶振、启动等，我们通过程序使能这些硬件，让它完成相应的功能。 控制单元，是把中央处理器的频率与规格做适当缩减，并将内存、计数器、 A/D 转换、 周边接口， 动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。 复位电路：就是利用它把电路恢复到起始 状态。就像计算器的清零按钮的作用一样，以便回到原始状态，重新进行计算。和计算器清零按钮有所不同的是，复位电路启动的手段有所不同。 晶振电路 :驱动整个系统中的各个时钟进行工作。 启动电路 :启动整个系统。 电源：给整个系统供电。 示屏 薄膜场效应晶体管。所谓薄膜晶体管，是指液晶显示器上的每一液晶 像素 点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息。 6 3 硬件设计 3.1 件系统原理图 我们组选用神州二号 开发板来完成我们的任务目标，它是基于 发的，面向企业和广大爱好者，开发板功能强大，外围资源丰富，例程丰富，如下图所示：此章主要介绍最小应用系统（ 位、启动、晶振、电源等）和此设计相关硬件。 州二号 发板选择的是 为 芯片是 列 里面配置非常强大的了，它拥有的资源包括： 482562 个基本定时器、 4 个 通用定时器、 2 个高级定时器、 3 个 2 个 5 个串口、 1 个 1个 3 个 1 个 1 个 口、以及 80 个通用 。 神州二号开发板选用的是外设资源和管脚资源最丰富的 100脚 装的 片，充分满足企业和广大爱好者的评估开发需求。 所以我们选择了它作为我们的主芯片。 7 分原理图如下图所示 位电路 图中所示 是开发板板载的复位按键（ 用于复位 具有复位液晶 显示屏 的功能，因为液晶模块的复位引脚和 复位引脚是连接在一起的，当按下该键的时候， 液晶一并被复位。因为 低电平复位的，所以我们设计的电路也是低电平复位的，这里的 R 和 C 构成了上电复位电路。同时，开发板把 ，这样这个复位按钮不仅可以用来复位 可以复位 8 动电路 在 以通过 :0引脚选择三种不同启动模式。 启动模式如下： 在系统复位后， 个上升沿， 户可以通过设置选择在复位后的启动模式。 在从待机模式退出时， 脚的值将被被重新锁存，因此，在待机模式下 启动延迟之后， 000获取堆栈顶的地址，并从启动存储器的 0004指示的地址开始执行代码。 因为固定的存储器映像，代码区始终从地址 0000开始 (通过 ，而数据区 (终从地址 0000开始 (通过系统总线访问 )。 终从 启动仅适合于从代码区开始 (典型地从 。 控制器实现了一个特殊的机制，系统可以不仅仅从 储器或系统存储器启动，还可以从内置 振电路 是其精度不是很高，为此，我们在外部增加了 25系统的可靠动作提供时序基准。 部已经包含了 40速内部 荡电路 是其精 度不是很高，为此我们在外设部分增加了 晶振电路，可以用于驱动独立看门狗和通过程序选择驱动 晶振电路图如下： 9 源电路 模拟转换（ 路需要使用到的模拟参考电源和模拟电源输入。 其相关管脚定义如下 : 在神州二号开发板上， 保障其稳定性需要隔离并增强独立的滤波储能电容 。 鸣器电路 神州二号 原理 图如图所示： 10 有源蜂鸣器是指自带了震荡电路的蜂鸣器，这种蜂鸣器一接上电就会自己震荡发声。而如果是无源蜂鸣器，则需要外加一定频率（ 25驱动信号才会发声。这里我们选择使用有源蜂鸣器，方便大家使用。 图中 用来扩流， 是一个下拉电阻，避免 位的时候，蜂鸣器可能发声的现象。 号直接连接在 面， 以做 出，所以大家如果想玩高级点（如：控制蜂鸣器 “ 唱歌 ” ），就可以使用 控制蜂鸣器。 时时钟电路 神州二号开发的 理 器内部带有 时时钟，使用我们的代码可以实现年月日时分秒及星期等计算与输出功能。 内部的 时时钟在系统正常运行时使用系统的 源，而在系统断电时则电池供电保证时间信息持续不丢失。其供电 用 扣电池，相关电路如下： 11 摸屏模块电路设计 介 英文全称为： 单矩阵不同，它在液晶显示屏的每一个 像 素上都设置有一个薄膜晶体管（ 可有效地克服非选通时的串扰，使显示液晶屏的静态特性与扫描线数无关，因此大大提高了图像质量。 模块原理图如 下 图所示： 其中 选信号。 入数据。 取数据。 D15： 0： 16 位双向数据线。 复位 令 /数据标志（ 0，读写命令； 1，读写数据）。 需要说明 的是， 块的 号线是直接接到 复位脚上，并不由软件控制，这样可以省下来一个 。另外我们还需要一个背光控制线来控制 背光。所以，我们总共需要的 数目为 21 个。 示设置 神州二号开发板 提供的 块，其驱动芯片有很多种类型， 我们这里用 。 晶控制器自带显存，其显存总大小为 172820（ 240*320*18/8），即 18 位模式（ 26 万色）下的显存量。模块的 16 位数据线与显 存 的对应关系为 565 方式，如图所 示： 12 最低 5 位代表蓝色，中间 6 位为绿色，最高 5 位为红色。数值越大，表示该颜色越深。下表是 几个重要命令 ： 其中， 置 0239），于设置行地址（ Y 坐标， 0319）。当我们要在某个指定点写入一个颜色的时候，先通过这两个命令设置到 该 点，然后写入颜色值就可以了。 摸 设置 对触摸屏的控制有专用的控制芯片。触摸屏的控制芯片主要完成两个任务：一是完成电极电压的切换，二是采集接触点处的电压值并实 现 A/ 触摸屏控制芯片主要由触摸检测部件和触摸屏控制器组成。触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受位置信号后送至触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给 时它能接收 动设置 1）设置 O。 这一步， 我们先将与 便驱动 里我们用到的是 2）初始化 通过向 启动 后续显示字符和数字做准备。 3）通过函数将字符和数字显示到 件系统模块电路 题硬件选型依据及简介 神州二号开发板是基于 发的，其内部的资源主要有： 4813 2562 个基本定时器、 4 个通用定时器、 2 个高级定时器、 3 个 2 个 个串口、 1 个 1 个 3 个 1 个 1 个 口、以及 80 个通用。 神州二号开发板的特点有：供电灵活、下载方便、外观大气、设计灵活、资源丰富、调试方便、触摸彩屏等。神州二号开发板选用的是外设资源和管脚资源最丰富的 100脚 片，充分满足企业和广大爱好者的评估开发需求。同时也符合我们这次课程设计的要求， 所以我们选择了它作为我们的主芯片。 题主芯片的内部逻辑结构 主系统由以下部分构成： 四个驱动单元： 3内核 和系统 总线 ( 通用 四个被动单元 内部 内部闪存存储器 它连接所有的 这些都是通过一个多级的 下图所示： 线 14 该总线将 3 内核的指令总线与闪存指令接口相连接。指令预取在此总线上完成。 线 该总线将 3 内核的 线与闪存存储器的数据接口相连接 (常量加载和调试访问 )。 系统总线 此总 线连接 3 内核的系统总线 (外设总线 )到总线矩阵，总线矩阵协调着内核和的访问。 线 此总线将 控接口与总线矩阵相联，总线矩阵协调着 存和外设的访问。 总线矩阵 总线矩阵协调内核系统总线和 控总线之间的访问仲裁，仲裁利用轮换算法。包含4 个驱动部件 ( 统总线、 线和 线 )和 4个被动部件 (闪存存储器接口 ( )。 设通过总线矩阵与系统 总线相连，允许 问。 ( 两个 个 6作于全速 (最高 72 部管脚特性 装，其外部管脚图如下： 其外部管脚应用于本实验主要有以下几个体现： 15 （ 1） 触摸 屏接口： （ 2） 蜂鸣器电路： （ 3） 复位电路： 按键实现手动复位和上电复位。 （ 4） 按键输入：神州二号开发板共有 8 个功能按 键，分别是 键（ 键 (上 ( ( ( (定和一个用于自定义功能的按键 ( （ 5） 时时钟电路 :钟在系统正常运行时使用系统的 源，而在系统断电时则用电池供电保证正常工作。 （ 6） 电源电路：供电方式主要有三种，分别是 口供电，最大 500部直流电； 8 供电，包括 5V 或 硬件接口连接 蜂鸣器 蜂鸣器在硬件上是直接连接好了的，不需要经过任何设置，直接编写 代码就可以了。蜂鸣器的驱动信号连接在 。 蜂鸣器与 接图 图中我们用到一个 极管（ 驱动蜂鸣器， 要用于防止蜂鸣器的误发声。当 出高电平的时候，蜂鸣器将发声，当 出低电平的时候，蜂鸣器停止发声。 触摸屏 神州二号开发板 自带的触摸屏属于电阻式触摸屏，电阻屏的特点有： 1）是一种对外界完全隔离的工作环境，不怕灰尘、水汽和油污。 2）可以用任何物体来触摸，可以用来写字画画，这是它们比较大的优势。 3）电阻触摸屏的精度只取决于 A/D 转换的精度，因 此都能轻松达到 4096*4096。 块的触摸屏总共有 5 跟线与 接，连接电路图如 下 图所示： 16 从图中可以看出 ,_别连接在 显示屏 液晶显示屏的每一个 像 素上都设置有一个薄膜晶体管（ 可有效地克服非选通时的串扰，使显示液晶屏的静态特性与扫描线数无关，大大提高了图像质量。它的管脚图如下： 17 从 上图 可以看出 ， 块采用 16 位的并 行 方 式与外部连接，之所以不采用 8 位的方式，是因为彩屏的数据量比较大，尤其在显示图片的时候，如果用 8 位数据线，就会比 16 位方式慢一倍以上，我们当然希望速度越快越好，所以我们选择 16 位的接口。 18 4 软件设计 年历定时 设计思路 神州号的处理器集成了 处理器复位或系统掉电但有实时时钟电池的情况下，能维持系统当前的时间和日期的准确性。实时时钟是一个独立的定时器。在相应软件配置下，可提供时钟日历的功能，修改计数器的值可以重新设置系统当前的时间和日期。 程序模块 主要函数为各初始化函 数、中断函数、定时函数和主函数，另外还有显示屏显示与触摸的相应配置。在主函数中，先对各项配置进行初始化，然后设定年月日等变量初始值，最后对 数据进行处理并调用，使其显示于触摸屏上，另外还可对字体颜色，字号或者背景颜色进行设置。主程序流程图如下： 开 始设 定 各 变 量 初 始 值初 始 化 系 统 时 钟配 置G P I O , E X T I , N V I C ,T I M E R , L C A R T 1 发 送 字 节 ，字 符 串配 置 主 函 数 处 理年 、 月 、 日 、 时 、分 、 秒 、 定 时 器是 否 调 整 时 间 日 期否是显 示 设 定 时 间 和 日期显 示 已 配 置 的 时 间和 日 期 19 摸屏模块 摸屏是电阻式触摸屏， 电阻式触摸屏利用压力感应进行控制。电阻触摸屏的主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的 复合薄膜，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有一层透明氧化金属（透明的导电电阻）导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防擦的塑料层、它的内表面也涂有一层涂层、在他们之间有许多细小的（小于 1/1000 英寸）的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触，电阻发生变化，在 X 和 Y 两个方向上产生信号，然后送触摸屏控制器。控制器侦测到这一接触并计算出（ X， Y）的位置，再根据获得的位置模拟鼠标的方式运作。这就是电阻技术触摸屏的最基本的原理。 对触摸屏的控制有专用的控制 芯片。触摸屏的控制芯片主要完成两个任务：一是完成电极电压的切换，二是采集接触点处的电压值并实现 A/ 触摸屏控制芯片主要由触摸检测部件和触摸屏控制器组成。触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受位置信号后送至触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给时它能接收 题设计 双工数据交换，利用分数波特 率发生器提供宽范围的波特率选择，支持同步单向通信和半双工单线通信，也支持 部互联网），智能卡协议和 外数据组织） 及调制解调器（ 作。它还允许多处理器通信。用多缓冲器配置的 以实现高速数据通信。 用分数波特率发生器，最高速率 =72M/16=。任何 要用到 2个对外连接的引脚： 收数据串行输入。通过过采样技术来区别数据和噪音，从而恢复数据。 送数据输出 。当发送器被禁止时，输出引脚恢复到它的 I/发送器被激活，并且不发送数据时， 单线和智能卡模式里，此 I/20 传输的内容格式是以字符串和 （ 1） 层参考模型不是通讯标准，它只给出一个不会由于技术发展而必须修改的稳定模型，使有关标准和协议能在模型定义的范围内开发和相互配合。一般的通讯协议只符合 （ 2） 实现了五层协议： 1）物理层：对应 2）网 络接口层：类似于 3） 型在 考虑网间连接。 4）传输层：对应 传输层。 5）应用层：对应 表示层和应用层。 （ 1） 们是： 1. 芯片内置的 2. 芯片内置的 ，就是内存。 3. 系统存储器：芯片内部一块特定的区域，芯片出厂时在这个区域预置了一段是通常说的 序。这个区域的内容在芯片出厂后没有人能够修改或擦除，即它是一个 。 在每个 两个管脚在芯片复位时的电平状态决定了芯片复位后从哪个区域开始执行程序 。 x 从用户闪存启动，这是正常的工作模式。 从系统存储器启动，这种模式启动的程序功能由厂家设置。 从内置 动，这种模式可以用于调试。 要注意的是，一般不使用内置 动 ( )，因为 电后数据就 21 丢失。多数情况下 是在调试时使用，也可以做其他一些用途。如做故障的局部诊断，写一段小程序加载到 诊断板上的其他电路，或用此方法读写板上的 。还可以通过这种方法解除内部 读写保护，当然解除读写保护的同时内容也被自动清除，以防止恶意的软件拷贝。 （ 2） 采用 26万色的 辨率为 320240 ，采用 16位的 80并口与外部连接。 该模块的 80 并口有如下一些信号线： 片选拉低时，表示选中。 令 /数据标志（ 0，读写命令； 1，读写数据）。 上升沿，使数据写入到 在 数据锁存到数据线上 。 D15:0： 16 位双向数据线。 复位 号线，是直接接到 复位脚上，并不由软件控制，这样可以省下来一个 另外，还需要一个背光控制线来 控 制 以，总 共需要的 数目为 21个。 控制器自带显存，其显存总大小为 172820（ 240*320*18/8），即 18 位模式（ 26 万色）下的显存量。 定时的时序图 显示的时序图 22 定时的流程图： 开 始进 入 T I M 3 中断 服 务 函 数秒 - 1如 果 秒 0是否 如 果 分 0是分 - 1秒 = 5 9否 如 果 时 0是时 - 1分 = 5 9秒 = 5 9j s = 1使 能 T I M 4T I M 3 清 除 中断 标 志 位进 入 T I M 4 中断 服 务 函 数蜂 鸣 器 响T I M 4 清 除 中断 标 志 位结 束 23 示流程图： 开 始设 置 S T M 3 2与T F T L C D 相 连 的 初 始 化 T F T L C 设 计 的 程 序 将 要 显 示 的汉 字 、 数 字 等 显 示 在 屏 幕 合适 的 位 置 上结 束5 调试与结果 试任务 主要对我们设计的智能万年历进行三个方面的测试： （ 1）屏幕显示模块测试 （ 2）时间设置模块测试 （ 3）定时闹钟模块测试 24 试目的目标 测试是为了检验我们设计是否达标， 测试软件编程是否能通过编译和测试软硬件是否能协调工作。 打开万年历之后检查其是否可以显示时间，是否可以通过按键或触摸来修改数据，是否可以实现万年历的算法及是否可以根据判断闰年来显示 调整时间，是否可以实现定时闹钟的功能。测试 能以最少的人力和时间发现潜在的各种错误和缺陷，保证设计的质量和可靠性，发现方案中的不足并改进，在实现设计目标的同时优化设计结果，尽量实现低功耗。 试软硬件环境 硬件环境： J 8 仿真器一套； 神舟二号开发板一套。 软件环境： 装有 真软件的 上的计算机一台。 试的过程及其步骤 1）接通电源，打开开发板，下载电脑中的程序。 2）观察 示屏上显示的数据是否与我们在 电脑上输入的配置相同。 3）设定倒计时，观察倒计时的数到达指定状态以后蜂鸣器是否发出响声。 4）测试万年历的算法能否实现。 5）测试万年历的设置能否实现。 试结果 定时闹钟模块测试：可以发出响声，持续 5s。 日历的显示模块测试：万年历可以正确的显示数据。 日历的设置模块测试：万年历可以触摸式调整数据。 万年历的算法模块测试：万年历的算法无误。 25 显示模块： 设置模块： 闰年算法的实现： 26 6 总结 两周的课程设计马上就要结束了，我和同学们一起度过了这段 忙碌而充实的时光。这次的课程设计深刻的反映出实践是检验真理的唯一标准这句话的真谛。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不可少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。 这次课程设计的主题是 基于 智能万年历 ，本次设计的万年历系统以单片机为主控制模块、 为液晶显示模块、 内部的 钟作为实时时钟模块。首先老师介绍了这次课程设计的主要内容，然后同学们进行分组并选出组长，各组进行分工安排、制定计划，组员明确各自的任务后，互相合作完成工作。我在这次课程设计中负责的是最小应用系统与流