（信号与信息处理专业论文）基于cortex内核嵌入式处理器的压磁传感信号检测技术研究.pdf

摘要 摘要 利用压磁效应实现金属应力无损检测的技术，在铁路、油田和先进制造领域 有广泛的应用需求。本文在电学理论和磁学理论研究的基础之上，给出一种将压 磁传感信号转换成线圈阻抗变化的新方法，并结合嵌入式技术，设计了以s t m 3 2 和a d 5 9 3 3 为核心的阻抗检测装置。通过一系列的实验室测试，表明方案可行。 具体的研究内容包括： 1 查阅和搜集了大量的相关资料，搞清了相关的电学和磁学基础理论知识， 包括电路、磁路与电磁耦合理论，搞清了金属的磁致伸缩效应和压磁效应机理， 为进一步研究打下了基础。 2 搜集了现有的压磁传感器资料并仔细研究，基本理解了压磁传感器的工 作原理。在现有电压输出信号的压磁传感器工作机理的基础之上，从压磁传感器 阻抗变化入手，结合电磁耦合原理设计了新的压磁传感信号提取方案，并通过数 学推导，找到了理论依据。 3 仔细阅读了专用阻抗检测芯片a d 5 9 3 3 的的英文资料，理解了其内部结 构，掌握了基本使用方法。并且通过大量实验测试，验证了其精度并找到了进一 步提高测量精度的方法。 4 仔细阅读了基于c o r t e x 内核的嵌入式处理器s t m 3 2 的英文芯片手册， 根据课题需要移植了和修正了芯片外设的相关代码，进行了认真调试。 5 设计了基于s t m 3 2 和a d 5 9 3 3 相结合的阻抗检测硬件装置，参与绘制了 其中的部分原理图和p c b 图，并在电气阻抗检测项目中试用。 6 学习了z i g b e e 无线网络技术和嵌入式操作系统w i n d o w sc e 的编程。结 合阻抗检测的实验装置，进一步提出了无线传感器网络的在线应力检测的初步的 设计方案。 关键词：压磁传感器；阻抗测量；a d 5 9 3 3 ；c o r t e x ；s t m 3 2 北京工业大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t l o s s l e s ss t r e s sd e t e c t i o nt e c h n o l o g yb a s e do np i e z o m a g n e t i ct h e o r yi sw i d e l y n e e d e di no i lf i e l d ，r m l w a ya n do t h e ra d v a n c e dm a n u f a c t u r ea r e a t h i sp a p e r d i s c u s s e san e w w a yo fs t r e s sd e t e c t i o na c c o r d i n gt op i e z o m a g n e t i cs e n s o r s i m p e d a n c ec h a n g e s t h e nc o m b i n e dw i t l le m b e d d e dt e c h n o l o g y , d e s i g n e da i m p e d a n c ed e t e c t i n gd e v i c eb a s e d o ns t m 3 2a n da d 5 9 3 3 m o r ed e t a i l sa b o u tt h e r e s e a r c hi n c l u d e ： 1 f a m i l i a r 、i 也n e c e s s a r ym a g n e t i ca n de l e c t r o n i ct h e o r y , c o l l e c t e dp l e n t yo f r e l a t i v em a t e r i a l s i ti n c l u d e sm a g n e t o s t r i c t i o ne f f e c ta n dr e v e r s i b l em a g n e t o s t r i c t i o n e f f e c t ，t h e o r i e si nm a g n e t i cc i r c u i t ，t r a n s f o r m e rt h e o r i e s t h i sp r o v i d e sr e f e r e n c ef o r f o l l o w i n gd e e p e rr e s e a r c h 2 c o l l e c t e di n f o r m a t i o no fe x s i t i n gp i e z o m a g n e t i c s e n s o r , b a s i c a l l yu n d e r s t o o d t h ep r i n c i p l e d i s c u s san e ww a yo fs t r e s sd e t e c t i o na c c o r d i n gt op i e z o m a g n e t i c s e n s o r si m p e d a n c ec h a n g e s ，b a s e do ne x s i t i n gp i e z o m a g n e t i c s e n s o ru s i n gv o l t a g ea s o u t p u ts i g n a l d e s i g n e dan e wm o d e lo fp i e z o m a g n e t i cs e n s o rb a s e do nt r a n s f o r m e r t h e o r y , a n dd e m o n s t r a t e di tt h e o r e t i c a l l y 3 c a r e f u l l yr e a da n dt r a n s l a t e dt h er e f e r e n c em a n u a lo fi d cc h i pa d 5 9 3 3 ， u n d e r s t o o di t si n t e m a ls t r u c t u r e s ，a n dt h ep r o c e s so fi t su s a g e ap l e n t yo ft e s t i n gi s a c c o m p l i s h e d ，i t sp r e c i s i o ni sv e r i f i e d i na d d i t i o n ，t h em e a n so fi m p r o v i n ga d 5 9 3 3 s p r e c i s i o ni sp r o v i d e d 4 c a r e f u l l yr e a da n dt r a n s l a t e dt l l er e f e r e n c em a n u a lo fe m b e d d e dm c u s t m 3 2 w h i c hb a s e do nc o r t e xc o r e ，c a r e f u l l yr e a da n dr e w r i t e dt h ec o d eo fa l lp e r i p h e r a l s ，a c a r e f u ld e b u gi sf i n i s h e d t h ec h a r a c t e r i z a t i o no fs t m 3 2i sm a s t e r e d s o m ee r r o r si n d e m oa r ec o r r e c t e d ，s u c ha se r r o r si n1 2 cr e a da n dw r i t ef u n c t i o n 5 d e s i g n e dai m p e d a n c ed e t e c t i n gd e v i c eb a s e do ns t m 3 2 a n da d 5 9 3 3 ，a n d a p p l i e di ti nap r o g r a m p a r t i c i p a t e di ns c h e m a t i cd e s i g na n d p c b d e s i g n 6 e l e m e n t a r i l ys t u d i e dz i g b e ew i r e l e s sn e t w o r kt e c h n o l o g ya n dp r o g r a m m i n gi n e m b e d d e ds y s t e mw i n d o w sc e d i s c u s saw a yo fb u i l d i n gw i r e l e s s - s e n s o rn e t w o r k ， p r o v i d e dap r e l i m i n a r yb l u ep r i n t k e yw o r d s ：p i e z o m a g n e t i cs e n s o r ；i m p e d a n c em e a s u r e m e n t ；a d 5 9 3 3 ；c o r t e x ； s t m 3 2 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得j 曼塞王些太堂或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解j 塞王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印：缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 日期：雄 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题研究背景及意义 压磁传感器工作原理是基于压磁效应，即磁致伸缩效应的逆效应，由维拉 里( v i l l a r i ) 提出。该效应是指铁磁性材料受到机械应力( 如压力、拉力或扭矩 作用引起的应力) 作用时，其材料的导磁性发生改变尤其是磁导率发生变化。 压磁传感器是一种近年来的新型传感器，目前已有一些应用，主要领域为 钢铁材料的无损检测，尤其是应力检测领域。比如石油钻探中的油井套管应力检 测、铁轨的应力检测等。 以油井套管应力检测为例。井下套管常常地层挤压或其他外力而损坏，给 油田生产带来了严重损失。而随着油田开采深度的加深，套管的工作环境变得更 加恶劣，将会出现更复杂的套管损坏情况；因此，进行套管应力在线检测，对套 管损坏的情况动态跟踪，延长套管使用寿命，具有现实意义。 基于压磁效应的应力传感器可以实现对套管的前期预测，达到预防套损发 生的目的。它具有输出信号较大，抗干扰能力强、维护方便、适应能力强等优点， 是近几年国内外新兴的一种传感器。但也因为目前此方面的理论和技术还不够成 熟，还处于逐步完善阶段。本文一方面研究了已有的压磁传感器，并在此基础之 上，试验并设计了新的压磁传感信号提取方法，并通过数学推导找到了理论依据。 根据逆磁致伸缩效应的原理，当铁磁材料受到外力作用时反应在材料内部 磁导率的变化，根据压磁效应可以把受力和磁导率的变化联系起来，结合耦合变 压器原理，磁导率的变化可以导致变压器的阻抗变化和次级线圈的输出电压变 化，从而把非电量的信号转换为可测量的电信号，便于实验的分析和处理。 另一方面，该类传感器通常是在野外或井下场合使用，这要求设备尽量地 小型化，低功耗化，以及最近提出的网络化。将传感器和嵌入式技术结合，则能 适应这些需求。嵌入式处理器体积小，功耗低，可靠性高，成本低，近年来飞速 发展，在人们生活中，工业控制设备上，航空航天中已经被大量运用。它方便了 人们的生活，提高了生产效率，加速了各行各业的进步。嵌入式处理器本身也在 不断进步，从早期的8 位的8 0 5 1 单片机，到现在各种各样的3 2 位a r m 等单片 机，性能和集成度不断提高，功耗和成本却不断降低。比如意法半导体0 8 年刚 北京工业大学工学硕士学位论文 推出的基于a r mc o r t e x m 3 内核的s t m 3 2 单片机，集成了大量外设，频率为 7 2 m h z ，成本却不到3 0 元。将嵌入式技术和传感器结合，有比较光明的前景。 1 2 课题相关研究的现状 1 2 1 无损检测的发展情况 应力检测技术中，关于铁磁材料的无损检测情况为：内应力的测量方法分为 两大类：应力释放法和无损检测法。应力释放法属于传统方法，需不同程度地破 坏被检测件，将内应力释放出来才能测出。无损检测法通过内应力引起的材料物 理性能变化来探测内应力的大小和分布，不必损伤被测工件。目前已知的测量内 应力的磁学方法主要有以下几种：磁力声发射法( 亦称之谓b a r k h a u s e n 效应一 m a e 或a b e ) 、磁各向异性法和磁场旋转法等，它们都是基于磁弹性效应原理 而工作的。 ， 无损检测法包括：x 射线法、磁测应力法、贴应变片和超声波法等。其中x 射线测定法比较成熟，测量范围比较广，测量精度也比较高，但这种方法只能测 工件最表层的应力，对被测件的表面质量要求较高，测量过程也比较复杂，对于 大型结构件的现场测量也有一定困难，所需仪器非常昂贵；超声波法在工程上的 应用虽然比较方便，但它受被测工件成份、组织的影响比较大，在测定二维应力 方面该方法还不成熟，尚未达到实用阶段；贴应变片方法测量精度较高，但是不 能自由移动，因此也不适合油井套损检测。磁测应力法能测定导磁性物体中的应 力场，对被测件表面质量要求不高。磁测应力法可测得材料表面下约1 5 m m 范 围内的平均应力，有很大的应用价值。该项技术1 9 9 7 年在国际学术会议上发表 后，在许多领域得到研究和推广应用【l j 。 1 2 2 应用背景之油井套管的应力检测 套管的损坏给油田生产带来了严重损失，减缓、控制套管损坏已成为国内外 石油天然气开发中一个急需解决的问题。目前，套管的应力检测方法还不成熟， 现成的套管应力检测仪器也比较少。另一方面，在航空、核工业等领域已有了实 用化的无损检测方法测量材料应力的仪器和装备1 2 。套损检测常规技术都停留在 套损的检测水平，即只有发生宏观机械变形才能检测到相关信息，还没有有效的 微观检测预报手段和措施。主要使用多臂井径、超声电视、管子分析仪和地层压 力监测等技术 3 1 。 基于逆磁致伸缩效应的套管应力检测( r m s ) 技术是近几年发展的一种新的 传感器技术，国内外报道比较少，现成的仪器也不完善。磁测应力法是1 9 9 7 年 2 第1 章绪论 皇曼曼曼! 曼曼i 一一 i n i i _ ：i = i ! ! ! ! ! ! ! 苎! ! 曼苎! 苎曼曼! 曼! ! 曼! ! 曼璺 的国际学术会议上发表，它可测得材料表面下约1 5 r a m 范围内的平均应力，有 很大的应用价值。2 0 0 5 年哈尔滨工业大学机械电子实验室研究电液伺服系统在 油井应用中探究了套管应力的检测，他们采用贴片式，在理论上提出套管应力检 测的可行性和发展性。2 0 0 7 年北京工业大学与一些油田合作，对r m s 进一步的 研究结合现场进行检验，取得进一步的进展。 1 3 本课题的任务 本课题主要是对铁磁材料的应力检测方法进行一些研究，可能的应用场合是 油井套管和铁轨的应力检测。研究的内容包括压磁传感器的理论研究，硬件检测 系统的设计，代码编写和调试。 本文完成了以下工作内容： 完成压磁传感器的理论分析，现状和可行性调查。提出了可以结合压磁效应， 结合变压器原理，测量阻抗变化而分析应力变化的思路。 充分发挥近年来微电子技术成果，选用最新的超大规模专用集成电路芯片， 充分发挥其模数混合技术和数字信号处理技术来解决信号提取和信号处理问题。 较全面地研究a d 5 9 3 3 阻抗检测芯片，掌握其性能。进行一些测试，尤其是测量 小阻抗时的精度。 较全面地研究基于c o r t e x 内核的嵌入式处理器s t m 3 2 。包括其内核以及所 有片上外设。并且与a d 5 9 3 3 进行联合调试。初步设计套基于s t m 3 2 和a d 5 9 3 3 的嵌入式阻抗检测装置。完成原理图和p c b 图设计。 针对压磁传感装置可能的应用范围，对传感器网络进行一些初步研究。比如 z i g b e e 技术。 3 北京工业大学工学硕士学位论文 第2 章磁致伸缩效应和逆效应及压磁传感器 2 1 磁致伸缩效应和逆效应 铁磁材料在磁场中被磁化后，其长度会沿磁场方向发生一些微量变化。有的 会沿磁场方向伸长；有的则会沿磁场方向缩短。此即磁致伸缩现象。沿着磁场方 向伸长为正磁致伸缩，沿着磁场方向缩短为负磁致伸缩。 铁磁材料的这种磁致伸缩，是由于自发磁化时导致物质的晶格结构改变，使 原子间距发生变化而产生的现象。铁磁材料内部可以看成有大量磁畴存在，在没 有外加磁场时，磁畴排列无序，磁场相互抵消，对外不显示磁性。在外磁场作用 下，磁畴沿着外磁场的方向作有规则的取向，于是形成了宏观的磁致伸缩效应( 威 德曼效应) 。 磁致伸缩效应的原理如图2 1 所示。在居里温度下，铁磁材料或亚铁磁材料 中存在着大量的磁畴。磁畴的自发磁化会引起晶格发生形变，在没有外加磁场的 时候，自发磁化引起的形变相互抵消。外加磁场后，磁场内部随机取向的磁畴方 向发生旋转，旋转方向与磁场方向一致，各个晶格发生的形变方向也一致。如果 晶格是沿磁场方向伸长，则材料沿磁场方向伸长；如果晶格沿磁场方向缩短，则 材料沿磁场方向缩短。 退磁状态 堪和磁化状态 图2 - 1 磁致伸缩效应 f i g u r e2 - 1m a g n e t o s t r i c t i o ne f f e c t 和许多自然现象都存在正效应和逆效应一样，磁致伸缩效应也存在着逆效 应。在外力作用下，铁磁材料内部发生应变，产生应力，使各磁畴之间的界限发 生移动，从而使磁畴磁化强度矢量转动，进而使铁磁材料的磁导率也发生相应的 4 第2 章磁致伸缩效应和逆效应及压磁传感器 变化，这种由于应力使铁磁材料磁导率发生变化的现象即磁致伸缩效应的逆效 应，也被称为压磁效应。 画 图4 - 1s t m 3 2 f 1 0 3 的管脚描述 f i g u r e4 - 1f o o td e s c r i p t i o no fs t m 3 2 f 1 0 3 嚣嚣嚣霉毗ii麓恩壤眦 川咒潍 陀 戌 北京工业太学i 学顶学位论文 s t m 3 2 有两个系列：增强型s t m 3 2 f 1 0 3 和基本型s t m 3 2 f 1 0 l ，都包括： 3x u s a r t 2xs p i 2x 1 2 c 3x 1 6 位定时器 4 - 1 6 m h z 主振荡器 内嵌8 m h z 的r c 振荡器和3 2 k h z 的r c 振荡器 实时时钟 2x 看门狗 复位电路，上电断电复位，电压检测 7 通道d m a 8 0 管脚是通用i 0 温度传感器 基本型的s t m 3 2 f 1 叭的| 生价比较高，包括 主频3 6 m h z 1 6 k 字节s r a m 1 个1 2 位的1 m s p s 的a d c o p s l 增强型s t m 3 2 f 1 0 3 的性能更强，还包括 主频7 2 m h z 多达2 0 k 字节s r a m c a n 20 b u s b20 全速 专用p w m 定时器 2 个1 2 位的1 m s p s 的a d c o “曲 图4 - 2s t m 3 2 的结构图 f i g u r e4 - 2b l o c k s o f s t m 3 2 ! ! ! 丝! 竺些! ：些! 些型： 在a d 5 9 3 3 的调试中，使用的s t m 3 2 1 0 3 v b ，南京万利电子的e k - s t m 3 2 f 开发板，如图4 - 3 所示。 图4 - 3e k s t m 3 2 f 开发板 f i g u r e4 - 3 e k - s t m 3 2 f d e v e l o pb o a r d 4 3 开发环境i a re w a r m4 4 1 a a r m 核嵌入式处理器通常采用c 语言编程，应用操作系统及其平台进行开 发。目前除了a r m 公司推出的s d t 、a d s 以及r e a l v j e w 等开发工具外，许多 著名软件开发商都推出了支持a r 3 v l 核嵌入式处理器的软件开发工具，瑞典i a r 公司推出的a r m 嵌入式系统集成开发环境( i a r e m b e d d e d w o r k b e n c h f o r a r m ， 简称i a r e w a r m ) 是其中的使使者。 i a r 公司是全球领先的嵌入式系统开发工具和服务供应商，i a r 公司于 1 9 8 6 年推出世界上首个嵌入式c 编译器，支持全球几乎所有知名半导体公司的 8 位、1 6 位以及3 2 位微处理器，例如8 0 5 l 、m s p 4 3 0 以及a r m 核嵌入式处理 器等，具有强大而灵活的优化功能，能够生成极为紧凑的目标代码。 i a r 的e m b e d d e dw o r k b e n c h 系列是一种增强型一体化嵌入式集成开发环境， 其中完全集成了开发嵌入式系统所需要的文件编辑、项目管理、编译、链接和调 试工具。i a r 公司独具特色的c s p y 调试器，不仅可以在系统开发初期进行无 目标硬件的纯软件仿真，也可以结合l a p - 公司推出的j - l i n k 硬件仿真器，实现 用户系统的实时在线仿真调试。 s t 官方以c 文件的形式提供了一系列的固件库文件，给开发者带来了很大 的便利。使用前只需要载入这些固件库文件，并且在i a re w a r m 当中进行恰 当设置即可。用户可以在此基础之上，编写自己的程序。 北京i 业丈学i 学硕学位论文 图4 4 在i a re w a r m 中建立工程并载入所需要的库文件 f i g u r e4 - 4c i e a t e8 p r o j e na n d l o a dn e c e s s a 盯f i l e s i n i a r e w a r m i 型监! ! 型皇一2 坐j i i = = = 一兰! 竺j 图4 - 5 在 t a r e w a r m 开发环境中编写代码 f i g u r e 4 - 5c o d i n g i n i a r e w a r m 第4 章基于c o r t e x 内核的a r m 单片机s t m 3 2 4 4 程序部分 4 4 1 必要的设置和必须使用到的片上外设 在试验中使用到的s t m 3 2 的片上外设，主要包括：复位及时钟控制 r c c ( r e s e ta n dc l o c kc o n t r 0 1 ) ；通用输入输出管脚g p i o ；串行通讯口u s a r t ； 1 2 c 控制器。 在代码中，第一步就是复位及时钟控制r c c 的设置，这是不可缺少的。因 为所有片上外设的时钟都来源于此。这里编写了一个专门子函数r c c _ c o n f i 9 0 集中对各个部分的时钟参数进行设置。流程图如下： 重新复位并且设置为外部时钟源 州 i y 使能a h b ，a p b l ，a p b 2 总线 上 使能p l l ，设定频率为7 2 m h z 使能g p i o a ，u s a r t l , a f i o 时钟 使能g p i o b ，1 2 c 总线的时钟 图4 - 6s t m 3 2 的时钟设置 f i g u r e4 - 6c l o c kc o n f i g u r a t i o no fs t m 3 2 北京工业大学工学硕士学位论文 另外，还有如下设置： 在g p i o 设置子函数g p i o 中，把需要用到的串口管脚设置为推挽con_fig() 输出( t x ) ，和浮空输入( r x ) ，以及1 2 c 的两个管脚为开漏模式。 在u s a r t 设置子函数u s a r t，将串口参数设置为波特率，_confi90qb 9 6 0 0 8 位数据位，1 位停止位，无奇偶校验位。 在1 2 c 的设置子函数1 2 cc o n f i g o 当中，设置了主机地址( s t m 3 2 充当主机) ， 以及传输模式为1 0 0 k h z 。 4 4 2 调试s t m 3 2 的1 2 c 出现的问题 1 2 c ( i n t e r i m e g r a t e dc i r c u i t ) 总线是一种由p h i l i p s 公司开发的两线式串行 总线，用于连接微控制器及其外围设备。1 2 c 总线产生于在8 0 年代，最初为音频 和视频设备开发，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信。 例如管理员可对各个组件进行查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态， 如电源和系统风扇。可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数，增加 了系统的安全性，方便了管理。 1 2 c 总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因 此1 2 c 总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了 互联成本。总线的长度可高达2 5 英尺，并且能够以最大传输速率支持4 0 个组件。 1 2 c 总线的另一个优点是，它支持多主控( m u l t i m a s t e r i n g ) ，其中任何能够进行发 送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。 当然，在任何时间点上只能有一个主控。 1 2 c 总线是由数据线s d a 和时钟s c l 构成的串行总线，可发送和接收数据。 在m c u 与被控i c 之间、i c 与i c 之间进行双向传送，最高传送速率1 0 0 k b p s 。 各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才 能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，1 2 c 总线 上并接的每一模块电路既是主控器( 或被控器) ，又是发送器( 或接收器) ，这取 决于它所要完成的功能。m c u 发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地 址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的 类别( 如对比度、亮度等) 及需要调整的量。这样，各控制电路虽然挂在同一条 总线上，却彼此独立，互不相关。 1 2 c 总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：开始信号、结 束信号和应答信号。 开始信号：s c l 为高电平时，s d a 由高电平向低电平跳变，开始传送数据。 结束信号：s c l 为高电平时，s d a 由低电平向高电平跳变，结束传送数据。 应答信号：接收数据的i c 在接收到8 b i t 数据后，向发送数据的i c 发出特定 3 2 的低电平脉冲，表示已收到数据。m c u 向受控单元发出一个信号后，等待受控 单元发出一个应答信号，m c u 接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续 传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。 s t m 3 2 是一款新单片机，相关中文资料很少；而且配套的软件也不完善。 在调试1 2 c 的时候，碰到了问题。 s t m 3 2 通过1 2 c 总线读写a d 5 9 3 3 的函数，应该是以单字节读和单字节写为 基础的。s t 官方也提供了一个s t m 3 2 读写1 2 c 接口的e e p r o m 的例程。但是 这个例程却是调不通的，2 1 i c 网上论坛也有很多人反映这个例程的问题，但无 人解决。读写e k s t m 3 2 f 板上的e e p r o m 一直不成功。经过仔细阅读英文资 料，以及上2 1 i c 论坛请教，最终解决，过程如下： s t m 3 2 一共有1 2 cc r l ，1 2 cc r 2 等9 个相关的寄存器。在通信中常常使 用到的寄存器有： 控制寄存器1 2 cc r l ； 发送数据的寄存器1 2 cd r ； 状态寄存器1 2 cs r l ； 状态寄存器1 2 cs i 也； 两个状态寄存器都是只读，相应标志位在对应事件发生后硬件置1 ，完成对 应操作后自动清零。 为便于后面描述，先将s t m 3 2 的1 2 c 单字节写的流程叙述如下。 7 - b i tm a s t e rt r a n s mi t t e r ： 唯产巫b d 蔓开手口墙臣 吒一 图4 7s t m 3 2 单字节写的流程 f i g u r e4 7s e q u e n c eo f w r i t i n gab ”eu s i n gs t m 3 21 2 c s ：将1 2 cc r l 寄存器中的s t a r t 位置1 ，来产生1 2 c 总线上的开始信号； e v 5 ：当开始信号确实产生了，状态寄存器1 2 cs r l 中的s b 位会硬件置1 ； 当读一次1 2 cs r l 之后，并向数据寄存器1 2 cd r 中写入8 位数据( 7 位地址+ 读写位) 之后，s b 位会自动清零。 e v 6 ：当从机收到地址数据，应答并被主机收到之后，s t m 3 2 的状态寄存器 1 2 cs r l 的a d d r 位会硬件置l ，读取1 2 cs r l 和1 2 cs r 2 之后，a d d r 位被 自动清零。 e v 81 ：1 2 cs r l 中的t x e 位被硬件置1 ，表示数据寄存器1 2 cd r 空了， 向1 2 cd r 中写数据可以让t x e 位自动清零。 e v 8 ：向1 2 cd r 中写数据，t x e 位自动清零。另外，当发送或者接收到1 个字节之后，1 2 cs r l 的b t f 位会自动置1 。 北京i 业大学i 学硕学位论文 e v 8 _ 2 ：将1 2 c _ c r l 的s t o p 位置l ，产生停止信号，可以让t x e 和b t f 自动清零。 p ：s t m 3 2 产生1 2 c 的停止信号 问题一：1 2 c 的 标志位在地址发送阶段被硬件置_ s r l t x e 1 根据s t m 3 2 手册p 3 4 2 页对t x e 的说明，在地址发送阶段，当s t m 3 2 发送 了地址，从机收到并应答之后，t x e 位仍然不变，保持为0 ；只有在以后的数据 传输阶段，主机发送数据并且收到从机的应答，t x e 位才会被硬件置1 ，表示可 以写入下一字节的数据。 但实际上，在地址发送并且收到应答之后，t x e 位会被置1 。 下面以s t m 3 2 当m a s t e r ，写1 个字节为例。 ps e n ds t r a t e o n d i d o n + 1 2 c ，_gencratestart(12c1e n a b l e ) ； pt e s to n e v 5a n dc l e a r i t + w h i l e ( 1