单片机学年设计报告

单片机学年设计论文 哈尔滨理工大学单片机学年设计 摘摘 要要 本课程设计要求以 STM32F103RBT6 单片机为处理器 其隶属于 ARM 公司的 Cotex M3 内核 主要功能模块有 STM32F103RBT6 电源晶振复 位最小系统 USB 电源及下载电路 PL2303 设计 单总线温度传感器接口 DB18B02 键盘及数码管显示 BC7277 芯片等功能模块 完成原理图的设 计 印刷电路板的绘制 电路板的焊接 调试 程序设计 以及各个功能 模块的程序编写 综合测试 关键词 关键词 STM32F103RBT6 单片机 8 段数码管显示 温度传感器 DS18B20 流水灯 BC7277 AD 转换 哈尔滨理工大学单片机学年设计 目录目录 一 设计任务及要求 1 二 实现原理简介 2 2 1 STM32F103RBT6 电源晶振复位最小系 统 2 2 2 单总线温度传感器接口 DS18B02 2 2 3 键盘及数码管显示 BC7277 芯片 3 2 5 流水灯 4 三 芯片功能简介 5 3 1 STM32F103RBT6 芯片简介 5 3 2 DS18B20 功能简介 6 3 3 BC7277 芯片介绍 6 四 硬件系统电路设计 7 五 软件编程调试及性能分析 12 5 1 整个软件的主流程图 12 5 2 DS18B20 程序流程图 13 六 总结 13 哈尔滨理工大学单片机学年设计 1 一 设计任务及要求一 设计任务及要求 1 完成 STM32 单片机应用板 的设计 内容包括 STM32F103RBT6 电源晶振复位最小系统 USB 电源及下载电路 PL2303 设计 单总线温度传 感器接口 DB18B02 键盘及数码管显示 BC7277 芯片 接口 24C02 等 等 2 完成电路原理图设计及印刷电路板图设计 3 焊接电路板 手动焊接电路板 器件都是贴片式的 焊接过程一定 要细致小心 4 编程与调试电路板 完成如下相关程序的设计和调试 a b 必选 c d e f g 人选其一 a 流水灯程序 b 按键及显示数码的程序 c 温度传感器 18B20 的程序设计 d 电子时钟的程序设计 e A D 转换程序设计 f 24C02 读写程序的设计 g 2303 串行通信的程序设计 5 完成年度设计论文的撰写 字数 3000 5000 论文格式及要求按教 务网线上关于论文写作的要求执行 哈尔滨理工大学单片机学年设计 2 二 实现原理简介二 实现原理简介 按照本次设计的要求 该系统主要分为五个部分 STM32F103RBT6 电 源晶振复位最小系统 USB 电源及下载电路 PL2303 设计 单总线温度传感 器接口 DS18B02 键盘及数码管显示 BC7277 芯片 系统各部分介绍如下 2 1 STM32F103RBT6 电源晶振复位最小系统 STM32F103RBT6 是 32 位的 ARM 微控制器 该系列芯片是意法半导 体公司出品 其内核 Cortex M3 是一个 32 位处理器内核 内部的数据路 径是 32 位的 寄存器是 32 位的 存储器接口也是 32 位的 CM3 采用了 哈佛结构 拥有独立的指令总线和数据总线 可以让取指与数据访问并行 不悖 使数据访问不再占用指令总线 从而提升了性能 为实现这个特性 CM3 内部含有好几条总线接口 每条都为自己的应用场合优化过 并且它 们可以并行工作 但是另一方面 指令总线和数据总线共享同一个存储器 空间 一个统一的存储器系统 有四个驱动单元 Cortex M3 内核 DCode 总线 D bus 和系统总线 S bus 通用 DMA1 和通用 DMA2 四个被动单元 内部 SRAM 内部闪 存存储器 FSMC AHB 到 APB 的桥 AHB2APBx 它连接所有的 APB 设备 五个驱动单元 Cortex M3 内核 DCode 总线 D bus 和系统总线 S bus 通用 DMA1 和通用 DMA2 以太网 DMA 三个被动单元 内部 SRAM 内部闪存存储器 AHB 到 APB 的桥 AHB2APBx 它连接所有的 APB 设备 2 2 单总线温度传感器接口 DS18B02 DS18B20 内部结构如图所示 主要由 4 部分组成 64 位 ROM 温度传 感器 非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL 配置寄存器 哈尔滨理工大学单片机学年设计 3 表一 DS18B20 引脚定义 序号名称引脚功能描述 1GND地信号 2DQ数据输入 输出引脚 开漏单总线接口引脚 当被用着在寄 生电源下 也可以向器件提供电源 3VDD可选择的 VDD 引脚 当工作于寄生电源时 此引脚必须接 地 2 3 键盘及数码管显示 BC7277 芯片 1 BC7277 具有 9 位数码管显示管理功能 无需外围器件 即可 以构成 9 位 72 段 LED 显示和键盘驱动 因为支持段寻址 可以独立地 控制每一个显示段 也非常适用于独立的 LED BC7277 支持闪烁显示功能 哈尔滨理工大学单片机学年设计 4 且闪烁速度可调 每一位均可独立控制闪烁属性 而前 8 位更可以独立控 制每一段的闪烁 在使用独立的 LED 指示灯时 非常有用 2 BC7277 内部提供译码功能 用户可以直接向译码寄存器写入数 值 而得到相应数字显示 译码显示时 该位的小数点显示不受影响 用 户只需更新显示数据 而无需考虑小数点的问题 尤其对于将小数点用作 单独指示灯的用户 使用非常简便 同时 也支持直接写入显示寄存器 可以完成一些特殊字符的显示 3 键盘可最多支持 16 键 芯片内含去抖动电路 可以支持任意 的组合键 长按键 可以支持各种常开或常闭开关 4 BC7277 采用串行接口 可以直接与标准 SPI 接口连接 通讯 速率可达 64Kbps 用户可以充分利用微处理器上硬件 SPI 接口资源 当 使用中断方式时 可使显示部分的通讯几乎不占用主程序时间 BC7277 的 SPI 接口可以接为 2 线 3 线或 4 线方式 可以通过 CS 片选信号 在一个 SPI 总线上使用多个器件 而在 MCU I O 口资源紧张时 片选 CS 线可以直接接地 其内部独特的 SPI 口计时复位逻辑可以使得即便没 有片选信号的接口清零功能 也可以保障通讯不会出错 2 4 流水灯 系统的的原理框图如下图所示系统的的原理框图如下图所示 主控制器 STM32F103RBT6 DS18B20 8 位数码管 显示电路 4 4 的矩阵 键盘 LED 流水灯 电路 哈尔滨理工大学单片机学年设计 5 三 芯片功能简介三 芯片功能简介 3 1 STM32F103RBT6 芯片简介 STM32 的优异性体现在如下几个方面 1 超低的价格 以 8 位机的价格得到 32 位机 是 STM32 最大的优势 2 超多的外设 STM32 拥有包括 FSMC TIMER SPI IIC USB CAN IIS SDIO ADC DAC RTC DMA 等众多外设及功能具有极高的集成度 3 丰富的型号 STM32 仅 M3 内核就拥有 F100 F101 F102 F103 F105 F107 F207 F217 等 8 个系列上百 种型号 具有 QFN LQFP BGA 等封装可供选择 同时 STM32 还推出了 STM32L 和 STM32W 等超低功耗和无线应用型的 M3 芯片 4 优异的实时性能 84 个中断 16 级可编程优先级 并且所有的引脚 都可以作为中断输入 5 杰出的功耗控制 STM32 各个外设都有自己的独立时钟开关 可以通 过关闭相应外设的时钟来降低功耗 6 极低的开发成本 STM32 的开发不需要昂贵的仿真器 只需要一个 串口即可下载代码 并且支持 SWD 和 JTAG 两种调试口 SWD 调试可 以为你的设计带来跟多的方便 只需要 2 个 IO 口 即可实现仿真调试 哈尔滨理工大学单片机学年设计 6 图一 系统结构 3 2 DS18B20 功能简介 1 适应电压范围更宽 电压范围 3 0 V 5 5V 在寄生电源方式下可 由数据线供电 2 独特的单线接口方式 DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口 线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯 3 DS18B20 在使用中不需要任何外围元件 全部传感元件及转换电路 集成在形如一只三极管的集成电路内 4 测温范围 55 125 在 10 85 时精度为 0 5 5 可编程的分辨率为 9 12 位 对应的可分辨温度分别为 0 5 0 25 0 125 和 0 0625 可实现高精度测温 6 在 9 位分辨率时最多在 93 75ms 内把温度转换为数字 12 位分辨率 时最多在 750ms 内把温度值转换为数字 速度更快 7 测量结果直接输出数字温度信号 以 一线总线 串行传送给 CPU 同时可传送 CRC 校验码 具有极强的抗干扰纠错能力 8 8 负压特性 电源极性接反时 芯片不会因发热而烧毁 但不能正常 工作 3 3 BC7277 芯片介绍 特点特点 可驱动 9 位共阴式数码管或 72 只 LED 无需外围器件 9 个显示位均可单独闪烁显示 单独 LED 闪烁 闪烁速度可调 段寻址可以单独控制任意显示段 译码显示时小数点显示不受显示更新影响 可直接访问显示寄存器 显示特殊字符 16 键键盘支持任意组合键和长按键 标准 SPI 串口 可用 2 线 3 线或 4 线方式 SSOP24 小体积封装 哈尔滨理工大学单片机学年设计 7 与其它 BC727X 系列芯片软件兼容 软件无需修改 即可用于其它 BC727X 芯片 各引脚说明各引脚说明 表二 引脚说明 序 号名 称说 明 1VDD 正电源端 电压范围2 7 5 5V 2MOSI SPI 口数据输入端 接 MCU 的 SPI 口数 据输出端 移位寄存器数据线 3GND 接地端 移位寄存器时钟线 4 CS片选端 低电平有效 5 12A DP A 段DP 段段驱动 13 21DIG0 DIG8SPI时钟 由MCU输出 22KEY 按键状态指示 每当按键状态变化时 KEY的 电平会发生翻转 23MISO 从机数据输出 BC7277数据输出 接MCU 的SPI数据输入 24CLK 移位寄存器锁存脉冲 每8个SCLK脉冲 会 输出一个STR脉冲 哈尔滨理工大学单片机学年设计 8 四 硬件系统电路设计四 硬件系统电路设计 整个电路由 STM32F103RBT6 单片机为主控制器 与其相连的功能模块 有 STM32F103RBT6 电源晶振复位最小系统 USB 电源及下载电路 PL2303 设 计 单总线温度传感器接口 DB18B02 键盘及数码管显示 BC7277 芯片模 块 我在本次课程设计中 我只使用的是 STM32F103RBT6 电源晶振复位最 小系统 USB 电源及下载电路 PL2303 设计 单总线温度传感器接口 DB18B02 键盘及数码管显示 BC7277 芯片模块 流水灯 整个电路由 STC15F2K60S2 单片机为主控器控制 与其相连的分别是 单片机开发板中不可缺少的电路 分别是 RS232 电路 流水灯电路 USB 接口电路 温度传感器电路 时钟电路 EEPROM 电路 键盘数码显示 电路 本次课程设计中 我只使用到了流水灯电路 温度传感器电路 键 盘数码显示电路 DS18B20 温度传感器感知周围的温度并将感知的温度传 给单片机 在通过相应的接口将温度传给数码管显示 这样就实现了温度 的采集与显示 通过控制单片机 IO 口的高低电平来控制 LED 灯的亮灭 从而实现了流水灯 整个电路的电路图如下图所示整个电路的电路图如下图所示 图二 最小系统 哈尔滨理工大学单片机学年设计 9 图三 DS18B20 电路 图四 程序下载 JTAG PL2302 电路 哈尔滨理工大学单片机学年设计 10 图五 USB 转串口电路 图六 键盘及数码管电路 哈尔滨理工大学单片机学年设计 11 图七 ADC 及 LED 电路 图八 PCB 印刷电路板 哈尔滨理工大学单片机学年设计 12 五 软件编程调试及性能分析五 软件编程调试及性能分析 5 1 整个软件的主流程图 开始 读入按键的地址 判断键值 流水灯 ADC 模数变换 数码管滚动 18B20 测温度 读入键号 跳出各个 功能函数 编写单片机程序 除了要熟悉硬件电路 我们还要有阅读芯片使用手 册的习惯 比如说定时器中断的使用 如果一个程序中需要用到中断 而 且要用多个中断才能实现 那么就要考虑中断优先级的问题 优先级高的 中断先执行 优先级低的中断后执行 由于之前没有用过中断 所以必须 查看芯片手册才能设置中断的优先级 哈尔滨理工大学单片机学年设计 13 开始 传感器初始化 程序 向传感器读取 一个字节程序 从传感器读一 个字节程序 温度转换程序 调用温度转换 程序 调用写程序写 入相应的数 调用读程序读 取温度值 显示对应的温 度 判断是否有键 按下 5 2 DS18B20 程序流程图