基于STM32D的的温度控制系统毕业设计.doc

内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：基于单片机的工业过程远程控制单元设计学生姓名：白广军学 号：0867106206专 业：自动化班 级：自动化08二班指导教师：朱琳 教授基于单片机的工业过程远程控制单元设计摘 要本设计是想通过网络对系统或设备进行远程监测和控制。所以设计要点是： 了解现场系统或设备的参数； 选定合适的的现场数据采集设备； 确保工业现场传输距离的不同对单片机的信号传输方式的要求； 选择合适的CPU作为系统的核心控制元件； 系统需具有数据显示功能和人机对话能力； 通过观测控制室内显示的数据来调整现场设备的参数，实现设备正常工作；控制单元以单片机为核心、通过总线或无线传输模块对远端进行监视和控制，完成对远端工业设备的状态监控及设备的诊断维护等功能。利用单片机通过总线或无线传输模块实现远程监控，降低了生产成本，提高了劳动生产率，提高了产品的技术含量，同时提高了企业的综合实力等方面都具有十分重要的意义。单片机远程监控技术的快速发展始终离不开其他远程控制技术的相应的快速发展。因此必须要更好地、更及时地应用最新技术实现远程控制，这样才能使得远程监控跟上时代脚步，同时不断地满足人们的实际需求。关键词：远程监测与控制；单片机；工业控制 Remote control unit MCU-based industrial process designAbstractThe design is through the network for remote monitoring and control system or equipment. Design points are: to understand the parameters of the live system or equipment. selected the right of the field data collection equipment to ensure that the industrial field transmission distance on single-chip signal transmission; Select the right of the CPU as the core of the system control components;The system must have the data display and man-machine dialogue; data through the observation of control room display to adjust the parameters of field devices, the device is working properly Control unit MCU core, bus or wireless transmission module for remote monitoring and control, and complete remote condition monitoring of industrial equipment and equipment diagnosis and maintenance functions. RMON microcontroller via bus or wireless transmission module, reduce production costs, increased labor productivity, and improve the technological content of products, while increasing the enterprises comprehensive strength and other aspects are of great significance. MCU remote monitoring technology, rapid development has always been inseparable from the rapid development of remote control technology. Hence the need for better and more timely application of the latest technology for remote control, so as to make remote monitoring to keep up with the pace of, while continuing to meet the actual needs of the people.Keyword：Remote monitoring and control；SCM；Industrial control第一章 引言1.1 系统（题目）设计背景纵观历史，从英国工业革命开始一直到现在，工业技术从无到有，工业控制系统从简单到复杂一步步的见证了控制技术的发展。现在，随着现代科学技术的快速发展，工业过程控制的远程化逐渐成为了工业控制领域的主流方向。为了紧跟科学技术发展的脚步，实现工业过程远程控制已经迫不及待，本课题正是在这种现实控制要求能够实现的情况下开始的。工业过程远程控制单元核心单元为单片机，通过远程通信技术，如总线传输或无线模块的实现远程信号的传输。同时通过网络化控制系统可以很方便的实现控制器与现场传感器、执行器的通信,此外通过系统中上位机对参数的改变能够实现生产过程的远程监控。工业过程远程控制的实现，在降低生产成本，提高劳动生产率，提高产品的技术含量，同时在提高企业的综合实力等方面都具有十分重要的意义。本设计的最终成果是能够实现工业过程控制的远程化，大幅度提高控制系统的技术含量。真正实现了运筹于帷幄之中。1.2 工作原理工艺流程图包括现场数据采集、信号传输控制部分、信号传输部分、CPU部分、上位机（可以是PC机，也可以是单片机上的显示及按键单元）、执行器部分、数据显示部分等。各部分通过CPU进行协调，实现系统的稳定控制。工艺流程图如图1.1现场数据采集信号传输信号传输控制部分改变执行器工作参数上位机或按键装置实现温度上下限的参数设置现场设备正常工作现场数据显示单片机用所得数据与温度上下限比较正常超限信号传输执行器按原状态工作信号传输报警温度上下限显示图1.1下面按流程图各部分来说明系统工作原理、现场数据采集：本题目的控制对象为水的温度，实现对温度的恒温控制。系统中，通过现场的温度传感器实现现场数据的采集。由于控制对象为温度，其变化速度缓慢，因此温度传感器的型号选择范围很广，只要求它的测量范围涵盖0C100C且测量精度可以精确到小数点后一位即可。、信号传输控制：若用电缆作为传输工具，信号直接传输；若用无线传输模块作为传输工具，则无限传输模块控制单元在发送数据时会与CPU进行协调，在CPU允许时，发送信号。、信号传输：系统信号传输采用电缆模式或无线模式等。本题目主要用于实现工业过程的远程控制，重点在远程上，因此，信号传输在系统整体设计中很重要。系统中，运用电缆模式进行信号传输，同时在系统中加入了无线传输模块。由温度传感器采集到的现场数据通过电缆或无线模块传送到单片机内。系统中加入无线模块，能够是系统运用范围更广，当传输距离太远，用电缆实现不仅会增加成本，而且信号质量将相应下降。此时，可以采用无线传输模块进行信号传输。、单片机：当中间控制部分将温度传感器采集到的信号传输到单片机的时候，单片机首先将信号转换为可识别信号，然后通过将所得数据与温度上下限比较，得出现场温度是否正确。从而决定是否执行器控制单元发送是否改变运行状态命令。系统中，单片机采用STM32F103-E。、数据显示：信号通过单片机处理，再转换为相应的笔段码，送显示单元显示。系统中，显示模块采用7段共阴极数码管，共有六个数码管，前三位显示控制数据，后三位实现现场实时数据。数码管用74LS595驱动。、上位机实现温度上下限设置：以显示模块中的现场数据来判断温度的高与低，通过单片机中的键盘电路实现参数的设置。系统中，共有16个按键电路，其中，10个为09数字输入、4个为上下左右键（通过上下左右键来选择需设置的数码管）、1个为确定键、1个为删除键。、改变现场工作参数：经过校准后的工作参数通过传输模块传送到执行单元，实现执行器工作状态的改变。、现场设备正常工作、数据采集：系统工作过程基本分为上述几个阶段，实际控制中，系统不断的循环上述阶段，即可实现温度恒温控制。、报警装置：当温度超限时，报警器发出报警信号。1.3 系统（题目）设计目标及技术要求设计一款低成本，高稳定性，可靠性高，操作简单的控制器为此次设计的目标。技术要求：（1）需要整个系统可靠，稳定，控制精度高，开发成本低；（2）了解传感器，执行器等现场设备的具体工作模式及信号类型；（3）熟悉电缆传输与无线传输；（4）要求单片机具有强大的信号处理功能和对外扩展能力；（5）要求系统具有显示数据和通信功能；（6）要求单片机具有多种工作模式，以应对工业控制中的各种实际情况：1.4 技术综述网络技术的发展，引发了控制领域的深刻技术变革，控制系统结构沿着网络化方向与控制系统体系沿着开放性方向发展将是控制系统技术创新的大潮流。未来的控制系统以网络为主要特征：一方面是在自动化与工业控制中需要更深层次地渗透通信与网络技术，另一方面是在通信网络的管理与控制中也要求更多的采用控制理论与策略。“网上控制”和“控制入网”是21世纪自动化与工业控制的一个动向。工业过程远程控制系统就是单片机与网络技术结合的产物，它是以计算机为核心、通过网络技术对远端进行监视和控制，完成对分散控制网络的状态监控及设备的诊断维护等功能。利用网络技术实现远程监控,降低生产成本,提高劳动生产率,提高企业产品的科技含量,以及增强企业的综合竞争实力等方面都具有十分重要的意义.监控技术的发展始终与最新技术的发展息息相关,因此必须要更好地、更及时地应用最新技术,这样才能使得远程监控不断地发展,不断地满足人们的需求。国内外对于远程控制技术的研究已经相当成熟，运用到了社会的各个领域。例如：对电厂的控制、对家电的控制、对工厂设备的远程控制都可以运用远程控制系统实现。系统采用单片机实现下面就各种控制方式及其特点进行简单介绍实现远程控制有两种方式： 基于PLC的PLC远程控制系统 基于单片机的单片机远程控制系统一、PLC简介：PLC= Programmable Logic Controller，可编程控制器 一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程基于PLC控制的优点：1、实时性2、高可靠性、所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离，使工业现场的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离。各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。 、采用性能优良的开关电源。 、良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。3、系统配置简单灵活控制器 产品种类繁多，规模可分大、中、小等。4、丰富的I/O卡件控制器针对不同的工业自控工程的现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等,有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接。 5、控制系统采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型控制器以外，绝大多数控制器均采用模块化结构。控制器的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。6、安装简单，维修方便二、单片机简介：单片机是一种集成在电路上的芯片，是采用超大规模的集成技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、 RAM、ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机的优点：1、单片机集成度高； 2、系统结构简单，使用方便，实现模块化； 3、单片机可靠性高； 4、处理功能强，速度快； 5、低电压，低功耗，便于生产便携式产品 6、控制功能强本章小结本章主要介绍了系统设计的背景、原理及国内外发展现状，现场技术要求及单片机控制与PLC控制的优缺点等。通过上述介绍我们可以知道，工业过程控制的远程化已经成为一种趋势，实现工业过程的的远程控制是我们的必须解决的一个问题。同时我们也知道了虽然系统采用了单片机控制，但并不说明PLC控制不适合工业控制领域。相反，PLC控制技术在工业控制领域已经运用的相当成熟。第二章 系统设计2.1 控制原理控制原理：由温度传感器进行现场温度采集（温度传感器采用的是DS1820，它向单片机传送的数据是9位的数字量，因此，单片机只需将传送回来的数据进行进制转换，即可送显示电路。），通过电缆或无线传输模块将信号传送到单片机，单片机将采集到的数据和内存中的温度上限与下限数据分别进行比较，若温度在正常范围，则执行器不动作。若温度越限，单片机输出信号，执行器动作，进行升温或者降温。与此同时，单片机接受到的温度信号要送显示器显示，温度的上下限也要通过显示电路显示。通过显示电路我们可以更直观的了解温度变化规律，当温度超出上下限时，我们能够做到及时对温度给定进行调整。系统采用PID控制算法PID控制算法简介：PID调节是比例、积分、微分三者英文字母的缩写，是模拟系统中技术最成熟、应用最广泛的一种调节方式。PID调节的实质是根据输入的偏差值，按比例、积分、微分的函数关系进行运算，运算结果用来控制输出。实际应用中，根据被控对象的特性和控制要求，可灵活的改变PID的结构，去其中的一部分构成控制器，如P（比例）、PI（比例积分）、PID（比例积分微分）调节等。在上述三种控制控制器中，PID控制器的应用最多的一种。PID调节作用的微分方程为：Y(t)=Kp*e(t)+1/Ti*e(t)dt+TD*de(t)/dt式2.1传递函数为：G(s)=U(s)/E(s)=kp(1+1/(TI*s)+TD*s)式2.2其中kp为比例系数； TI为积分时间常数； TD为微分时间常数它对阶跃信号的相应特性曲线如图：te(t)tto00y(t)geidinggKpKDe(t)KpKDe(t)Kpe(t)to给定值图2.1由图可以看出，P、I、D3作用调节器，在阶跃信号作用下，首先产生的是比例-微分作用，使调节作用加强。然后进入积分调节，知道最后消除静差。PID控制原理与特点：实际应用中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。比例（P）控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。积分（I）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。微分（D）控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入 “比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。2.2 采样信号与控制量分析采样信号表如表2.1：表2.1序号采样信号名称性质（开关、模拟）1温度模拟温度是一个变化缓慢，滞后大的一个信号。因此，采样频率可以相对放缓。2.3 系统组成执行器CPU温度传感器键盘显示报警装置电缆或无线传输模块电源电缆或无线模块接口电路通信电路图2.2系统由CPU、显示模块、键盘模块、报警装置、传感器模块、执行器模块、电源模块、电缆或无线传输模块、接口电路模块、通信电路模块组成。CPU模块：CPU为系统的核心部件，主要进行数据运算，及各模块的协调控制。显示模块：显示模块由9片数码管构成，数码管由74LS595驱动。键盘模块：键盘模块由16个按键构成， 其中0到9为数字输入键，用于温度上下限的输入，上下左右键用于数码管选择，同时包括确定删除键。报警模块：报警模块由三极管驱动发生器来报警。传感器模块：传感器用于温度数据采集，要求温度传感器测量范围涵盖0C到100C，可精确到0.5C。执行器：执行器接受来自CPU的控制数据，对温度进行控制。电源模块：为整个单片机提供电源。电缆或无线传输模块：用于CPU与外部设备间的信号传输。接口电路模块：用于系统扩展。通信模块：PC机与系统之间进行通信。本章小结本章主要介绍了系统所控制的对象，控制原理及系统框图简介。通过介绍，我们知道了系统采用PID控制算法实现控制，同时了解了系统整体框架及对各部分的要求。为硬件选型打下了基础。第三章 硬件设计3.1 CPU设计CPU选型依据：速度，CPU位数，存储容量，I/O端口，驱动能力，通讯单元等。考虑到STM32F103-E具有112个通用I/O口，64KSRAM、512K的闪存存储且大部分都允许5V信号，驱动能力强大，大量的不同类型的通讯接口，符合单片机的要求。若选择增加芯片来实现上述功能，成本会相应增加，且电路复杂程度也会增加，稳定性降低。若选择STM32F103-E来实现上述功能，成本和增加芯片所实现的系统相差无几，而且提高了系统的稳定性。同时，由于STM32构成的系统在实际中应用相当成熟，所以，选择STM32F103-E作为系统的CPU。CPU:STM32F103-E3.1.1 STM32F103-E简介STM32F103-E是ARM公司的高性能”Cortex-M3”内核 最高72MHz工作频率，在存储器0等待周期内访问可达1.25DMips/MHz,而ARM7TDMI只有0.95DMips/MHz 低功耗性： 在72MHz时消耗36mA(所有外设处于工作状态)，待机时下降到2A 集成度高： 复位电路、低电压检测、调压器、精确的RC振荡器等 3.1.2 STM32F103-E参数2V-3.6V供电 允许5V电压信号的/引脚具有时钟模式 带唤醒功能的低功耗模式 内部RC振荡器 内嵌复位电路 工作温度范围： -40C至+85C或105C 3.1.3 STM32F103-E功能1、内核：STM32F103-E是公司的32位的Cortex-M3最高工作频率为722、存储器：包含从256到512的闪存程序存储器，用于存放系统程序和数据高达64字节的静止功能存储器（内存）包含有4个带片选的静态存储器控制器，经过逻辑或连接到NVIC（嵌套的向量式中断控制器）单元上，共有3个中断源，可知，只要其中一个中断源发出中断信号，则所有中断源都被中断。3、时钟，电源和复位模块采用2.0到3.6电源供电 上电/断电复位（POR/PDR）、可编程电压监测器。416的外部晶体振荡器同时内嵌有8的振荡器、内嵌带校准的40KHz的RC振荡器、带校准功能的32KHzRTC振荡器，当系统检测的外部时钟失效时会自动切换到内部晶体振荡器，如果使能了中断，软件可以接收到相应的中断。同样，在需要时可以采取对PLL时钟完全的中断管理。4、低功耗： 具有睡眠、停机和待机三种模式、 睡眠模式：在睡眠模式，只有CPU停止工作，所有外设处于工作状态并可在发生中断的情况下唤醒CPU、 停机模式：在保持SRAM和寄存器内容不丢失的情况下，停机模式可以达到最低的电能消耗。停机模式下，停止所有内部1.8V部分的供电，PLL、HIS的RC振荡器和HSE晶体振荡器被关闭，调压器可以被置于普通模式或低功耗模式。可以通过任一配置的EXTI的信号把微控制器从停机模式中唤醒，EXTI信号可以是16个外部I/O口中断之一、PVD输出、RTC闹钟或USB的唤醒信号。、 在待机模式下可以达到最低的电能消耗。内部的电压调压器被关闭，因此，内部所有的1.8V供电被切断；PLL、HIS的RC振荡器和HSE晶体振荡器也被关闭；进入待机模式后，SRAM和寄存器的内容将消失，但后备寄存器的内容仍将保留，待机电路仍在工作。从待机模式推出的条件是：NRST上的外部复位信号、IWDG复位、WKUP引脚上的一个上升边沿或RTC的闹钟到时。 VBAT为RTC和后备寄存器供电内嵌电压调压器电压调压器有三个操作模式：主模式、低功耗模式和关断模式。主模式用于正常的运行操作低功耗模式用于CPU单独停机模式关断模式用于CPU的待机模式：的，此时，调压器的输出为高阻状态，内核电路的供电切断，调压器处于零消耗模式（但寄存器和SRAM的内容将丢失）。该调压器在复位后始终处于工作状态，在待机模式下关闭处于高阻状态。5、3个12位，转换时间仅为,速度快转换范围：0到3.6具有3倍采样和保持功能自带温度传感器6、2通道12位D/A转换器7、DMA：12通道DMA控制器DMA(Direct Memory Access，直接内存存取)，灵活的12路通用DMA（DMA1上有7个通道、DMA2上有5个通道）可以管理存储器到存储器、设备到存储器和存储器到设备之间的数据传输；2个DMA控制器支持环形缓冲区的管理，避免了控制器传输到达缓冲区结尾时所产生的中断。每个通道都有专门的硬件DDMA请求逻辑，同时可以由软件触发每个通道；传输的长度、传输的源地址和目标地址都可以用软件单独设置。DMA可以用于主要的外设：SPI、IC、USART，通用、基本和高级控制定时器TIMX，DAC、IS、SDIO和ADC。8、拥有112个快速双向/端口，所有I/O口可以映像到16个外部中断，大部分端口具有容忍5电压信号的特点9、多大11个定时器4个16位定时器，每个定时器有4个用于输入捕获/输出比较/PWM或脉冲计数的通道和增量编码器输入。2个带死区控制和紧急刹车，用于电机控制的PWM高级控制定时器。2个看门狗定时器（独立看门狗和窗口看门狗）2个16位的基本定时器用于驱动DAC10、多达13个通讯接口2个IC 接口5个USART接口（支持ISO7816，LIN，IRDA接口和调制解调控制）3个SPI接口、2个可复用的IC接口CAN接口（2.0B主动）SDIO接口CPU图示如图3.1：图3.13.1.4 CPUI/O端口输入驱动电流：STM32所有I/O口流入的电流总和，加上MCU从VDD上得到的电流，不能超过绝对最大额定值IVDD同理，STM32所有I/O口流出的电流总和，加上MCU从VSS上流出的电流，不能超过绝对最大额定值IVSS。I/O端口特性如表3.1表3.1符号 参数条件最小值典型值最大值单位VIL输入低电平电压TTL端口-0.5.08VVIH标准I/O口，输入高电平电压2VDD+.05FTI/O口，输入高电平电压25.5VIL输入低电平电压CMOS端口-.05.035VDDVVIH输入高电平电压065VDDVDD+0.5Vhys标准I/O口施密特触发器电压迟滞200mv容忍5V的I/O口电压迟滞5%VDDmvIikg输入漏电流VSS=VIN=VDD标准I/O口正负1uAVIN=5V3Rpu弱上拉等效电阻VIN=VSS304050千欧Rpd弱下拉等效电阻VIN=VDD304050千欧CioI/O引脚电容5pF、施密特触发器开关电平的迟滞电压。、5%VDD至少为100mv、M32所有的I/O端口都与CMOS和TTL兼容。输出电压特性如表3.2：表3.2符号参数条件最小值最大值单位VOL输出低电平，当8个I/O引脚同时吸收电流TTL端口+8mA2.7VVDD3.6V0.4VVOH输出高电平，当8个I/O引脚同时输出电流VDD-0.4VOL输出低电平，当8个I/O引脚同时吸收电流CMOS端口8mA2.7VVDD3.6V0.4VVOH输出高电平，当8个I/O引脚同时输出电流2.4VOL输出低电平，当8个I/O引脚同时吸收电流Iio=+20mA2.7VVDD3.6V1.3VVOH输出高电平，当8个I/O引脚同时输出电流VDD-1.3VOL输出低电平，当8个I/O引脚同时吸收电流Iio=+6mA2.7VVDDO1-O2-.-O7；下降沿移位寄存器数据不变。RCLK(12脚)：上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，下降沿时存储寄存器数据不变。一般情况下RCLK置为低点平，当移位结束后，在RCLK端产生一个正脉冲，更新显示数据。E(13脚): 高电平时禁止输出（高阻态）。通常情况下，E接地。共阴数码管简介：图3.8共阴数码管的7段是由7个发光二极管构成的，其中1、2、4、6、7、9、10分别控制数码管的各段，5控制db，即小数点位，3脚和8脚实际是连通的，所以连线时，只需将3脚或8脚的一个接地即可。3.9 时钟电路STM32内嵌8MHz和40KHz的RC振荡器、带校准功能的32KHzRTC振荡器。同时支持4到16MHz的外部晶体振荡器。系统采用外部晶振作为时钟电路。外部晶振分为：、8MHz高速外部时钟；、32.768KHz低速外部时钟；下面为二者的典型连接图示： STM32使用8MHz高速外部时钟的典型应用增益控制Fhse施密特RfOSC-INOSC-OUT集成了电容器的8MHz谐振器REXT图3.9其中REXT的数值由晶体特性决定，一般为5到6倍的RSSTM32使用32.768KHz低速外部时钟的典型应用OSC-OUT增益控制Fhse施密特RfOSC-IN集成了电容器的32.768KHz谐振器REXT图3.10在系统设计中，就选择了上述两种外部时钟作为系统的时钟。其中，8MHz的高速外部时钟源图示如下：图3.1132.768KHz低速外部时钟源图示如下：图3.123.10 电源电路STM32采用23.6V电源供电，系统中电源采用3.3V供电，3.3V电压来源可以利用ASM1117稳压器的特性，即由5V变3.3V的特点直接获得3.3V电压。ASM1117特性如下：AMS1117系列稳压器具有可调版与多种固定电压版，其设计用于提供1A输出电流而且其工作压差可低至1V。最大输出电流时，AMS1117器件的压差保证最大不超过1.3V，并随负载电流的减小而逐步降低。AMS1117的片上具有微调功能，可以把基准电压调整到5%误差内，而且电流上下限也得到了调整，以减少稳压器和电源电路超载而形成的压力。AMS1117 基本参数 输出电流 (A) 1 输出电压 (V) Adj,1.5, 1.8, 2.5, 2.85, 3.3, 5.0,AMS1117 应用 高效线性稳压器、后置稳压器、用于交换式电源、5V至3.3V线性稳压器、电池充电器、有源SCSI终端、笔记本电源管理、电池供电设备。系统电源正是利用了ASM1117 具有5V至3.3V线性转换的特点而设计出来的。电源图示如下：图3.133.11 STM32VBAT（备份工作电源）及BOOT引脚说明首先介绍RTC（实时时钟）和后备寄存器RTC和后备寄存器通过一个开关供电，当VDD有效时选择VDD供电，否则由VBAT引脚供电。后备寄存器（42个16位寄存器）可以用于在关闭VDD时，保存84个字节的用户应用数据。RTC和后备寄存器不会被系统或电源复位源复位；当从待机模式唤醒时，也不会被复位。实时时钟具有一组连续运行的计数器，可以通过适当的软件提供日历时钟功能，还具有闹钟中断和阶段性中断功能。RTC的驱动时钟可以是一个使用外部晶体的32.768KHz的振荡器、内部低功耗RC振荡器或高速的外部时钟经过128分频。内部低功耗的RC振荡器典型频率为40KHz。为补偿天然晶体的偏差，可以通过输入一个512HZ的信号对RTC进行补偿校准。下面介绍VBATVBAT为RTC和后背寄存器供电，VBAT=1.83.6V，当关闭VDD时，通过内部电源切换器，为RTC，外部32.768KHz和后备寄存器供电。STM32BOOT引脚的功能与具体设置方法：在每个STM32的芯片上都有两个管脚BOOT0和BOOT1，这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，如下： BOOT1=x BOOT0=0 从用户闪存（FlasH）启动，这是正常的工作模式。 BOOT1=0 BOOT0=1 从系统存储器启动，这种模式启动的程序功能由厂家设置，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ROM 区。 BOOT1=1 BOOT0=1 从芯片内置的RAM 区 启动，这种模式可以用于调试。要注意的是，一般不使用内置SRAM 启动(BOOT1=1 BOOT0=1)，因为内置RAM 掉电后数据就丢失。多数情况下SRAM 启动只在调试时使用，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SRAM 中诊断板上的其他电路，或用此方法读写板上的Flash 或EEPROM 等。还可以通过这种方法解除内部Flash 的读写保护，当然解除读写保护的同时Flash 的内容也被自动清除，以防止恶意的软件拷贝。一般BOOT0 和BOOT1 都设置为0（GND）。只是在ISP下载的情况下，BOOT0=1，BOOT1=0 ，下载完成后，把BOOT0 的跳线接回0，也即BOOT0=0，BOOT1=0 。对于一般的应用来说，直接把BOOT0 和BOOT1 引脚接地即可，不用设置跳线，使用IAR 调试程序时可以选择RAM 调试还是Flash 调试，与BOOT0 和BOOT1 的配置无关。3.12 通讯电路通信接口用的是现在的主流接口RS-232。在RS-232标准中，字符是以一串行的比特串来一个接一个的串行方式传输，优点是传输线少，配线简单，传送距离可以较远。最常用的编码格式是异步起停格式，它使用一个起始比特后面紧跟7或8 个数据比特（bit），然后是可选的奇偶校验比特，最后是一或两个停止比特。所以发送一个字符至少需要10比特，带来的一个好的效果是使全部的传输速率，发送信号的速率以10划分。一个最平常的代替异步起停方式的是使用高级数据链路控制协议（HDLC）。系统中，232接口用MAX232来驱动，MAX232的典型工作电路及引脚分布如图所示：图3.14RS-232（DB9）各引脚的功能：1、DCD 载波检测 2、RXD 接收数据 3、TXD 发送数据 4、TR 数据终端准备好 5、G 信号地 6、DSR 数据准备好 7、RTS 请求发送 8、CTS 允许发送 9、RI 振铃提示其内部构造如图图3.15MAX232芯片各引脚说明：1、3、4、5：外接电路；2、6：10V电压输出；7、10、11、14