基于stm32的温度测量系统

德州学院物理与电子信息学院2016届物联网方向毕业设计梁栋在现代社会的生产生活中，人们对于产品的精度要求越来越高，而温度是人们在生产生活中十分关注的参数，因此，对温度的测量以及监控就显得十分重要。在某些行业中对温度的要求较高，由于工作环境温度的偏差进而引发事故。如化工业中做酶的发酵，必须时刻了解所发酵酶的温度才可以得到所需酶；文物的保护同样也离不开温度的采集，不仅在考古文物的出土时间上，还是在档案馆和纪念馆中，温度的控制也是藏品保存关键，所以温度的检测对其也是具有重要意义的；另外大型机房的温度的采集，超出此范围会影响服务器或系统的正常工作等等。传统方式监控温度往往很耗费人力，而且实时性差。本文就设计了一个基于STM32的温度测量系统，在测量温度的同时能实现无线传输与控制。STM32RBT6具有较低的价格、较高的测量精度、便捷的操作，同时在编程方面STM32也具有和其他单片机的优势之处，如51要求从基层编程，而STM32所有的初始化和一些驱动的程序都是以模板的形式提供给开发者，在此开发者只需要了些其他的模块功能和工作方式和少量的语法知识便可以进行编程，此优势不但节约了时间，也为STM32的发展做出了强有力的铺垫，而且STM32目前是刚刚被作为主流开发的单片机，所以其前景是无可估量的，这次毕业设计也是看好了其优越的发展趋势来选择的。无线传输采用蓝牙技术，将采集的温度传输至终端，以此实现远程监控。利用“蓝牙”技术，能够在10米的半径范围内实现单点对多点的无线数据传输，其数据传输带宽可达1Mbps。综合考虑，在设计硬件时选择的软件是AltiumDesigner,该软件集成了电2德州学院物理与电子信息学院2016届物联网方向毕业设计计，它包括RealView编译器、KeilμVision3开发环境，可以使用Cortex-M3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AltiumDesigner、RealViewMDK,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、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块。MCU是STM32主芯片的最小板，上面有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3德州学院物理与电子信息学院2016届物联网方向毕业设计中，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、lus)、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-M3CPU(32位的ARx1,工作频系最高可法存储器：集成的Sash存储器大小目32-512KB,SRAM存储器大小出6-64XB。探测器)、PD&、PQF;品樵为41cMHz;内置控三过的RC振满电路，频率为SMFz;其内部RC:辰荡电路频率为4CKHz:PLL(提供C所用约时钟);用于2℃的晶振，低功吨：主要包插待机、停止、学眠等派功耗模古.V3AT用于备题寄存器、R*CDMA: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0-3.6V,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4德州学院物理与电子信息学院2016届物联网方向毕业设计脉冲计数器、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，IC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18Mbit/s,其中与IS复用的共有两个；2.0B的CAN、SDIO和USB2.0全速接口。STM32F103xx系列微控制器所使用的封装形式是ECOPACK封装。ARMCortex-M3内核集成了SRAM、Flash存储器。不同于8/16位设备，ARMCortex-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AZM工具、软件部可以实观菜容。大小最高至63KB,在实施读写操作时可以按照CPU的时钟速度。STR132F103xC/DE申部嵌入了FSMC,实现的片选共有4个，支持NAND、?SRAM,NOR、RAiv、Fijast模式。通过QR后，3个FSNC中断线可以和NNTC洲连。它不具有FEC的读写功能，只有PCCAR3是在内部执行，其余代码的机都是浓靠外都存储器.并且不支持Bn功能，巨标频率可以高达SYSCIK?,为此，如果系统使用72M4z时钟，那么读写时的频率为6MHz…配备矢鹭申断控制器(Nv心),除Conex-M3中16根中断线外，可以后其亲最多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。5德州学院物理与电子信息学院2016届物联网方向毕业设计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、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2.4V,VD2A、VSSA处在VDD范围时需要和VE3、VSS相连接，VBAT具有的电下范围是1.8-3,6V,在V3河无效时变为3TC,带助电源的切换对备带需存器、32KHz品振供在此设备上具有较为完整的上电、掉电夏位电路，即?OR、PDR,此电路时色有效，保证电压2*的清况下可以正常启动，在电压降全2y时击行相应的操作。如果VDD比下限VPOE/PDE要低.那么该说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玉探测器tPVD),它可以对VD7理行检测，相比于NPVD.如果VDE高或者低.那么便会产生中断.中画服务医序可头把MCU处于安金状态，或当产生相应内警它配有低功耗(LPK)、主(MR)、掉电三种模式的谲压器，传统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CPU被唤醒：在寄存器、SRAM内容保持的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1.8V6德州学院物理与电子信息学院2016届物联网方向毕业设计机电路、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。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”,这不同于其他的测湿元件，比如热疲电阻等.此温度传感器是数字化的，具有用户可头利用此接正对传感器网经进行组建，将套新的念引入到构建测量系统的过程中。利用“一线总线”的数字方武时医其接传输现场温度，使系统的抗干进陆得到极大的提升.能将被测温度直接读取出来，车读数时.结合现实情况.通过瓣蒸方式将数字值设定为9-12泣，工作的电压范围是3-5.5V.封装方或有多种，更方便、灵活的设计系统，在EEPROm山存储用户预生设定的报警温度、分新率，即容针对外设、单片机.在传输数据时.主要利用SC1、SF1、2C等串行总线，在通信数据输入、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7德州学院物理与电子信息学院2016届物联网方向毕业设计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科技不断发展，LCD会使用更好、更新的光源，在控制光源时.彩恒了半导成电略领域的相关工艺、技术，并且成动研制出薄膜晶率管(TF1)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，充分容现走工液晶无源rN-LCD、S?N-LCD、TFT-L(H)具有不同的矩阵.针对液晶显示屏上的所与点.都专门设置了相应的薄膜品体管(TE?)、做到一对一扰问题，使扫输线数不会影响到液晶屏所具有的静态特性，进面使医像质车得到极大提TFT所指的是薄膜品体管，可以控制解幕上架所有像素，组成最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。TFTLCD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8德州学院物理与电子信息学院2016届物联网方向毕业设计手机、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。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，前蓝牙采用的是跳频和时分多址技术。为了使频谱护展，需要利用伤随沉码序列实现频移键性，此载波频率发生跳变，即为跳频。传统通信系统中使用冠频方式.在发射机中，主振荡器头有固定的振荡频率，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。能够得到班频信号的装置波陈作跳频器，它主要包括跳频指令发生器、频率合成器。加果将跳频器等同于主抵荡器，那急和号统的发信机没育红何不同。可以对奠报、数字形式的信号进行传送，之后利用调制器实现调制.进面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，地时输出或波频辛符合射频通带要求的温调波信号.在经过高通滤波器反绩后.和用天线将信号发射出去.此过程即为发送定频信号的过程。时分多址是至割时间为不重善的帧.再分割颜为不重叠的信道，和用户一—对应，主要利角信道对地质不同的信号进行区分，实现多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；9德州学院物理与电子信息学院2016届物联网方向毕业设计2,DS18B20和红外传感器还可以用来给其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。TFTLCD采用34引脚，部分对应关系为：LCDLED对应PC10;LCDCS对应PC9;LCD_RS对应PC8;LCD_WR对应PC7;LCD_RD对应PC6;LCD_D[17:1];4软件设计源有三种，即ES!和ESE振荡器时钟、巨L时钟。内部Rc振荡器的频率为SMHz.生HST时钟信号，在其进行2分频后.可以用作PI2,HSE用户外部时钟、HSE外陶瓷晶体谐振器产生高速外部时钟信号，即ESE。此设计口使用的是PLL时钟，利用可配置分频器的PLL2时钟对HSE、HSI/2时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//pll:选择的倍频数，从2开始，最大值为16德州学院物理与电子信息学院2016届物联网方向毕业设计while(!(RCC->CR>>17));//等待外部时钟就绪RCC->CFGR=0X00000400;//APB1/2=DPLL=2;/抵消2个单位RCC->CFGR|=PLL<<18;//设置PLL值2-16FLASH->ACR|=0x32;//FLASH2个延时周期while(!(RCC->CR>>25));//等待PLL锁定Stn32Cleekt函数中的变量只有一个，即PtL,主要用于时钟倍频数的配置，使用8MHz的品德，将P_走值设定感g,此时S?M32便以72M的速度运行，唯一变量P1.是用来泥置时钟的常频盈的，当直所用的晶振为8;hz,PLL的值设为9,CM5内核处理器中的SysTick定时器，它是倒汁数定时器，为24位，如果记到0.通过RELOAD寄存器对定时初值进行自动重装，只要不清除状态寄存器的使能位、SysTick控4.1.21/0初始化每个GPI/O端口包括32位的GPIOx_ODR、GPIOx_IDR数据寄存器，复位寄存器，16位的GPIOx_BRR复位寄存器。通过软件可以将GPIO端口配置为开漏和推挽式复用功能、模拟输入、输入上拉/下拉、开漏输出等多个模式。能够对I/O端进行自由编程，不能利用字节、或半字节方式访问/0端口寄存器，必须使用32位字。GPIOx_BRR、GPIOx_BSRR寄存器可以独立访德州学院物理与电子信息学院2016届物联网方向毕业设计问GPIO寄存器的读/更改；如此一来，在读和更改访问期间生成的IRQ不存在任何危险。BITBAND(addr,bitnum)((addr&OxF0000000)+0x2000000+((addr#defineMEM_ADDR(addr)*((volatileunsignedlong*)(add#defineBIT_ADDR(addr射#defineGPIOA_ODR_Addr(GPIOA_BASE+12)//0x4001080C#defineGPIOB_ODR_Addr(GPIOB_BASE+12)//0x40010C0CCRH的作用和CRL完全一样，只是CRL控制的是低8位输出口，而CRH控制的是高8位输出口。GPIOA->ODR|=1<<8;//PA8输出高GPIOD->CRLJ=0X00000300;/PD2推挽输出GPIOD->ODR|=1<<2;//PD2输出高这里PA2与PD2分别对应LED0和LED1。此外，按键的初始化也就是对I/O进行RCC->APB2ENR|=1<<2;//使能PGPIOA->CRH|=0X80800000;//PA13,15设置为输入4.1.3串口初始化德州学院物理与电子信息学院2016届物联网方向毕业设计波特率。只有串口时钟开启之后才能利用STM32的串口，对I0口的模式进行设置，对奇偶校验位、数据位长度、波特率等重要信息进行配置，按如下步骤开串口复位。如果外设表现异常，通过复位寄存器中相应的位可以对外设进行复位操作，之后对该外设进行重新设置，使其正常工作。所有的系统都是在对外设进行复位操作之后才对外设进行配置，APB2ENR寄存器第14位便是串口1的复位控制位。RXNE(读数据寄亭器非空),果将该位设为1.表示接收到了数据，并且可以将其读取出来，此时需要对TSR所_很进行及时读取，以此对该拉进行清零、在该位写入0,实见直接清除。TC(发送完成),;果对该位实现置位，那么表示正经发造完TSARTDR内的所有数据，简若此位设置的是中园，它便会产生中际。使用两唐方式实现该位的清零：1!读.写6SART_SK;2)向该位直接写六0,代码见下：voiduart_init(u32pclk2,u32temp=(float)(pclk2*1000000/(bound*16);//得到USARTDIVmantissa=temp;//得到整数部分RCC>APB2ENR|=1<<14;//使能串口时钟德州学院物理与电子信息学院2016届物联网方向毕业设计RCC->APB2RSTR|=1<<14;//复位串口1//波特率设置USART1->CR1|=0X200C;//1位停止，无校验位#ifEN_USART1_RX//使能接收中断MY_NVIC_Init(3,3,USART1_IRQChannel,2);//组2,最低优先级#endif4.1.4DMA初始化寄本器，对教据存能器的地址进行设置.倘若请求外设传确数据，我使用的是串口2,对应着DMA的通道7,那么相应的外设寄存器的地址也就是&USART2_TX_BUF;要传输的数据量通过strlen函数来测量后传输给DMA_CNDTR;由于仅德州学院物理与电子信息学院2016届物联网方向毕业设计循环模式启动后，如果数据传输的数量是0,那么自动恢复设置的初值，继续执行DMA操作，如果温度值已经被传输过，那么便不希望其重复传输，因而关闭循环模式；外设地址不变，存储器选择增量模式，它们的数据宽度都为8位，是为了适应蓝牙的数据传输。此外，传输一半和传输完成都无需产生中断，每传一次数据前都会关闭DMA通道，再重CM3内核使用的中断最多256个，内核、外部中断的数量各为16个、240个，可编程中断设置共有256级。STM32并未全部使用CM3内核的所有资源，使用的中断数量共有76个，内核、可屏蔽中断分别为16个、60个，可编程的中断优先级共有16级，而串口2是可屏蔽中唐.中断向量地址为0x0000_00D8。4.2模块功能设计4.2.1DS18B20温度模块初始化的顺序：首失把数据线置1.经过延时将其重新拉间0;再经过50us的延时.即“复位脉冲”.延时范围是480~960as:接着再将数据线拉高，缓续延的等待，如果成功实现初始化，15~60ms内会产生低电平，经过DS18B20返回，按照此状存在，为避免程序无线等待，需要执行超时判断；倘若CPU读到数据线上的低电平，再的片选信号，WR和RE分别向TFTLCD写入和读取数据；此外还有RS、