【《基于stm32单片机的智能手环设计》15000字（论文）】

基于stm32单片机的智能手环设计摘要本研究是通过STM32原理设计与开发出来的具有多种功能模块，具有不同功能的移动端智能手环。智能手环同样具有使用和携带方便等特点,能够实时地记录下人们在家和工作中的各种实时信息,对生活健康有着良好的指导作用。文章主要介绍了基于stm32智能手环硬件设计,此智能手环设计的主要功能包括测心率、温度监测、步数监测等。元器件方面使用到了单片机STM32F103C8T6、计数器元件完成计步、心率器元件测量用户的心率血、AD0832传感器测量环境的温度等。要对各芯片和传感器具备的主体性能和功用进行知晓并掌握，同时还要了解其具体的使用方法及操作注意事项，通过应用程序自动控制各种传感器模块的工作，进而实现温湿度监测、血压心率检测及数字计步等功能，最后让全部测量数据信息均于1603液晶显示器上反馈出来。设计开发阶段，利用实物与应用程序结合展开了调试，验证了手环具备的多种功能，其中包括了温度监视、心率监控、计步和1602液晶显示屏等,根据获得的结果可知，本次设计与毕业设计的理想要求相符。关键词：计步；温度；心率；显示屏目录TOC\o"1-3"\h\u19989第1章绪论 1164291.1研究背景 1245271.2国内外研究现状及发展趋势 1182041.3本文的主要研究内容及论文结构安排 21737第2章设计方案论证与选择 3200882.1设计控制方案的确定 3214502.2.1单片机芯片的选择 3121842.2.2显示方案的选择 396582.2.3倾角传感器的选择 3141762.2.4心率监测模块选择 313374第三章硬件电路的设计 4159713.1系统的功能分析及体系结构设计 469473.1.1系统功能分析 4243493.1.2系统总体结构 46803.2模块电路的设计 452823.2.1STM32单片机核心电路设计 473773.2.2LCD1602液晶显示模块电路设计 7281933.2.3ADXL345倾角传感器模块电路设计 1041023.2.4脉搏心率传感器模块电路设计 11119103.2.5DS18B20温度传感器模块电路设计 1513673第四章系统软件设计 19278494.1编程语言选择 19300924.2单片机程序开发环境 2065404.4FlyMcu程序烧录软件介绍 2277594.5PL2303串口程序烧写模块介绍 23158564.6程序流程图 245314第五章系统焊接与调试 26288925.1电路焊接 26108865.2系统调试 27215585.2.1系统程序调试 2820725.2.2硬件测试 29326575.3实物测试 3011773结论 31参考文献 3214756附录A 34附录B 35附录C 36附录D 39第1章绪论1.1研究背景在我国现代信息科技水平的进步和飞速发展中,对于智能化设备的要求正在越来越大。现在,智能手环这个新名词在我国乃至全世界社会各个阶级都很热,无论是企业和行为精英,还是一些充满活力的大学生群体,或者一些更加注重健康养生的中老年人当中,他们都会成为智能手环的受益者和人群。随着我国市场经济的不断进步和发展,社会竞争也日益激烈,生存的压力日益增加,越来越多的年轻人已经开始重视自己的心理和身体素质。因此很多有关健康的知识也逐渐成为了人们的重视和焦点,在这种场景下,医学技术的水平也正在不断地得到提高,但是由于现在人们对健康的重视还只是停留在每次身体不舒服或者已经出现了疾病时才会再次引起人们的注意,所以在这个阶段就需要一个具有监测和预警人们自身身体情况的装置和设备去进行督促并及时帮助其他人,因此便逐渐出现了一种智能手环。在互联网和大数据时代的背景下,智能手环同样也被认为是这个互联网时代的创新产物,它能够更好地结合个人的日常生活习惯,贴身实时地从网上检测得到每一位个人的基础信息,并且能够给予其他相应的建议和意见。智能手环被认为是可穿戴设备之一,其中是目前最为热门的健康产品,而以运动型手环为主要代表性的健康型智能手环,诸如javhoneup2、lark等都是隶属于这类运动型手环,可在国内外都得到大量的生产。这些智能型手环大多被人用来跟踪和记录机器人的运动、睡眠、膳食和生活状态,通过其他相关的记录资料,人们就可以选择调整比较符合自己特点和有规律的生活节奏。如此以来也展现出了其超强的功能与未来的发展方向。1.2国内外研究现状及发展趋势按照目前电子智能行业的进步速度就能够发现，我国政府对于电子智能检测方面的技术发展是特别关注的，当前我们处于电子信息的时代，整体的发展都是以数字化为基础实现的，而世上所有东西的存在形式都可以归属为模拟量，要想对其进行直观清晰的观察，就要把它变成离散的、不连续的数字量。因此，新一代电子智能手表应运而生。如今，电子智能手表中融入了很多前沿技术及高端芯片等，产品也一直在不断更新升级。由此可知，未来电子智能手表会更加具备系列性、通用性，更加标准化，会给未来电子元件方面的维修、调试及设计开发等带来更多的便利。按照我国电子企业目前的发展状况可知，大家均有这较为先进的思想理念及技术水平，电子行业整体均处于标准化水平，市场竞争力超强，由于竞争才是进步的动力所在，才能够进步和发展。在智能手表领域，我国的发展十分迅速，也带动了相关重点技术及生产技术的研究，成为了我国各电子行业中人们关注的焦点问题。电子智能手表有许多的优点给人们生活上提供了很大的便捷,我相信,随着芯片及硬件不断地更新研发,产品不断地更新，此方面技术持续提升，应用范围也会愈发广泛。1.3本文的主要研究内容及论文结构安排第一章主要是对本次研究的世界各国研究情况及背景进行介绍；第二章对系统方案的确定进行了说明；第三章对硬件电路的应用方法和构成进行了介绍；第四章对软件设计进行了介绍；第五章对硬件设计进行了介绍。第2章设计方案论证与选择2.1设计控制方案的确定在本控制系统中，硬件设计电路包括了astm32f103c8t6单片式电机控制核心处理板控制电路+adxl345传感器控制电路+电机心率速度传感器控制电路+温度传感器+lcd1602电路等部分。2.2.1单片机芯片的选择本文所选单片机控制芯片是STM32单片机，该系列的处理器选用的是由意法半导体ST公司制造的一种以ARM7结构为基础的32位微控制器，同时具有跟踪与模拟功能。搭载的是ARM全新一代的、最前沿结构的Cortex-M3内核，实时性能优异、功耗控制良好、外设具备创新性且更加强大，同时在很大程度上进行了整合集成，给开发提供了便利，能够使产品在市场中快速融合[1]。2.2.2显示方案的选择LCD的驱动是通过单片机完成的，其作用是是大量的图形、文字与数据显示在屏幕上，可以显示更多的位数，显示的结果更加美观、多样，同时LCD液晶显示器在设计和操作上编写过程简单,价格便宜,而且其功率和电能消耗小,使用寿命短,具有抗干扰性能强。2.2.3倾角传感器的选择采用了一种基于美国ADI公司的新型倾角式运动传感器中的adxl345模块,它主要是一种用来实时自动检测年迈以及过去的中年老人及其身体内部位置等的信息,adxl345功能很强大,内置许多数据寄存器,而且其工作成本低,容易被自动控制。2.2.4心率监测模块选择采用红外模块直接采集心率信号,红外模块在测量过程中对于导线和管道上所采集的心率信号抵抗干扰能力相对较强,测量得到的心率信号波形都比较稳定,波形也非常良好,对于本次的设计来说,它将会是一个非常理想的选项。第三章硬件电路的设计3.1系统的功能分析及体系结构设计3.1.1系统功能分析本控制系统在硬件电路设计方面分为几个部分，其中包括astm32f103c8t6单片式电机控制核心处理板控制电路、lcd1602电路、温度传感器、电机心率速度传感器控制电路、adxl345传感器控制电路等。1、利用重力运动加速度状态传感器，通过adxl345检测设备将使用者的平均行运动状态获取到，通过计算将平均行驶速度、行驶距离及步数平均值求取到。2、利用温度传感器对室内温度进行实时检测，利用自动气压检测传感设备对气压进行实时检测[2]。3、LCD1602实时图像显示中反馈的主要是制动温度、心率、制动平均转速、制动距离及步数等有关参数。3.1.2系统总体结构下图为本系统的详细结构图：图3.1系统结构图3.2模块电路的设计3.2.1STM32单片机核心电路设计STM32系列处理器指的是一种由法国及意大利半导体ST公司开发并制造的以ARM7结构为基础的32位、具有实时追溯与模拟功能的微控制器[3]。选取此款控制芯片的原因是设计此系统并非为了投入最低成本或者产生最少的功耗，而是在本系统能够具有相关设计功能需求的情况下，具有更加多样的功能与接口，能够将实验系统中不同工作室的项目合理的设计出来。此次控制芯片在我们完成了单片机相关课程的学习后操作比较简单,且具备了良好的学习、实践研究价值。一、STM32的优点主要如下：（1）实时性能优异；（2）功耗控制性能较强；（3）外设出色并具备创新性；（4）最大限度的整合与集成；（5）容易开发，产品能够在市场中快速融入。二、STM32—最佳的平台选项对在同一平台开发多个项目来说，最佳选择就是STM32：（1）最初仅需很少的管脚及存储空间，而现在所需要的的是数量较多的管脚与存储空间；（2）最初的应用是对性能的苛求，而现在是对电池供电的需求；（3）应用从低成本简便变成了高端。下图为STM32F103C8T6单片机核心板接口电路结构：图3.2STM32单片机核心板接口结构图下图为STM32单片机核心板内部结构：图3.3STM32单片机核心板内部结构图下图为STM32单片机实物结构：图3.4STM32单片机核心板实物结构图3.2.2LCD1602液晶显示模块电路设计LCD显示器包括文字符及文字段图像显示设备。其中一个字段的显示图形类似于LED显示，仅需发送一个相应的信号给它,那么这个字段的管脚就能够显示出来。所谓字符表示法即为根据需求将一个基本字符显示出来。此次设计过程中选取的就是一种自复式显示手段。此系统里面的显示元件选取的是LCD1602字，用于完成信息的输出。相较于以往市场上的LED数码管显示元器件来说，液晶显示模块的优势就是能够显示丰富的内容、价格低廉、功耗较小、外型小巧，同时无需额外搭载驱动电路[4],如今它们在单片机应用程序开发中是一种应用最为广泛的显示元器件。LCD1602能够将两行共16个汉字直接显示出来。一、下述为LCD1602的主要技术参数：（1）显示的字符数容量是个；（2）芯片在电压范围内工作；（3）在2.0mA（5.0V）电流下工作；（4）5.0V是模块工作电压的最佳状态；（5）字符尺寸是。二、LCD1602使用的是标准14脚，下述为对接口的引脚描述：（1）第1脚：为VSS，属于地电源。（2）第2脚：为VDD，与5V正电源相连。（3）第3脚：为V0，是液晶显示器对比度的修正端。（4）第4脚：为RS，是寄存器选择，是高电平状态下选取数据寄存器，在低电平状态下选取指令寄存器。（5）第5脚：为RW，是连接读写输出信号的导线,为低和高电平时的读入输出写和读入写操作。例如当如何RS和如果RW共同分别是一个新的低电平时,它们就同样可以被当作用来直接写入一个控制指令或者共同是一个显示的数据地址,当如果RS为一个旧的低电平或者RW共同为一个新的高电平时它们就同样可以被当作用来直接对控制信号进行读忙，同时假如RS及RW对应的分别是旧高电平及新低电平，那么就能够直接将对应的数据写入。（6）第6脚：为E端，是使能端，如果E端从高电平向低电平改变，那么液晶模块会对指令进行执行。（7）第7到14脚：D0到D7是八位双向数据线。（8）第15到16脚：为空脚。三、控制指数描述LCD1602液晶模块中的控制器包含十一条控制命令，下表内容即为具体说明：表3.1控制指令汇总序号命令D0D1D2D3D4D5D6D7R/WRS1清显示2光标后退*3转换输入模式SI/D4开/关控制显示BCD5字符/光标移动R/LS/C6转换功能FNDL7转换字符发生存贮设备地址字符发生存贮设备地址18转换数据存贮设备地址显示数据存贮器设备地址9对地址或标志读忙计数器地址BF10写数到DDRAM或CGRA将数据内容写入11读数DDRAM或CGRA将数据内容读取四、1602液晶模块的所有输入、读写操作、液晶与显示器光标等有关操作都是通过液晶指令模块完成的一次编程。(符号含义:1代表一个高电平、0代表一个低电平)（1）命令1：显示清空，指令码为01H，光标向地址00H位置复位（2）命令2：复位光标，光标向地址00H返回（3）命令3：光标与显示模式设定I/D：光标的移动情况，如高电平则右移，如低电平，则左移S:屏幕里面全部文字发生左移或是右移。其中高电平代表有效，低电平代表无效。（4）命令4：开/关控制显示。D：对整体显示的开和关进行控制，高电平代表显示开，低电平代表显示关C：光标开关的控制，高电平代表有光标，低电平代表无光标B：对光标的闪烁进行控制，高电平时发生闪烁，低电平时不闪烁。（5）命令5：显示器或者移动式光标的移动S/C:在高电平状态下，文字进行移动式显示，低电平状态下光标的移动式显示（6）命令6：功能设置指令DL：高电平状态下是四位总线，低电平状态下是八位总线N：低电平状态下是单行显示，而高电平状态下是双行显示F:低电平状态下呈现的为的点阵字符，而高电平状态下呈现的是的点阵字符（7）命令7：设置字符发生器RAM地址（8）命令8：设置DDRAM地址（9）命令9：光标与信号地址读忙BF：代表忙标志位，高电平代表忙，而这是模块无法对数据或命令进行接收，假如是低电平状态，则代表不忙（10）命令10：数据写入（11）命令11：数据读取此系统使用的显示单元为LCD1602，用来进行数据的输出。此设计电路里面，电位仪能够利用自动调节功能将显示屏对比度改变，即视觉清晰度。下图为电路工作具体结构图：图3.5LCD1602液晶显示电路结构下图为液晶显示屏的实物图：图3.6LCD1602液晶实物图3.2.3ADXL345倾角传感器模块电路设计本系统设计过程中使用的电机倾角检测装置中的ADXL345模块可用来对设计有关的电机运行量和状态检测信息实现了对倾角的实时检测。ADXL345为外型薄且小的功耗频率超低的三轴自动直线加速度测量控制仪,分辨率高(13位),精度高,体积小,耗能低且所符合要求的速度测量范围精度能够提升至±16g。此系列数字补码所输出的标准化格式是十六为的二进制数字补码数据格式，能够利用与I2C或SPI(4条或3线数字电缆)两种数字输出接口相连的方法实现数据访问。ADXL345能够在运动工具或者装置上适用。其不但能够在倾斜式检测的应用中测量，也可以是测量由于运动或者撞击而引起的动态加速度。分辨率(3.9MG/lSB)较高,可以看到一个小于1.0°的倾斜与偏转角度改变[5]。此类元器件独有的控制及检测功能较多。活动和非异常活动范围检测设备的功能多是利用对一条运动轴中的两个运动最大值加速度与各用户需要设置的运动范围参数比较得到的，对其中是否会发生异常运动进行检测。敲击式键盘对震动功能的检测让使用者可以对任何一个不同方向振动进行单振、双振和震动的操作。自由掉下坠落体力学检查器该功能系统能够让您实现自动检查一个器件本身是否完全处于自由掉落运动状态。这些基本特性使它可以从两个输入中断器和输入引脚之间的一个独立地引脚映射到输出。集成式的实时存储器数据管理软件系统主要是由于采用一个32级先进的先进输出数据缓冲器,可以广泛应用于对系统数据流量进行实时存储,从而可以使得使用主机和微处理器的系统负载功耗降至最小,并且从而大大减小了整个管理系统的能耗。低功率能耗管理的过程主要是用来进行以高速运动为基础的大规模智能计算机的功耗管理，进而利用抄底的能耗对运动展开了以阈限数值运动与运动时的加速度为基础的数值检测。下图为ADXL345模块接口结构图：图3.7ADXL345模块接口结构ADXL345模块中的集成电路基本结构图及其设计方式见下述图表。u2是稳压器中输入的芯片,完成了直流电从5v到3.3v的转变，c1与c4是输入滤波器的电容。r2与r3是射频上压下拉对应的稳压电阻,使射频信号能够输入更加稳定的电压。d1代表一个对电源控制的限流指示灯,r1代表一个对电源控制的限流电阻，安装在控制电源LED里面的灯d1中。图3.8ADXL345模块电路结构图下图为ADXL345模块实物结构图：图3.9ADXL345模块实物结构图3.2.4脉搏心率传感器模块电路设计脉搏式定位心率测量传感器的设计主要作用是对人体心跳波动频率进行检测的，是一种光学传感器，其是一款将自动脉搏噪声放大控制电路和脉动噪声脉搏去除控制电路结合的自动光学定位心率监测传感设备。能够发现，凭借此心率传感器可以研制生产出与运动心率监测相关的生产工艺。该内置传感器几乎可以直接佩戴在任何人的一根手指或耳垂上。该传感器使脉搏噪声信号变成一种无线电谐波信号,此种脉搏检测中心装置在投入使用之前就不必需要把一只圆形手指直接将其放在新型光电心率传感器的一个仪表盘上,光电心率传感器,此种新型光电心率传感器主要作用是一种将新一代脉搏噪声放大控制器与脉搏信号自动消除相结合的新一代光学谐波心率波动监测装置传感设备，在光电心率传感设备中，其中一侧的动脉激光二极管会在刺激下自动发光，如果佩戴者脉搏较快，那么之间或者眼睛到耳垂部位的冠状动脉毛细血管内部的血液流量密度会随之发生一个高度周期性的巨大变化,透过眼睛指尖的动脉激光照射强度也同样会随之发生改变。其一侧通过光电三极管相连使两个要接受的红外光辐射信号可以向红外电信号转换。一、接口描述（1）+与5V相连（2）-与GND相连（3）S输出接口（0与1）下图为脉搏心率传感器模块接口结构图：图3.10脉搏心率传感器接口结构图下图为脉搏心率传感器模块接口实物：图3.11脉搏心率传感器实物图此脉搏心率传感器在理论上会输出下述波形：图3.12心率脉搏传感器输出的波形图具体应用过程中，利用示波器能够将脉搏心率传感器的输出端进行直接检测，下述为所得的波形。与理论相符。图3.13实际应用中心率脉搏传感器信号波形根据上述内容可知，输出波形并非标准的方形信号，由于要使单片机对心率和传感器的输出信号更加方便的检测，选取LM393对比器对波形过滤处理，让传感器的输出信号向标准的方波转变，对单片机的采集更加有利，确保信号能够被稳定检测出来[6]。从而更加清晰的观察到输出波形，通过LM393比较器模块滤波后具有下述波形：图3.14心率脉搏传感器通过比较器进行滤波处理后输出的波形图LM393比较器模块对脉搏心率传感器模块滤波的电路结构图为：图3.15心率检测电路结构图LM393比较器电源模块中的工作电路结构及设计原理见下述文框图。里面的r1模拟电阻信号就叫做分流稳压式模拟电阻，对比较器相连的模块里面被接入的检测设备获取的模拟电压信息向模拟量与电压数字信号进行转换，模拟量对应的的数字信号在被测器与LM393比较设备相连之后，也就是可以利用lm393比较器连接芯片2号引脚同时与模拟分压电位器相接后对分压之后的电压数字信号与模拟量数据展开分析与计算，进而在求解之后能够获取模拟数字信号(信号就是方波式电压信号)。c1与c2是滤波处理之后的电容,c1代表对电源里面的所有输入输出信号进行过滤，这使得电源整体具备更加稳定的进入输出滤波频率。c2电容滤波能够将全部模拟信号的输出做出过滤处理，确保全部模拟信号都能够输出稳定的滤波[7]。r2与r3均为以增加限流保护为目的的电阻，用在保护插在led上的灯中,防止插在led上的灯被电流烧坏,LED在烧灯均匀后可以将其变成有效的限流低电平。r4为一个上有下拉钳制电阻,上有下拉即将不变的可能从而确定的电流信号通过此电阻形成自动钳制，同时处于高电平状态，此外也具备的自动限流保护的功能。确保装置lm393比较器可以将高低电平信号的参考信号输出，同时可以精确的在两单片机引脚相连的状态下，具有更加稳定的高低电平信号的数据读写功能。 图3.16LM393比较器模块内部电路结构图下图为LM393比较器的模块实物：图3.17LM393比较器模块实物图3.2.5DS18B20温度传感器模块电路设计对本文所述设计研究进行分析可以明确，本文需要对一款温度传感器进行选择，在现有传感器类型中比较常用的是DS18B20，其可以让数字信号得以输出，具有的优势是具有较强的抗干扰能力、较高的分辨率、不需要花费太多资金、具有较小的体积等，该传感器可以方便接线，在对其进行封装操作之后在很多场合都可以应用，比如不锈钢封装式等，其有多种不同的型号可供选择[8]。对于这些不同型号的设备进行研究，可以发现其区别是可以根据使用场景和需求对自身外表进行改变，通过进行封装之后，可以在高炉电缆沟温室中使用，其可以对温度进行检测，可以对锅炉温室进行检测，对农业建筑仓库大棚温度进行检测，可以对弹药仓库温度进行检测等。其优势是可以方便的使用，具有较小的能耗，具有较小的体积等，具有多元化的封装结构，可以在狭小空间中使用，可以实现测温自动化，可以远程进行测温等。一、DS18B20技术参数（1）该设备的接口方式较为独特，是单线类型，在与微处理器进行连接的时候需要使用一条口线，进而可以使二者之间的双向通讯得以实现[9]。（2）-55℃到+125度是其温度误差范围，1℃是其固有标准误差。（3）它们同时具有多个单点式并联组网的测温功能,多个单点ds18b20可以同时并联在唯一的三条直流测温电缆上,最多也可以只能同时进行并联8个,实现了多个单点式组网测温,如果这些电缆数量变的太多,会可能导致直接使得测温供电系统电源的交流电压太高，因此可导致无法稳定的传输测温信号。（4）3.0~5.5V/DC是其工作电源范围。（5）无需引入外围元件即可使用。（6）在对数据进行测量的时候，结果一般采用9～12位的模拟数字串行测量方法即可进行数字串行数据传输。ds18b20温度传感器系统采用了各种可编程的温度图像和高分辨率使其范围大小为9～12位,温度报警信号转换成12位的各种数字信号格式,其中最大温度值为750毫秒,用户可以具有自己设定可以自行确定的。温度报警装置其具有非易损失性能，其可以在很多领域得到应用，包括工业采暖系统、工业恒温控制系统等，也可以用于任何一种热敏感性元器件，还可以用于专用温度计中，根据相关研究资料可以明确，该温度传感器具有良好的性能，能够满足本文设计需求。在通常情况下对该温度传感器进行封装的时候，有两种封装方式可以选择在使用方面其并没有任何区别，可以根据所应用的环境对其进封装方式进行选择。第一种封装方式是让电容器芯片直接裸露，进而可以对温度进行监控。第二种方式是用钢管或不锈钢对其进行封装,防水,一般被广泛应用于检测水温照明灯中液体的温度。下图所示的是实物图示意。图3.18传感器实物图图3.19传感器实物图分析该传感器可以明确，可对其工作原理有简要了解，在对驱动电阻进行选择的时候，选择使用的驱动电阻类型是上下下拉类型，进而可以使该传感器能够更加稳定的传输读写数据。图3.20温度传感器原理示意图下图所示的是封装示意：图3.21封装示意图第四章系统软件设计本文对所述设计系统的硬件进行设置，进而使其能够对系统电路和整个系统进行控制，对于系统而言，如果想要让其能够发挥作用，还需要对软件进行设置，在权益当中本文已经对不同硬件的控制方式和解决方式进行详细阐述，因此在本文的这个章节将对如何进行软件设置进行阐述。也就是说,只有将控制硬件针对电路系统和平台上的控制软件进行编程,即时就可以将其从发烧机编写至控制单片台电机内部。本系列产品的软件设计以byarm为软件控制系统核心，选择使用的芯片是STM32F103C8T6，选择使用的开发环境是keiluvision5byarm，该产品可以建立高度集成的开发环境，在对现有单片机进行研究和分析可以发现，该软件是开发的主流软件，具有较为频繁的使用频率，在对程序进行烧录的时候，选择使用pl2303作为磁盘系统[10]。4.1编程语言选择对于本文所述设计系统而言，其具有复杂的计算过程，且其数值计算产生错误的数量较大,用户得到了相对更多的浮点数算法进行数值计算，因此在对其进行软件设计和编写程序的时候，可以选择使用的语言类型包括C语言等。在针对32系列的单片机进行软件编程的时候，使用C语言进行代码编辑具有的好处为：(1)无需明确磁盘处理器的每一个指令集，无需明确其具有的硬件结构。(2)翻有很多标准例程可以为用户提供。(3)对比C语言和普通汇编语言可以明确，使用C语言可以大幅度缩短调试过程，软件设计过程。(4)具有和人脑相近的操作函数和关键词。(5)可组合不同操作的变量，进而使其可读性大幅度增强。(6)译器可负责管理寄存器的分配等，在进行编程的时候不需要对寄存器的位置以及其中的数据类型进行考虑。(7)可实现模块化编辑，从而使用户能够把自己编制好的应用程序随意添加到其他程序中，也可以根据自身需求仅对其中一个程序进行修改，而不会对其他程序造成影响。(8)普及较为广泛，并且具有良好的可移植性，通过使用C语言可以让其编制的程序和现有操作系统相适应，完成一个项目的编辑之后，其可以轻松的转移到其他环境或处理器中使用，对于C语言而言，其具有的编译器具有很多明显优势，其具有可维修性、可移植性、可读性等，简单方便，易于掌握。4.2单片机程序开发环境本文在对软件进行设计和开发的时候，需要对一个开发环境进行选择，为了满足本文设计需求，因此选择使用keiluvision5作为开发环境，对其进行分析可以明确，其是现在应用比较广泛的应用开发软件环境，为嵌入式类型，该软件由国外一家公司经过深入研究设计并推出，其可使用arm的微处理器系统，并提供调试功能、连接功能等。该软件不仅可提供一整套完整的操作界面和开发环境，并且还支持C语言编程，其具有较高的C语言编译效率，进而使设计开发人员通过使用该系统可以方便地使用C语言的相关工具，进而使其产品研发更加顺利，缩短研发周期，该软件具有的特征包括：(1)系统可以完成对软件的编译工作，调试工作等，并让整个软件设计开发过程能够自动完成，该过程与人类工作流程相似。(2)可支持多种操作系统，能够为设计开发者提供功能强大的工具和丰富的库函数。(3)该软件不仅让原有软件的基础功能得到有效保留，同时还针对使用设计了很多新功能，比如该软件可以最大限度的开发微控制器核心的内核并可以对其进行测试，同时针对其基本开发方法也优化和调整了开发应用到的接口。4.3ARM软件开发流程在使用该软件的时候，首先需要对工程进行建立，其名字为project，在软件的界面中找到相应菜单，然后对进行选择，选择新建工程，然后为新建工程命名，随后对其进行保存，即可完成新工程的建立[11]。以开发芯片和单片机类型为基础对工程进行选定，本文选择使用的是stm32f103c8t6，进而完成对工程的设计；在完成上述操作之后，需要对sourcegroup进行点击操作，然后把一个.c文件添加到里面，点击即可对该模块的文件进行直接编辑。也就是说，我们需要把该文件拷贝到建立的工程目录下面。至此我们就完成了对工程模块软件的建立，下图所示的是工程研究开发方案示意。图4.1开发软件开发界面示意图图4.2开发软件软件开发流程示意图4.4FlyMcu程序烧录软件介绍在完成对软件的编辑之后，还需要对其进行烧录操作，进而使单片机可以对相应的软件程序进行运行，在对烧录软件进行选择的时候，本文选择使用的烧录软件为flymcu，其具有较好的烧录效果，可应用于单片机软件的开发，软件产品能够被广泛应用于工业嵌入式集成电路器件编程(icp)和工业嵌入式应用程序编程(iap)等专业领域，用户可随时对烧录器件资料进行查阅，可随时对器件进行编程。在开始进行应用程序的设备烧写前,首先我们需要将一个设备上的下载器(也是说就是放在pl2303串口的一个烧写数据模块)、设备和放在pc上的烧写数据相互连接好，图4.3所示的，是其操作流程示意。(1)打开软件网页，让其切换到stmisptab的串口页面,然后在其中串口选择stusb后再转换到串口选择comport。(2)选择相应的HEX文件(3)可以设置随机烧写的复位方式,一定程度是首先选择oadtr，此时可进入复位模式，如果RTS的电平状态为高电平，此时可进入obootloader。(4)在想要进行编程的时候，对相关按钮进行点击即可实现。下图所示的是该软件的下载界面示意。图4.3下载界面示意图4.5PL2303串口程序烧写模块介绍在完成上述操作之后，本文还需要对串口程序烧写模块进行选择，为了满足本文所述设计本文选择使用的是s/pl2303串行接口，通过使用该模块，可以把烧写程序传递给单片机，进而使其能够实施后续操作，其采用的烧写接口为cusb，可让大多数小型笔记本电脑的主机用户在网上进行研制stc等全系列小型单片机的烧写应用程序需要烧机读写的复杂问题得到解决,本次烧写下载器廉价且具备高性能,是我们设计研制生产stc等全系列小型单片机时经常使用的烧写工具。一、对其进行研究和分析可以明确，其具有特点有：（1）供电类型为USB类型。（2）支持主流操作系统，包括：WINXP、WIN2000、WIN7等。（3）支持USB2.0或者是1.1。（4）在编程芯片的时候，可以让目标板直接使用，进而使其作为电源，也可以通过使用编程器从USB口提供给目标板一个电源，在对其进行提供的时候需要明确500ma是目标板的最大电流，如果超过该限额，则会导致编程无法顺利进行。（5）芯片为原装进口，可让编程过程更加稳定快捷。（6）和并口语言相比，具有更加安全的运行速度和小快的运行速度，笔记本用户也可以方便的使用。（7）可提供5v和3.3v的交流电压。（8）可用于STC全系列芯片。（9）目标板上执行的程序不会受到编程任务的影响。下图所示的是其模块示意。图4.4烧写模块示意图二、对该模块引脚进行说明。输出为+5V，如果供电方式为外接类型，则无需有接地操作。RXD连接的是TXD。RXD连接的是RXD。GND连接的是GND。输出为3.3V，如果供电方式为外接类型，则可不连接该引脚。三、下图所示的是单片机与烧写模块接线示意。图4.5单片机与烧写模块接线示意图4.6程序流程图本文在对系统进行设计和研究的时候，选择使用的软件是keiluvision5，其可以对系统进行编写，同时还可以对其进行调试，在对程序语言进行选择的时候，选择使用的是C++语言，具有较高的可移植度，还具有较高的易读性[12]。下图所示的是其运行流程示意。图4.6系统流程示意图第五章系统焊接与调试5.1电路焊接在对电路进行焊接的时候，可以选择手工焊接方式，该方式较为原始，很多工厂在进行焊接的时候基本不会选择该类型焊接方式，但在普通零部件的维护、系统检查和测试中，往往都需要使用该方式。需要明确的是，如果在进行焊接的时候，本质上有问题出现，则会对整个控制系统产生重要影响作用，因此可以说，对于整个控制系统而言，焊接过程具有十分重要的作用，如果该过程出现问题，则会导致无法正常使用系统，在进行手工焊接的时候，其流程为：第一步焊接开始：在进行该操作的时候，首先需要打扫干净需要焊接的各个部位，进而可以让存在于上面的灰尘或油剂能够有效去除，然后再用手工焊接的方式直接对焊联元件两个手脚边角向一定角度方向完全掏空后再戳一点,注意不然就可以把每个焊接元器件手脚完全相交，如果发生这种情况，则会导致焊接受到严重影响。接下来我们先需要让一根用于电磁炉的预热烙锡和铁头来将触摸板移到所有这些需要对它进行预热焊接的电子元器件脚下,再给它加入一条长的焊锡丝。此处我们平时需要特别注意的一点就是,不能随便地就让带有烙印的铁头直接触碰到其他手脚，否则可能会分开焊接其他元器件。第二步升温焊接：对器件进行熔化加热操作，完成该步骤之后，可对电烙焊锡丝进行融化加热操作，主要加热方法一般就是将已经开始烧热的高温电洛磁烙铁。放置在加热管角一侧，对其焊锡丝进行缓慢加热，需要明确的是，在进行该操作的时候需要对电烙铁工作温度进行检查，需要明确加热电烙的时间。若器件加热电洛时间过的太长,很多是有限的可能就是会导致让加热电洛电烙铁焊坏，进而导致底板出现损坏等。在通常情况下，我们需要对电烙铁的加热温度进行稍微调整，进而使其在400℃左右，对加热时间进行稍微调整，进而使其在两秒左右，例外还可能需要根据使用器件的不同而有所改变。在对其进行焊接的时候，需要根据其功能特征选择不同的焊接手法，我们在进行焊接加热的时候，首先需要拆卸所有焊接完成的元器件，然后我们需要对已经焊接焊点处的所有元器件全部进行焊接加热的,主要注意做到这样一个焊接操作的方法就是首先在已经焊接焊点处内部填充好已经进行焊接过的所有金属和焊丝,使得连接焊点内部保持圆润,然后我们需要利用高压电洛电磁铁对已经焊接焊点处的所有元器件全部进行焊接加热,在这个进行焊接的加热过程中就已经完全可以直接把所有的焊接元器件都全部卸下来了,这个焊接时候一定是需要主要注意做到这一段时间,要不然也就是有时候可能焊接会严重地直接损坏到整个焊盘第三步将要对焊接处的表面进行清理:在我们进行焊接操作的时候，再已经完成第2步之后，此时我们可以对其进行观察，通过观察的方式可以明确是否完成了焊接工作，有些人可能还会担心是否会出现虚焊的情况。这时候问题就是我们是否需要对自己的板做一些焊接修改。主要还是分为两种常见情况的,第一种就是我们焊接的锡数量不足,焊接好的点也很圆润,这时我们就可能需要对没有焊接点的部位进行补充一些新的焊锡，在进行该操作的时候需要明确，在对焊点进行操作的时候不应该采用减少补多的原则，否则可能会导致其他引脚之间出现连接。第二种解决方法就是由于墙上焊锡太多,这时候我们就建议可以通过考虑直接利用手动电洛铁将一个焊丝和锡焊丝放在另外一个没有焊接孔的部位上，然后实施滑动旋转的动作，直接带走多余的锡和焊丝。如果该操作无法让此目的实现，则需要使用电动吸锡器进行操作。第四步检查焊点：我们已经基本完成以上三个工作步骤时,最后就是我们需要对带电焊接点外观进行一个整体的检查观察,主要工作目的也就是为了仔细观看这个带电焊接管脚点的具体位置外观是否紧固、明亮，是否连接到其他的电焊管脚。5.2系统调试电源系统要马上焊接电源在进行电路调试前,大约首先要仔细看一下已经焊接好的整个系统也是有可能分别是不同等的程度地严重出现了短路问题，如果电源内部存在异常，比如出现电容器断裂等情况，比如出现正极和负极存在相反连接的情况，出现虚焊等情况，则可能导致系统在运行过程中出现很多问题，为了避免该情况的出现，因此选择使用万用仪仪器对其进行检查，明确电源是否正确连接，是否可能存在短路等情况，在明确检查所有问题之后，进而可有效避免系统在运行过程中有短路等相关问题出现。对测试平台进行搭建，对本文所述设计软件进行测试，在对其进行测试的过程中，如果没有问题出现，那么接下来将会对系统功能进行测试，明确该系统是否满足本文设计需求，如果发现其系统功能有问题存在，则需要对其进行优化和调试，进而使程序能够发挥其应有的功能。5.2.1系统程序调试在软件调试的时候需要进行的步骤包括：(1)打开本文选择使用开发软件，对新建工程进行选择，把菜单栏打开单击工程，输入一个需要新建的软件工程执行命题,并对其进行编辑保存；接着单片上主机的软件型号修改为“stm32f103”。(2)可以修改和重复新建一个新的用户源代码文件:在一个修改新建的用户空白软件文本中可以重复创建编写一个应用程序的用户源代码,编码编写工作基本完成后将这个文件内容保存为一个原始数据库，对文件名字进行更改，让其拓展名符合本文设计要求[13]。(3)编译程序并对其进行调试，只需要对相关按钮进行单击，系统就会对应用程序文件的结构进行编译运行,在应用程序的输出窗口中我们即可以清楚地看到一个错误的提示信息,如果发现其中存在任何错误信息,则需要根据提示对错误进行查找并检查，然后有针对性的对其进行修改和完善，直到系统不再提示有错误出现为止，此时系统就可以发挥正常功能，并且可以符合本文设计需求，然后才可以让系统正式被使用。图5.1提示界面示意图5.2.2硬件测试在完成软件方面调试之后，还需要针对硬件的情况对其进行调试，进而可完成整个系统的调试，在对硬件进行调试的时候，可以选择使用多种方法，包括使用直流电源检测，万用电压表等。对已经进行焊接好的电子模块或者板子器件进行了一个整体硬件性能的综合调试,主要目的是通过检查各个电子器件在焊接模块上电时是不是都已经能够正常可靠地进行工作,主要调试可以大致划分以下为两个基本阶段:一个是调试静态硬件，一个是调试动态