【正文】 7單片機作為主控芯片。本設(shè)計有單片機控制無線模塊，接收從無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，并經(jīng)過單片機進行處理，通過網(wǎng)絡(luò)控制部分傳送給PC接收。通過UTC4832無線網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳至主通信節(jié)點，主通信節(jié)點對數(shù)據(jù)進行進一步處理，通過以太網(wǎng)把數(shù)據(jù)發(fā)送至應(yīng)用服務(wù)器。方案一：采用基于RTL8019AS實現(xiàn)以太網(wǎng)通訊。RTL8019AS是由臺灣Realtek公司生產(chǎn)的100pin PQFP 封裝10Mbps以太網(wǎng)控制器，符和Ethernet ，其應(yīng)用成熟廣泛，但是由于RTL8019AS沒有集成內(nèi)部硬件協(xié)議，此方案需要在主控制器內(nèi)部編寫以太網(wǎng)通訊協(xié)議、程序繁瑣、耗費時間，不利于系統(tǒng)的快速開發(fā)和穩(wěn)定運行。且由于其封裝引腳太多，也不方便系統(tǒng)的硬件設(shè)計。方案二：采用基于DM9161的網(wǎng)絡(luò)控制器的以太網(wǎng)通訊系統(tǒng)設(shè)計。DM9161DM9161AEP是一款完全集成的和符合成本效益單芯片快速以太PHY。DM9161AEP通過可變電壓的 MII 或 RMII 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口連接到 MAC 層，支持 HP AutoMDIX?。是目前常見的一款物理層收發(fā)器，由于全球的MCU集成度不斷提高，由MAC+PHY+MII的衍生到現(xiàn)在的PHY，在以太網(wǎng)部分的成本，逐漸降低。方案三：采用基于ENC28J60的網(wǎng)絡(luò)控制器的設(shè)計。ENC28J60是帶有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)串行外設(shè)SPI接口的獨立以太網(wǎng)控制器，具有28pinDIP封裝，采用了一系列包過濾機制以對傳入數(shù)據(jù)包進行限制。他還提供了一個內(nèi)部DMA模塊，以實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)吞吐和硬件支持的IP較驗和計算。與主控制器的通信通過兩個中斷引腳和SPI實現(xiàn)，傳輸數(shù)據(jù)速率高達10Mb/s。兩個專用的引腳用于連接LED，進行網(wǎng)絡(luò)活動狀態(tài)指示。雖然ENC28J60同樣也沒有像DM9161那樣集成了了內(nèi)部硬件協(xié)議棧，但是由于其具有28pinDIP封裝，大大便于硬件設(shè)計和制版，符合我們這次系統(tǒng)設(shè)計的基本要求。綜上所述所述，方案二和方案三都適合作為本次設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)控制部分，由于條件所限我們選擇方案二。 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)如圖32所示，整個程序是圍繞STM32F107VCT6單片機設(shè)計的，軟件程序采用模塊化設(shè)計，更容易理解和調(diào)試。整個程序除主程序之外還有5個部分：系統(tǒng)初始化子程序、RS232通訊子程序、網(wǎng)口通訊子程序、I/O數(shù)據(jù)采集子程序和RS485通訊子程序。圖32軟件結(jié)構(gòu)圖主程序流程圖如圖33所示。系統(tǒng)運行后進入主程序，首先對系統(tǒng)硬件進行初始化，而后再對網(wǎng)絡(luò)進行初始化，然后檢查網(wǎng)絡(luò)連接是否正常，連接正常則進行周期運行顯示，不正常則重新進行連接。圖33主程序流程圖 本章小結(jié)本章主要講述了本設(shè)計的工作原理和本設(shè)計系統(tǒng)的工作流程。在說明工作原理的過程中，突出了電路的組成單元以及這些單元如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理控制功能。在說明系統(tǒng)流程時，結(jié)合本設(shè)計的內(nèi)容指出了參數(shù)設(shè)置的方法和意義。4 硬件設(shè)計 主控芯片STM32F107 32位ARM CortexM3結(jié)構(gòu)，72MHz運行頻率， DMIPS/MHz，硬件除法和單周期乘法，并可快速可嵌套中斷，6~12個時鐘周期，有64K~256KB的FLASH，以及高達64KB的SRAM。另外在網(wǎng)絡(luò)通信功能上，具有一個RJ45網(wǎng)絡(luò)接口，支持10M/100M自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，還有一個Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊接口，一個WiFi WLAN無線寬帶網(wǎng)絡(luò)通訊接口。在本開發(fā)板上，添加了一些人機交互接口，一個大屏幕320*240,262144色TFTLCD，支持SPI接口式/總線接口，四個LED發(fā)光管，一個電源LED指示燈，一個五方向的輸入搖桿，3個GPIO按鍵，1個RESTE按鍵，以及音頻級處理芯片，USB OTG功能能，支持外接鼠標(biāo)和鍵盤。串行通信功能上，有兩個RS232連接插座，其中一個RS232帶硬件流控制引腳，一個mini型USB插座，兩個CAN連接口。其中與以太網(wǎng)最重要的硬件是MAC（介質(zhì)訪問控制）及其專用的DMA。專用的DMA控制器允許專用SRAM和描述符之間高速傳輸，其中一些地址過濾模式，對物理和組發(fā)送地址，以及32位狀態(tài)編碼，用于每個傳送和接受幀。內(nèi)部的FIFO用于緩存?zhèn)鬏敽徒邮軒?，傳輸FIFO和接受FIFO都是2Kbyte，總共4Kbytes。：　STM32F107xx包括以下特性：1. 支持10和100Mbit/s兩種速率2. 專用DMA控制器允許專用SRAM和描述符之間高速傳輸。3. 標(biāo)記的MAC幀支持，支持VLAN(虛擬局域網(wǎng))4. 半雙工和全雙工兩種操作模式，半雙工下采用CSMA/CD（帶有檢測沖突的載波偵聽多路存?。?. 支持MAC控制子層，用于控制幀。6. 32位CRC產(chǎn)生和清除。7. 一些地址過濾模式，對物理和組播地址。8. 32位狀態(tài)編碼，用于每個傳送和接受幀。9. 內(nèi)部FIFO用于緩存?zhèn)鬏敽徒邮諑?。傳輸FIFO和接收FIFO都是2Kbyte，總計4Kbytes。10. 支持硬件PTP(精確時間協(xié)議)，時間戳比較器連接到TIM2觸發(fā)輸入端。當(dāng)系統(tǒng)時間比預(yù)定目標(biāo)時間大時，觸發(fā)中斷。 STM32F107的以太網(wǎng)功能描述STM32F107支持兩種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的物理層接口，默認(rèn)的介質(zhì)無關(guān)接口MII和精簡的介質(zhì)無關(guān)接口RMII。以太網(wǎng)的外設(shè)由MAC和一個專用的DMA控制器，支持默認(rèn)的MII和RMII通過一個選擇位來設(shè)置默認(rèn)的MII接口或者精簡MII接口。TDMA控制器接口通過AHB主從接口連接核和內(nèi)存，AHB主接口控制數(shù)據(jù)傳輸當(dāng)AHN從接口訪問控制盒狀態(tài)寄存器空間。在MAC核傳輸前，傳輸FIFO緩存通過DMA從系統(tǒng)內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)，類似的，接受的FIFO隊列從線上儲存以太網(wǎng)幀從而知道它們被DMA傳送到了系統(tǒng)內(nèi)存中。以太網(wǎng)的外設(shè)還包括一個SMI用于和外部的PHY通信。配置寄存器允許用戶為MAC和DMA控制器選擇想要的模式和特性。 STM32F107以太網(wǎng)原理框圖 SMI站管理接口SMI（station management interface 站管理接口）允許應(yīng)用程序通過一根時鐘數(shù)據(jù)線來讀取配置中任意一個物理寄存器，接口最多支持訪問是32個PHY。應(yīng)用程序可以在SMI的允許下選擇32個PHY中的其中一個，再在PHY中32個寄存器中的任意一個來發(fā)送控制數(shù)據(jù)或者接受狀態(tài)信息。但是在給定的時間里，只能訪問一個PHY中的寄存器。，圖中微控制器執(zhí)行使MDC時鐘線和MDIO數(shù)據(jù)線來為交替的功能I/O扣。MDC是一個用于給數(shù)據(jù)傳輸提供時間參考的周期性時鐘，最小的MDC的高低時間是每次160ns，最小的周期是400ns。值得注意的是，在不工作的情況下，SMI管理接口驅(qū)動MDC時鐘信號為低，即為0。而MDIO是數(shù)據(jù)輸入和輸出數(shù)據(jù)是要用MDC時鐘信號來同步傳輸狀態(tài)信號給物理設(shè)備，或者從物理設(shè)備那得到狀態(tài)信號。STM32MACExternalPHYMDIOMDC SMI管理接口框圖 SMI寫操作當(dāng)應(yīng)用程序設(shè)置介質(zhì)無關(guān)接口MII寫和忙位時，SMI通過傳輸PHY的地址，PHY中的寄存器地址以及寫數(shù)據(jù)來啟動一個寫操作到PHY寄存器上。當(dāng)然，在傳輸過程中應(yīng)用程序不能改變MII的地址寄存器中的內(nèi)存或者是MII數(shù)據(jù)寄存器。在這個寫操作的時間里，任何對MII地址寄存器和MII數(shù)據(jù)寄存器的寫操作都會被忽略（忙時位為高，即為1），保證傳輸過程無差錯完成。這個寫操作完成之后，SMI又通過復(fù)位忙位，使得可以重新接受新的寫操作。 SMI寫操作 SMI的讀操作用戶設(shè)置以太網(wǎng)MAC中MII的地址寄存器中的MII Busy bit時，MII Write bit 為零，SMI就通過傳輸PHY地址和PHY中的寄存器的地址，然后在PHY寄存器中就啟動一個讀操作。同樣的，在傳輸過程中應(yīng)用程序不能改變MII地址寄存器中的內(nèi)容或者MII數(shù)據(jù)寄存器中的內(nèi)容。同時在讀操作過程中，對MII地址寄存器和MII數(shù)據(jù)寄存器的寫操作也會被忽略（Busy bit為高，即為1），保證傳輸過程不差錯，能夠正確完成。讀操作完成后，SMI復(fù)位Busy bit，然后用從PHY中讀到的數(shù)據(jù)來更新MII數(shù)據(jù)寄存器。 SMI讀操作 STM32串口通訊STM32的串口是相當(dāng)豐富的，功能也很強勁。最多可提供5路串口（MiniSTM32使用的是STM32F103RBT6，具有3個串口），有分?jǐn)?shù)波特率發(fā)生器、支持單線光通信和半雙工單線通訊、支持LIN、智能卡協(xié)議和IrDASIR ENDEC規(guī)范（僅串口3支持）、具有DMA等。 485電路 串口最基本的設(shè)置，就是波特率的設(shè)置。STM32的串口使用起來還是蠻簡單的，只要你開啟了串口時鐘，并設(shè)置相應(yīng)IO口的模式，然后配置一下波特率，數(shù)據(jù)位長度，奇偶校驗位等信息，就可以使用了。下面，我們就簡單介紹下這幾個與串口基本配置直接相關(guān)的寄存器。 1，串口時鐘使能。串口作為STM32的一個外設(shè)，其時鐘由外設(shè)時鐘使能寄存器控制，這里我們使用的串口1是在APB2ENR寄存器的第14位。APB2ENR寄存器在之前已經(jīng)介紹過了，這里不再介紹。只是說明一點，就是除了串口1的時鐘使能在APB2ENR寄存器，其他串口的時鐘使能位都在APB1ENR。 2，串口復(fù)位。當(dāng)外設(shè)出現(xiàn)異常的時候可以通過復(fù)位寄存器里面的對應(yīng)位設(shè)置，實現(xiàn)該外設(shè)的復(fù)位，然后重新配置這個外設(shè)達到讓其重新工作的目的。一般在系統(tǒng)剛開始配置外設(shè)的時候，都會先執(zhí)行復(fù)位該外設(shè)的操作。串口1的復(fù)位是通過配置APB2RSTR寄存器的第14位來實現(xiàn)的。APB2RSTR寄存器的各位描述如下：從上圖可知串口1的復(fù)位設(shè)置位在APB2RSTR的第14位。通過向該位寫1復(fù)位串口1，寫0結(jié)束復(fù)位。其他串口的復(fù)位位在APB1RSTR里面。 3，串口波特率設(shè)置。每個串口都有一個自己獨立的波特率寄存器USART_BRR，通過設(shè)置該寄存器達到配置不同波特率的目的。該寄存器的各位描述如下：、 寄存器USART_BRR各位描述前面提到STM32的分?jǐn)?shù)波特率概念，其實就是在這個寄存器里面體現(xiàn)的。最低4位用來存放小數(shù)部分DIV_Fraction，[15:4]