【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。并使得嵌入式系統(tǒng)可隨著產(chǎn)品的性能和需求不斷擴(kuò)展而升級(jí)。本文選用了一款基于 ARM CortexM3 內(nèi)核芯片—由意法半導(dǎo)體（ST)推出的STM32F103 芯片。STM32F103 系列微處理器是首款基于 ARMv7M 體系結(jié)構(gòu)的 32位標(biāo)準(zhǔn) RISC（精簡(jiǎn)指令集）處理器，很高的代碼效率，在 8 位和 16 位系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間上發(fā)揮了 ARM 內(nèi)核的高性能。該系列微處理器工作頻率為 72MHz，內(nèi)置高達(dá) 128K 字節(jié)的 Flash 存儲(chǔ)器和 20K 字節(jié)的 SRAM，具有豐富的通用 I/O 端口。作為最新一代的嵌入式 ARM 處理器，它為實(shí)現(xiàn) MCU 的需要提供了低成本的平臺(tái)、縮減的引腳數(shù)目、降低的系統(tǒng)功耗，同時(shí)提供了卓越的計(jì)算性能和先進(jìn)的中斷響應(yīng)系統(tǒng)。豐富的片上資源使得 STM32F103 系列微處理器在多種領(lǐng)域如電第二章 ARM 系統(tǒng)的硬件平臺(tái)4機(jī)驅(qū)動(dòng)、實(shí)時(shí)控制、手持設(shè)備、PC 游戲外設(shè)和空調(diào)系統(tǒng)等都顯示出了強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿ΑTM32F103 系列微處理器主要資源和特點(diǎn)如下： 51 個(gè)快速 I /O 端口， 所有 I/O 口均可以映像到 16 個(gè)外部中斷， 幾乎所有端口都允許 5V 信號(hào)輸入。每個(gè)端口都可以由軟件配置成輸出（推挽或開漏）、輸入（帶或不帶上拉或下拉）或其它的外設(shè)功能口。 個(gè) 12 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，多達(dá) 16 個(gè)外部輸入通道，轉(zhuǎn)換速率可達(dá) 1MHz,轉(zhuǎn)換范圍為 036V，具有雙采樣和保持功能。內(nèi)部嵌入有溫度傳感器，可方便的測(cè)量處理器溫度值。 7 路通用 DMA 可以管理存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器、設(shè)備到存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器到設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，無(wú)須 CPU 任何干預(yù)。通過(guò) DMA 可以使數(shù)據(jù)快速地移動(dòng) CPU 的資源來(lái)進(jìn)行其他操作。DMA 控制器支持環(huán)形緩沖區(qū)的管理，避免了控制器傳輸?shù)竭_(dá)緩沖區(qū)結(jié)尾時(shí)所產(chǎn)生的中斷。它支持的外設(shè)包括：定時(shí)器、ADC、SPI、I2C 和 USART 等。：支持標(biāo)準(zhǔn)的 20 腳 JTAG 仿真調(diào)試以及針對(duì) Cortex M3 內(nèi)核的串行單線調(diào)試（SWD）功能。通常默認(rèn)的調(diào)試接口是 JTAG 接口。 7 個(gè)定時(shí)器。，三個(gè) USART 異步串行通信接口、兩個(gè) I2C 接口、兩個(gè) SPI 接口、一個(gè) CAN 接口和一個(gè) USB 接口，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信提供了保證。除工業(yè)可編程邏輯控制器(PLC)、家電、工業(yè)及家用安全設(shè)備、消防和暖氣通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等傳統(tǒng)應(yīng)用，智能卡和生物測(cè)定等消費(fèi)電子應(yīng)用外，新的 STM32系列還特別適合側(cè)重低功耗的設(shè)備，如血糖和血脂監(jiān)測(cè)設(shè)備。 STM32F103的USART接口 USART 接口的引腳描述表 USART 的引腳描述第二章 ARM 系統(tǒng)的硬件平臺(tái)5引腳名稱類型 描述RX 輸入端口 串口數(shù)據(jù)流入TX 輸出端口 串口數(shù)據(jù)流出 USART 主要的特性 全雙工的，異步通信。2. NRZ 標(biāo)準(zhǔn)格式。3. 分?jǐn)?shù)波特率發(fā)生器系統(tǒng)。4. 可編程數(shù)據(jù)字長(zhǎng)度（8 位或 9 位）。5. 可配置的停止位支持 1 或 2 個(gè)停止位。6. LIN 主發(fā)送同步斷開符的能力以及 LIN 從檢測(cè)斷開符的能力。7. 單獨(dú)的發(fā)送器和接收器使能位。8. 檢測(cè)標(biāo)志。9. 校驗(yàn)控制。10. 四個(gè)錯(cuò)誤檢測(cè)標(biāo)志。11. 10 個(gè)帶標(biāo)志的中斷源。12. 多處理器通信如果地址不匹配，則進(jìn)入靜默模式。13. 從休眠模式中喚醒。 數(shù)據(jù)發(fā)送與接收過(guò)程 在接收時(shí)，接收到的數(shù)據(jù)被存放在一個(gè)內(nèi)部的接收緩沖器中；在發(fā)送時(shí)，在被發(fā)送之前，數(shù)據(jù)將首先被存放在一個(gè)內(nèi)部的發(fā)送緩沖器中。對(duì) SPI_DR 寄存器的讀操作，將返回接收緩沖器的內(nèi)容寫入 SPI_DR 寄存器。第二章 ARM 系統(tǒng)的硬件平臺(tái)6處理數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，當(dāng)數(shù)據(jù)從發(fā)送緩沖器傳送到移位寄存器時(shí)，設(shè)置 TXE標(biāo)志(發(fā)送緩沖器空)，它表示內(nèi)部的發(fā)送緩沖器可以接收下一個(gè)數(shù)據(jù)；如果在SPI_CR2 寄存器中設(shè)置了 TXEIE 位，則此時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷；寫入 SPI_DR 寄存器即可清除 TXE 位。注：在寫入發(fā)送緩沖器之前，軟件必須確認(rèn) TXE 標(biāo)志為‘1’，否則新的數(shù)據(jù)會(huì)覆蓋已經(jīng)在發(fā)送緩沖器中的數(shù)據(jù)。第三章 WiFi 技術(shù)及模塊概述7第 三 章 WiFi技 術(shù) 及 模 塊 概 述 WiFi技術(shù)概述802．11 協(xié)議是 IEEE 802r 作組定義的第一個(gè)被國(guó)際認(rèn)可的無(wú)線局域網(wǎng)協(xié)議。跟傳統(tǒng)的有線局域網(wǎng)相比，基于 WiFi 協(xié)議的無(wú)線局域網(wǎng)具有可移動(dòng)性，動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和易搭建的特點(diǎn)．因此用戶可以根據(jù)需求和環(huán)境選擇合適的局域網(wǎng)技術(shù)來(lái)構(gòu)造自己的網(wǎng)絡(luò)。 WiFi 網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)802．11協(xié)議的規(guī)定了WiFi的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括物理層、介質(zhì)訪入控制層(1IAc層)及邏輯鏈路控制層(LLJc層)。其三層結(jié)構(gòu)可如圖2．1所示。 (Logical Link Control) MACFHSSDSSS PHYIR/DSSS PHYOFDM PHYDSSS/OFDM11Mbit/s54Mbit/s5GHZ54Mbit/s5GHZ WiFi 網(wǎng)絡(luò)的操作模式IEEE 標(biāo)準(zhǔn)定義了兩種基本操作模式：Infrastructure 模式和 Adhoe自組網(wǎng)絡(luò)模式。（1）Infrastructure 模式Infra,也稱為基礎(chǔ)網(wǎng)，是由 AP 創(chuàng)建，眾多 STA 加入所組成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，這種類型的網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是 AP 是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中心，網(wǎng)絡(luò)中所有的通信都通過(guò) AP 來(lái)第三章 WiFi 技術(shù)及模塊概述8轉(zhuǎn)發(fā)完成。圖 31 Infrastructure 模式的結(jié)構(gòu)（2）ad hoc 自組網(wǎng)絡(luò)模式Adhoc，也稱為自組網(wǎng)，是僅由兩個(gè)及以上 STA 自己組成，網(wǎng)絡(luò)中不存在AP，這種類型網(wǎng)絡(luò)是一種松散的結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中所有的 STA 都可以直接通信。圖 Ad hoc 模式 WiFi模塊介紹WiFi 技術(shù)的公開，廠商進(jìn)入該領(lǐng)域門檻較低，目前市場(chǎng)上有很多品牌的WiFi 開發(fā)模塊。為了實(shí)現(xiàn)方便，我選擇了一個(gè)開發(fā)文檔豐富的 WiFi 模塊。該模塊由成都比特電子科技設(shè)計(jì)有限公司生產(chǎn)，型號(hào)為 WIFIM03。該模塊是一款專為帶有 UART 接口平臺(tái)設(shè)計(jì)的網(wǎng)卡模塊，符合 標(biāo)準(zhǔn)，可采用插針借口的方式與主機(jī)相連。WIFIM03 網(wǎng)卡模塊應(yīng)用于帶有 UART 接口的設(shè)備環(huán)境中，符合 STM32 接口的要求。目前該產(chǎn)品已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于無(wú)線 POS 機(jī)、公交卡等系統(tǒng)中。第三章 WiFi 技術(shù)及模塊概述9WIFIM03 接口特性如下：a. 雙排（2 x 4）插針式接口b. 支持波特率范圍：1200~115200bpsc. 支持硬件 RTS/CTS 流控d. 單 供電 模塊硬件結(jié)構(gòu) 圖 32 WiFi 與串口硬件連接圖模塊提供雙列直插 8 針引腳，其中外側(cè)一排（5~8）引腳為必須連接，如上 圖所示，而且這些引腳完全兼容單排 4 針接口。內(nèi)側(cè)一排（1~4）為可選功能引腳，連接如上圖所示。其各端口功能如下：第三章 WiFi 技術(shù)及模塊概述10 模塊工作模式WIFIM03 模塊內(nèi)置無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、 協(xié)議棧以及 TCP/IP 協(xié)議棧，具有兩種工作模式，分別是正常啟動(dòng)模式和配置啟動(dòng)模式。a. 正常啟動(dòng)模式在正常啟動(dòng)模式下，模塊的串口始終工作在透明數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，因此用戶只需把它看做一條虛擬的串口線，按照使用普通串口的方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)就可以了。所有通過(guò)串口接收到的數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)上，同樣，從網(wǎng)絡(luò)上接收到的數(shù)據(jù)，模塊也都原樣從發(fā)送到串口上。模塊的 nCTS/MODE/GPIO 引腳進(jìn)行了內(nèi)部下拉，當(dāng)用戶將其懸空，模塊即可自動(dòng)進(jìn)入正常啟動(dòng)模式。在正常啟動(dòng)模式下，系統(tǒng)根據(jù)配置參數(shù)中預(yù)設(shè)的工作模式（自動(dòng)/命令模式）運(yùn)行。該引腳（引腳 2）在模塊上電復(fù)位階段用來(lái)進(jìn)行啟動(dòng)模式選擇，時(shí)序如下圖所示。圖 33 正常啟動(dòng)模式b. 配置模式 在啟動(dòng)配置模式下，系統(tǒng)忽略配置參數(shù)中預(yù)設(shè)的工作模式參數(shù)，強(qiáng)制進(jìn)入 AT+命令模式，此模式通常用于使用配置管理程序進(jìn)行參數(shù)修改及功能測(cè)試。此工作模式下，模塊根據(jù)用戶通過(guò)串口下發(fā)的指令進(jìn)行工作，用戶可以通過(guò)指令對(duì)模塊進(jìn)行完全的控制，包括修改配置參數(shù)、控制聯(lián)網(wǎng)、控制 TCP/IP 連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。這是一高級(jí)的使用方式，也是對(duì)用戶來(lái)說(shuō)最為靈活的使用方式。用戶可以通過(guò)指令任意控制無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的連接、斷開，也可以同時(shí)創(chuàng)建多個(gè)不同類型的 TCP/IP 連接，并保持通信。nCTS/MODE/GPIO 引腳（引腳 2）在模塊上電復(fù)位階段用來(lái)進(jìn)行啟動(dòng)模式選擇，時(shí)序如下圖所示。圖 34 配置模式第四章 硬件模塊設(shè)計(jì)11第 四 章 硬 件 模 塊 設(shè) 計(jì) 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)模塊包括兩個(gè)個(gè)部分分別為 STM32 開發(fā)平臺(tái)和 WiFi 模塊。相互之間的。聯(lián)系及架構(gòu)如下圖所:STM32 串口 WiFi 模塊LCD 顯示無(wú)線 AP天線 天線SST25VF080 圖 41 系統(tǒng)模塊框圖 WiFi 模塊工作流程模塊的工作流程包括注冊(cè)和數(shù)據(jù)的發(fā)送請(qǐng)求等，發(fā)送數(shù)據(jù)和接受數(shù)據(jù)的工作流程如圖所示： 從圖中，對(duì)于發(fā)送數(shù)據(jù)的流程，模塊開啟后，首先通過(guò) WiFi 模塊尋找、連接網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)連接到網(wǎng)絡(luò)時(shí)，主動(dòng)向服務(wù)器發(fā)送注冊(cè)請(qǐng)求，注冊(cè)完后便可以根據(jù)上層的需要進(jìn)行呼叫親求了，建立呼叫鏈接后，移動(dòng)開發(fā)平臺(tái)就會(huì)開始等待上層的數(shù)據(jù)，直到接收到數(shù)據(jù)，由 STM32 將數(shù)據(jù)封裝后由 WiFi 模塊發(fā)送給服務(wù)器。重復(fù)等待動(dòng)作直到通信結(jié)束為止。對(duì)于接收過(guò)程，與發(fā)送送過(guò)程相似，只是對(duì)于數(shù)據(jù)的處理，與發(fā)送過(guò)程正好相反。第四章 硬件模塊設(shè)計(jì)12 圖 41 數(shù)據(jù)發(fā)流程 圖 42 數(shù)據(jù)接收流程 模塊電路 電源設(shè)計(jì)電源引腳連接圖如下： C810395GNDVBateryR2hold7uF4_ASb6UTM第四章 硬件模塊設(shè)計(jì)13圖 43 電源引腳連接圖VDD1/2/3/4/5，VDDA 供電電源范圍在 ,VBAT (備份操作電壓)在 之間。采用穩(wěn)壓芯片 AMS1117,該器件固定輸出版本電壓輸出值有, 本設(shè)計(jì)選用 。VDD 引腳必須連接外部未定電容器（五個(gè) 100nF 的陶瓷電容器和一個(gè)鉭制電容器 ，）。備份寄存器的電源采用 CR1220 電池單獨(dú)供電，防止板子掉電時(shí)，備份寄存器中的數(shù)據(jù)丟失。 復(fù)位電路設(shè)計(jì)引腳連接如右圖： R10K5%C7ESTNVGD圖 44 復(fù)位引腳圖復(fù)位電路的功能是完成系統(tǒng)的上電復(fù)位和系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的按鍵復(fù)位功能。復(fù)位電路采用簡(jiǎn)單的、常見的 RC 復(fù)位電路即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。當(dāng)復(fù)位按鍵為按下時(shí)，電容將電路斷開，此時(shí) NRST 線接的是高電平。不能復(fù)位。當(dāng)按鍵按下以后，電容放電，電容兩端的電壓逐漸降低為零，實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。 晶振電路設(shè)計(jì)需要提供的外部時(shí)鐘源有 HSE 和 LSE。HSE 采用 8MHz 的外部晶振，有點(diǎn)在于能產(chǎn)生非常精確的主時(shí)鐘。LSE 是 的低速外部晶體或陶瓷共鳴器。能為實(shí)時(shí)時(shí)鐘提供低速，精確的時(shí)鐘源。第四章 硬件模塊設(shè)計(jì)14 調(diào)試接口 J1035792468VCPB_TRSADIKMO+GNn圖 45TRST:測(cè)試復(fù)位輸入信號(hào)，低電平有效。TDI:JTAG 指令和數(shù)據(jù)寄存器器的串行數(shù)據(jù)輸入TMS:TAP 控制氣的模式輸入信號(hào)TDO:JTAG 指令和數(shù)據(jù)寄存器器的串行數(shù)據(jù)輸出TCK:JTAK 調(diào)試時(shí)鐘 LCD模塊 原理圖 LWUYEF口圖 46圖 46 中液晶顯示模塊引腳功能描述：DB00DB17 數(shù)據(jù)線 CS 片選信號(hào)線RS：命令/數(shù)據(jù)標(biāo)志 RST 硬復(fù)位 TFTLCD第四章 硬件模塊設(shè)計(jì)15RD：從 TFT