【文章內(nèi)容簡介】 器去驅(qū)動(dòng)其他負(fù)載，比如繼電器可以驅(qū)動(dòng)中間繼電器，可以直接驅(qū)動(dòng)接觸器，所以，繼電器驅(qū)動(dòng)就是單片機(jī)與其他大功率負(fù)載接口。圖39里面的三極管非常重要，在我們的各種電路設(shè)計(jì)中三極管都是一個(gè)不可或缺的元件，用途十分的廣泛。三極管有兩個(gè)作用一個(gè)是放大作用，一個(gè)是開關(guān)作用。在這里，我們只了解它跟本電路有關(guān)的開關(guān)作用。 首先把三極管想成一個(gè)水龍頭，上面的VCC就是水池，繼電器是一個(gè)水輪機(jī)，下面的GND是比水池低的任何一點(diǎn)。剛才說過，三極管就是水龍頭，它的把手就是那個(gè)帶有電阻的引腳?，F(xiàn)在，單片機(jī)的某一個(gè)需要控制這個(gè)繼電器電路的輸出引腳就是一只“手”，當(dāng)單片機(jī)的這個(gè)引腳輸出低電平的時(shí)候，就像“手”在打開三極管“水龍頭”，水就從上往下流，繼電器“水輪機(jī)”就開始轉(zhuǎn)起來了。反之，如果是輸出高電平，手”就開始關(guān)“水龍頭”，繼電器”水輪機(jī)”因?yàn)闆]有水流下來，就會(huì)停止。 這就是三極管的開關(guān)作用簡單的理解和記憶就是：三極管是一個(gè)開關(guān)器件，其實(shí)你真的可以將它看成是一個(gè)開關(guān)，只不過它不是用手來控制，而是用電壓來控制的，因此，三極管有些時(shí)候也被稱做電子開關(guān)。圖上還有一個(gè)東西，是保護(hù)二極管，一般是防止反電動(dòng)勢(shì)起到保護(hù)作用。4 軟件設(shè)計(jì) 主控制器的選擇STM32系列單片機(jī)是一款高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用的單片機(jī)，它的內(nèi)核是ARMCortexM3。ST公司對(duì)STM32進(jìn)行了產(chǎn)品劃分，按性能分成兩個(gè)不同的系列：STM32F103屬于增強(qiáng)型系列和STM32F101是基本型系列。增強(qiáng)型STM32F103系列的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率可達(dá)到72MHz，是同類中低端產(chǎn)品中性能是屬于最高的一款產(chǎn)品。STM32F101基本型的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率是36MHz，它的16位產(chǎn)品比其他公司的16位產(chǎn)品在價(jià)格上有大幅提升了性能，是16位單片機(jī)用戶的最好的選擇。STM32F103與STM32F101系列都內(nèi)置32K到128K的閃存，所不一樣的是SRAM的最大容量是和外部設(shè)備接口的組合。當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率為72MHz時(shí)，單片機(jī)從內(nèi)部閃存位置開始執(zhí)行初始代碼，STM32總的系統(tǒng)功耗36mA，是32位單片機(jī)市場中功耗最低的一款產(chǎn)品。以下是STM32F103C8T6的實(shí)物圖。圖41 STM32F103C8T6實(shí)物圖STM32F103C8T6總共有48個(gè)引腳，PA0—PA15端口A15個(gè)、PB0—PB15端口B15個(gè)，2個(gè)外部晶振引腳OSC_IN、OSC_OUT，1個(gè)復(fù)位引腳NRST，BOOT0程序驅(qū)動(dòng)腳。VDDA、VDD_VDD_VDD_3與VSS、VSS_VSS_VSS_3總共8個(gè)電源引腳，包括模擬供電電源。內(nèi)核采用ARM 32位的CortexM3，最高72MHz工作頻率，單周期乘法和硬件除法；存儲(chǔ)器采用從64K字節(jié)的閃存程序存儲(chǔ)器，高達(dá)20K字節(jié)的SRAM；時(shí)鐘、上電/斷電復(fù)位(POR/PDR)、可編程電壓監(jiān)測(cè)器(PVD)，8MHz晶體振蕩器，內(nèi)嵌經(jīng)出廠調(diào)校的8MHz的RC振蕩器，內(nèi)嵌帶校準(zhǔn)的40kHz的RC振蕩器，產(chǎn)生CPU時(shí)鐘的PLL，帶校準(zhǔn)功能的32kHz RTC振蕩器；低功耗模式有睡眠、停機(jī)和待機(jī)模式，VBAT為RTC和后備寄存器供電；2個(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，1us轉(zhuǎn)換時(shí)間(多達(dá)16個(gè)輸入通道) ，轉(zhuǎn)換范圍：，雙采樣和保持功能，還有內(nèi)部溫度傳感器；內(nèi)部共有7通道DMA控制器，支持的外設(shè)有3個(gè)定時(shí)器、ADC、SPI、I2C和USART等；調(diào)試模式可選擇串行單線調(diào)試(SWD)和JTAG接口。如下圖所示。圖42 STM32F103C8T6引腳圖圖43是STM32F103C8T6的外部時(shí)鐘，本方案采用8M外部晶振，進(jìn)過內(nèi)部9倍頻后得到72M系統(tǒng)時(shí)鐘，圖43中的30pF電容與10pF電容為晶振的啟動(dòng)電容，不能偏大也不能偏小，鏈接8M的晶振上經(jīng)典值電容應(yīng)該選擇30pF， 15pF，晶振連接圖如43圖所示。圖43 外部時(shí)鐘電路單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)芯片、晶振、復(fù)位電路，如圖44所示為單片機(jī)的復(fù)位電路，SW1為復(fù)位按鍵，常態(tài)為開，當(dāng)按下時(shí)為閉合，R4為10K電阻，上拉電阻的選取沒有固定的要求，通常選取10K，C5為濾波電容，大小選擇104電容，也就是100nF陶瓷電容，防止復(fù)位按鍵抖動(dòng)，導(dǎo)致系統(tǒng)誤復(fù)位，啟動(dòng)濾除系統(tǒng)脈沖的作用，保護(hù)最小系統(tǒng)的正常工作。通常機(jī)械按鍵都有一個(gè)抖動(dòng)過程，就需要通過這個(gè)電容來濾除按鍵產(chǎn)生的抖動(dòng)。圖44 復(fù)位電路 通常供電電源都有小幅波動(dòng)，需要通過使用大電容來濾除電源抖動(dòng)，圖45中的4個(gè)電容是靠近STM32F103C8T6的電源引腳上放的，防止電源引腳有抖動(dòng)信號(hào)的干擾。104電容為通用的選取阻值。圖45 電源防抖動(dòng)電路 為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的正常工作，就需要為單片機(jī)提供穩(wěn)定的供電電源，這里使用LM1117線性穩(wěn)壓芯片為單片機(jī)提供穩(wěn)定的+，圖46中P6與P7為排針，方便杜邦線的插拔，CC6為+5V電源的輸入濾波電容，穩(wěn)定輸入的+5V電壓，使用100nF濾除高頻干擾，100uF濾除低頻干擾，CC7為輸出濾波電容，穩(wěn)定輸出電壓，使用100nF濾除輸出的高頻干擾，100uF濾除輸出的低頻干擾，為單片機(jī)提供可靠的供電電源。圖46 下圖中為單片機(jī)下載方式選擇端，或者是程序驅(qū)動(dòng)方式選擇端。STM32有三種啟動(dòng)模式對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)介質(zhì)均是芯片內(nèi)置的，它們是：1）用戶閃存 = 芯片內(nèi)置的Flash。2）SRAM = 芯片內(nèi)置的RAM區(qū)，就是內(nèi)存啦。3）系統(tǒng)存儲(chǔ)器 = 芯片內(nèi)部一塊特定的區(qū)域，芯片出廠時(shí)在這個(gè)區(qū)域預(yù)置了一段Bootloader，就是通常說的ISP程序。這個(gè)區(qū)域的內(nèi)容在芯片出廠后沒有人能夠修改或擦除，即它是一個(gè)ROM區(qū)。在每個(gè)STM32的芯片上都有兩個(gè)管腳BOOT0和BOOT1，這兩個(gè)管腳在芯片復(fù)位時(shí)的電平狀態(tài)決定了芯片復(fù)位后從哪個(gè)區(qū)域開始執(zhí)行程序。 BOOT1=x BOOT0=0 從用戶閃存啟動(dòng)，這是正常的工作模式。 BOOT1=0 BOOT0=1 從系統(tǒng)存儲(chǔ)器啟動(dòng)，這種模式啟動(dòng)的程序功能由廠家設(shè)置。 BOOT1=1 BOOT0=1 從內(nèi)置SRAM啟動(dòng)，這種模式可以用于調(diào)試。要注意的是，一般不使用內(nèi)置SRAM啟動(dòng)(BOOT1=1 BOOT0=1)，因?yàn)镾RAM掉電后數(shù)據(jù)就丟失。多數(shù)情況下SRAM只是在調(diào)試時(shí)使用，也可以做其他一些用途。如做故障的局部診斷，寫一段小程序加載到SRAM中診斷板上的其他電路，或用此方法讀寫板上的Flash或EEPROM等。還可以通過這種方法解除內(nèi)部Flash的讀寫保護(hù)，當(dāng)然解除讀寫保護(hù)的同時(shí)Flash的內(nèi)容也被自動(dòng)清除，以防止惡意的軟件拷貝。一般BOOT0和BOOT1跳線都跳到0(地)。串口下載的情況下，BOOT0=1，BOOT1=0 ，再復(fù)位，點(diǎn)擊下載，下載完成后，把BOOT0的跳線接回0，也即BOOT0=0，BOOT1=0 。所以為了方便期間我們將BOOT1直接通過100K下拉電阻拉直地，只通過BOOT1就能進(jìn)行選擇下載方式。圖47STM32的下載方式可以分為兩種方式：第一種是20引線的JTAG下載；第二種是5引線的SW下載方式，這里使用SW下載方式，所以具體分析第二種下載方式（SW下載），五根引線的連接分配表格41：引腳名描述引腳分配JTMS/SWDIO串行線輸入/輸出PA13JTCK/SWCLK串行線時(shí)鐘PA14NRST復(fù)位NRSTVDDVDDGND地GND表41圖48為實(shí)物圖中的連接方式，+、GND為電源引腳，SWDIO下載數(shù)據(jù)的引腳、SWCLK是下載數(shù)據(jù)的時(shí)鐘引腳，NRST為單片機(jī)復(fù)位引腳，也為下載器的復(fù)位引腳。圖48為了方便其他電路與單片機(jī)的連接，將單片機(jī)的引腳用排針引出，總共30個(gè)腳。如圖49所示。圖49 系統(tǒng)程序流程圖基于STM32的車們控制電路設(shè)計(jì)的軟件部分采用C語言編寫，開發(fā)工具是Keil4，通過編譯，下載入STM32F103C8T6芯片中。軟件部分完成對(duì)單片機(jī)的時(shí)鐘、引腳、AD的初始化工作，并通過STM32F103C8T6芯片內(nèi)部的自帶AD模塊讀取外部給出的信號(hào)。圖410 程序流程圖軟件編寫的思路是首先對(duì)STM32F103C8T6單片機(jī)的時(shí)鐘、引腳、AD進(jìn)行初始化，并對(duì)光照強(qiáng)度進(jìn)行初始化，之后進(jìn)入死循環(huán)while(1)，在循環(huán)中通過STM32F103C8T6芯片內(nèi)部的自帶AD模塊讀取外部光敏傳感器的電壓值，并讀取此時(shí)外部車門與車子是否啟動(dòng)的狀態(tài)。首先判斷車門是否打開，車門未打開，跳回循環(huán)，重新判斷。車門打開時(shí)進(jìn)行第二步判斷判斷車子是否啟動(dòng)，車子啟動(dòng)直接報(bào)警，車子未啟動(dòng)則判斷是否為黑夜，是黑夜則車燈打開，不是黑夜則直接跳會(huì)循環(huán)重新判斷。整個(gè)程序需要進(jìn)行三次判斷，需要三組信號(hào)共同控制，及車門信號(hào)，車啟動(dòng)停止?fàn)顟B(tài)信號(hào)與關(guān)敏電阻電壓值信號(hào)。綜合以上三組信號(hào)，處理器做出處理，給出準(zhǔn)確的指令實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)車門系統(tǒng)的控制。5 測(cè)試結(jié)果及分析下圖是整個(gè)測(cè)試結(jié)果。白天黑夜：0表示黑夜，1表示白天；車子狀態(tài)：0表示車子停止1表示車子啟動(dòng)；車門狀態(tài)：0表示車門關(guān)閉，1表示車門打開；車燈亮暗：0表示車燈暗，1表示車燈點(diǎn)亮；是否報(bào)警：0表示不報(bào)警，1表示報(bào)警。白天黑夜車子狀態(tài)車門狀態(tài)車燈亮暗是否報(bào)警0000000110010000111110000101001100011101表51由此表51分析可知只有當(dāng)黑夜時(shí)車門打開時(shí)車燈才會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮，其他時(shí)間均不會(huì)點(diǎn)亮點(diǎn)亮是如上表第二行與第四行；報(bào)警電路發(fā)出警報(bào)只有在車門處于打開狀態(tài)，車子啟動(dòng)時(shí)才會(huì)發(fā)出警報(bào)，如上表第四行與第八行。由上面的分析與結(jié)果可知本次設(shè)計(jì)完全滿足設(shè)計(jì)要求，即符合要求的論白天黑夜只要有車門開著，汽車發(fā)動(dòng)就聲響報(bào)警；白天門燈不