【文章內(nèi)容簡介】 入捕獲，輸出比較，PWM生成，單脈沖模式輸出。如下事件發(fā)生時產(chǎn)生中斷：更新，計數(shù)器向上溢出/向下溢出，計數(shù)器初始化。觸發(fā)事件(計數(shù)器停止、啟動、初始化或由內(nèi)部/外部觸發(fā)計數(shù))?？删幊掏ㄓ枚〞r器的主要部分是一個16位計數(shù)器和相關(guān)的自動裝載寄存器。這個計數(shù)器可以向上、向下或者向上向下雙向計數(shù)。內(nèi)部計數(shù)的時鐘由分頻器分頻得到。計數(shù)器、自動裝載寄存器和預(yù)分頻器可以由軟件讀寫。時基單元包括： 計數(shù)寄存器、預(yù)分頻寄存器、自動載寄存器。自動轉(zhuǎn)載寄存器是預(yù)先裝載的，寫或讀自動重裝載寄存器將訪問預(yù)裝載寄存器。根據(jù)在控制寄存器1中斷自動裝載預(yù)裝載使能位的設(shè)置，預(yù)裝載寄存器的內(nèi)容被立即或在每次的更新事件時傳送到影子寄存器。當計數(shù)器達到溢出條件并當控制寄存器1中的UDIS位等于0時產(chǎn)生更新事件。預(yù)分頻器可以將計數(shù)器的時鐘頻率按1到65536之間任意值分頻。它是一個16位寄存器控制的16位的計數(shù)器。這個控制寄存器帶有緩沖器，它可以在工作時被修改，新的分頻器參數(shù)在下一次更新事件到來時被采用。在向上計數(shù)模式中，計數(shù)器從0計數(shù)到自動加載值，然后從0開始計數(shù)并且產(chǎn)生一個計數(shù)器溢出事件。在向下模式中，計數(shù)器從自動裝入的值開始向下計數(shù)到0，然后從自動裝入的值開始重新開始并且產(chǎn)生一個向下溢出事件。在中央對齊模式，計數(shù)器從0開始計數(shù)到自動加載的值1，產(chǎn)生一個計數(shù)器溢出事件，然后向下計數(shù)到1并且產(chǎn)生一個計數(shù)器下溢事件，然后再從0開始重新計數(shù),計數(shù)器的時鐘可以由內(nèi)部時鐘提供或者由外部引腳輸入[13]。 本章小結(jié)本章對整個智能家居系統(tǒng)的功能和總體結(jié)構(gòu)做了一個就具體的表述，其中功能是實現(xiàn)家庭照明系統(tǒng)的控制以及對家居內(nèi)部一氧化碳的監(jiān)測?？傮w構(gòu)架包括用戶管理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、傳感器模塊的無線網(wǎng)絡(luò)。詳細介紹了控制系統(tǒng)所用的嵌入式微處理器芯片STM32，包括STM32的內(nèi)核介紹、中斷管理、系統(tǒng)的滴答定時器、電源控制、時鐘、通用和復(fù)用功能IO、中斷和事件、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換(ADC)、定時器。第3章 智能家居系統(tǒng)硬件電路設(shè)計第3章 智能家居系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計本章主要介紹了智能家居系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計，其中控制芯片電路的設(shè)計包括啟動模式選擇電路、復(fù)位電路、CPU時鐘電路和RTC時鐘電路、濾波電路。其他各個模塊包括穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計、MQ7一氧化碳傳感器電路的設(shè)計、繼電器控制電燈電路的設(shè)計、WiFi模塊電路的設(shè)計、單片機與PC機通信電路的設(shè)計。圖31 智能家居系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計 控制芯片電路的設(shè)計 上一章詳細介紹了控制系統(tǒng)所用的嵌入式微處理器芯片STM32，本文的控制電路所用的是STM32F103系列的芯片，該芯片是STM32F103VET6，屬于中低端的32位ARM微控制器。 (1) STM32F103VET6最小系統(tǒng)的電路設(shè)計圖32主要是控制芯片對模塊的引腳的分配，包括按鍵、LED發(fā)光二極管、LCD1602顯示屏、繼電器模塊、一氧化碳傳感器模塊、WiFi模塊、jlink下載電路、串口通信電路、啟動模式選擇電路、復(fù)位電路和電源濾波電路等的引腳分配。圖32 STM32F103VET6(2) 啟動模式選擇電路STM32F103微控制器不僅可以從Flash存儲器或系統(tǒng)存儲器啟動，還可以從內(nèi)置SRAM啟動。相應(yīng)的啟動模式可通過BOOT[1:0]引腳選擇3種不同的啟動模式。表31 3種不同的啟動模式啟動模式選擇引腳啟動模式BOOT1BOOT0X0主閃存存儲器01系統(tǒng)存儲器11內(nèi)置SRAM圖33 啟動模式的選擇電路 (3) 復(fù)位電路單片機復(fù)位電路的作用是使單片機有效復(fù)位，此款單片機的復(fù)位方式是低電平復(fù)位，此復(fù)位電路可以實現(xiàn)掉電復(fù)位和按鍵復(fù)位。當按鍵開關(guān)按下時單片機RESET引腳直接接到GND，實現(xiàn)低電平按鍵復(fù)位。圖34 復(fù)位電路 (4) CPU時鐘電路和RTC時鐘電路圖35 CPU時鐘電路和RTC時鐘電路晶振一般叫做晶體諧振器，是一種機電器件，晶振是石英振蕩器的簡稱，英文名為Crystal是用電損耗很小的石英晶體經(jīng)精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成。晶振的作用是給單片機正常工作提供穩(wěn)定的時鐘信號。任何實時時鐘的核心都是晶振，晶振頻率為32768 Hz 。它為分頻計數(shù)器提供精確的與低功耗的實基信號。它可以用于產(chǎn)生秒、分、時、日等信息。為了確保時鐘長期的準確性，晶振必須正常工作，不能夠收到干擾。1 RTC時間是以振蕩頻率來計算的。故它不是一個時間器而是一個計數(shù)器。而一般的計數(shù)器都是16位的。又因為時間的準確性很重要，故震蕩次數(shù)越低，時間的準確性越低。所以必定是個高次數(shù)。215 = 32768 。2 32768 Hz = 215 即分頻15次后為1Hz，周期 = 1s。3 經(jīng)過工程師的經(jīng)驗總結(jié)32768 Hz，時鐘最準確。(5) 濾波電路圖36 濾波電路在單片機的DVDD與GND上加上兩個濾波電容，這樣做的原因是為了最大限度減少電源對單片機的干擾。通常情況濾波電容都是一個瓷片電容和一個電解質(zhì)電容，瓷片電容是過濾低頻雜波，電解質(zhì)電容是過濾高頻雜波。 穩(wěn)壓電源設(shè)計 5V穩(wěn)壓芯片7805簡介 穩(wěn)壓芯片分為兩種類型，一種為線性穩(wěn)壓，其優(yōu)點是穩(wěn)壓后的電源諧波少，價格低廉；缺點是壓差大，散熱大，能源利用率低。另一種為開關(guān)電源，其優(yōu)點為壓差小，損耗??；缺點為穩(wěn)壓后的諧波比較多，容易產(chǎn)生噪聲。電子產(chǎn)品中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的78xx系列和負電壓輸出的79xx系列。顧名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三個引腳分別是輸入端、接地端、和輸出端。用78系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號中的78后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7805表示輸出電壓為正5V，7806表示輸出電壓為正6V，7809表示輸出電壓為正9V，7812表示輸出電壓為正12V。79系列的是負電壓的輸出，命名形式和78系列的一樣。由于內(nèi)部電流的限制，以及過熱保護和安全工作區(qū)的保護，它基本上不會損壞。如果能夠提供足夠的散熱片。綜合穩(wěn)定性的考慮。 LM7805特性 ，輸出電壓為5V。有熱過載保護和短路保護功能，輸出晶體管安全工作區(qū)保護，工作溫度 0—+125℃，貯存的溫度 65—+150℃。 LM7805典型應(yīng)用電路(1) 引腳為電壓的輸入引腳，電壓的極限輸入值為35V，輸入和輸出的電壓差為2V，短路電流為230mA，[14]。(2) 引腳為接地引腳。(3) 引腳為電壓的輸出端口，典型的電壓輸出值為5V，，℃。圖37 7805典型應(yīng)用電路 LM1117簡介LM1117是一個低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列。它與國家半導(dǎo)體工業(yè)標準器件LM317有相同的管腳排列。LM1117有可調(diào)電壓版本，—。另外還有5個固定電壓輸出(、 )的型號。LM1117提供電流限制和熱保護。電路包含一個齊納調(diào)節(jié)的帶隙參考電壓以確保輸出電壓的精度在正負百分之一以內(nèi)。LM1117系列有LLP、TO26SOT22TO220和TO252 DPAK封裝。輸出端需要一個至少10uF的鉭電容來改善瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性[15]。 LM1117特性 ，節(jié)省空間的SOT223和LLP封裝，電流限制和熱保護功能，輸出電流可達800mA，溫度范圍：0℃125℃。 LM1117典型應(yīng)用電路 圖38 LM1117典型應(yīng)用電路(1) 引腳是電壓的輸入引腳，輸入電壓的極限值為20V，工作電壓是15V。(2) 接地引腳。 (3) 3引腳是電壓的輸出引腳，。這些參數(shù)均是在溫度為25攝氏度的條件測得。 圖39 一氧化碳傳感器電路MQ7氣體傳感器所使用的氣敏材料是清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫()。采用高低溫循環(huán)檢測方式低溫()檢測一氧化碳，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中一氧化碳氣體濃度增加而增大，高溫()清洗低溫時吸附的雜散氣體。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化，轉(zhuǎn)換為該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。MQ7氣體傳感器對一氧化碳的靈敏度高，這種傳感器可檢測多種含一氧化碳的氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。特點為：(1) 對一氧化碳氣體有良好的靈敏度。(2) 長壽命、低成本。(3) 簡單的驅(qū)動電路即可。器件左右兩邊都是對稱的，沒有其他標注說明16個引腳的位置。因為上下都可以用，內(nèi)部就是個電阻，不分正負。上面三個接電壓，下面中間接地，另兩個就是輸出；反過來也行，把下面三個接VCC，上面中間接地。 WiFi模塊電路的設(shè)計ESP8266是一個完整且自成體系的WiFi網(wǎng)絡(luò)解決方案，能夠獨立運行，也可以作為slave搭載于其他Host運行。ESP8266在搭載應(yīng)用并作為設(shè)備中唯一的應(yīng)用處理器時，能夠直接從外接閃存中啟動。內(nèi)置的高速緩沖儲存器有利于提高系統(tǒng)性能，并減少內(nèi)村需求。ESP8266強大的片上處理和儲存能力，使其可通過GPIO口集成傳感器及其他應(yīng)用的特定設(shè)備，實現(xiàn)了最低前期的開發(fā)和運行中最少地占用系統(tǒng)資源。（1） STM32F103VET6與ESP8266引腳連接表表32 STM32F103VET6與ESP8266引腳連接表ESP8266VCCGNDURXDUTXDCH_PDRSTSTM323V3GNDPA2/USART2_TXPA3/USART2_RXPA4PA1（2） ESP8266模塊引腳圖圖310 ESP8266模塊引腳圖（3） ESP8266常用AT指令表33測試引腳接線表WFESP8266模塊 STM32開發(fā)板 VCC 3V3 GND GND CH_PD 3V3 UTXD RXD URXD TXD A、基礎(chǔ)指令表34基礎(chǔ)指令命令 描述 AT 測試AT啟動 AT+RST 重啟模塊 AT+GMR 查看版本信息 B、功能指令表35 WIFI功能AT指令命令 描述 AT+CWMODE 選擇WIFI應(yīng)用模式 AT+CWJAP 加入AP AT+CWLAP 列出當前可用AP AT+CWQAP 退出與AP的連接 AT+ CWSAP 設(shè)置AP模式下的參數(shù) AT+ CWLIF 查看已接入設(shè)備的IP C、TCP/IP 工具箱 AT 指令表36 TCP/IP 工具箱 AT 指令命令說明AT+ CIPSTATUS 獲得連接狀態(tài) AT+CIPSTART 建立 TCP 連接或注冊 UDP 端口號 AT+CIPSEND 發(fā)送數(shù)據(jù) AT+CIPCLOSE 關(guān)閉 TCP 或 UDP AT+CIFSR 獲取本地 IP 地址 AT+CIPSERVER配置為服務(wù)器AT+CIPMODE設(shè)置模塊傳輸模式AT+CIPSTO設(shè)置服務(wù)器超時時間 單片機與PC機通信電路圖310 串口通信電路單片機通信使用的電平為CMOS電平即高電平1為3V～18V，低電平0為0V而與計算機通信時的電平為232電平即高電平1為3V～25V,低電平0為3V～25V。故單片機與計算機通信時需要將CMOS電平轉(zhuǎn)化成232電平。電路原理圖中的C1C1C17均為參考芯片手冊建議電路加入的濾波電容。LED2為信號指示燈，RRRR11為限流電阻。CP2102芯片其集成度高，、USB收發(fā)器、晶體振蕩器、EEPROM及異步串行數(shù)據(jù)總線（UART），支持調(diào)制解調(diào)器全功能信號，無需任何外部的USB器件。CP2102與其他USBUART轉(zhuǎn)接電路的工作原理類似，通過驅(qū)動程序?qū)C的USB口虛擬成COM口以達到擴展的目的。特性：(1) 內(nèi)含USB收發(fā)器，無需外界電路器。(2) 內(nèi)含時鐘電路，無需外接電路器。(3) 內(nèi)含上電復(fù)位電路。(4) 。(5) 。(6) SUSPEND引腳支持USB狀態(tài)掛起。(7) 異步串行數(shù)據(jù)總線兼容所有握手和調(diào)制調(diào)節(jié)器接口信號。(8) 支持的數(shù)據(jù)格式為數(shù)據(jù)位停止位2和校驗位。(9) 內(nèi)涵512字節(jié)接收緩沖器和512字節(jié)發(fā)送緩沖器。(10) 支持硬件或者XON/XOFF 握手。 本章小結(jié)本章是本論文的重點章節(jié)，是硬件部分的設(shè)計原理。主要介紹了控制芯片電路的設(shè)計其中包括啟動模式選擇電路、復(fù)位電路、CPU時鐘電路和RTC時鐘電路、濾波電路，還有穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計、一氧化碳傳感器電路的設(shè)計、WiFi模塊電路的設(shè)計、單片機與PC機通信電路的設(shè)計。第4章 智能家居系統(tǒng)程序的設(shè)計第4章 智能家居系統(tǒng)程序的設(shè)計 程序語言的選擇本系統(tǒng)涉及的計算、處理工作很多。匯編語言編譯效率高，但計算能力不強，較大規(guī)模的復(fù)雜程序設(shè)計困難，且開發(fā)周期長，可讀性及維護性都比較差。系統(tǒng)軟件編程語言采用C語言，C語言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言，它兼顧了多種高級語言的特點，并具有匯編語言的功能。C語言庫函數(shù)豐富，運算速度快，具有良好的可移植性，而且可以實現(xiàn)直接對系統(tǒng)硬件的控制。目前的C語言編譯器編譯效率很高，軟件采用模塊化程序設(shè)計，利于程序的調(diào)試和維護，C語言在這些方面具有得天獨厚的優(yōu)點，因此選用C語言。 軟件開發(fā)環(huán)境及程序?qū)崿F(xiàn)對STM32軟件開發(fā)軟件用的是目前比較主流的開發(fā)工具RVMDK，RVMDK源自德國KEIL公司，是RealView MDK的簡稱，是目前ARM內(nèi)核單片機開發(fā)的主流工具。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器在內(nèi)的完整的開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境(μVision)將這些功能組合在一起，界面友好、易學(xué)易用。點擊菜單“Project”，選