【導(dǎo)讀】西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

　　

【正文】 種模式。 ─ 輸入浮空 ─ 輸入上拉 ─ 輸入下拉 ─ 模擬輸入 ─ 開(kāi)漏輸出 ─ 推挽式輸出 ─ 推挽式復(fù)用功能 ─ 開(kāi)漏復(fù)用功能 ⑧ DMA 直接存儲(chǔ)器存取 (DMA) 用來(lái)提供在外設(shè)和存儲(chǔ)器之間或者存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)須 CPU 干預(yù)，數(shù)據(jù)可以通過(guò) DMA快速地移動(dòng)，這就節(jié)省了 CPU 的資源來(lái)做其他操作。 兩個(gè) DMA 控制器有 12 個(gè)通道 (DMA1 有 7 個(gè)通道， DMA2 有 5 個(gè)通道 ) ，每個(gè)通道專(zhuān)門(mén)用來(lái)管理來(lái)自 于一個(gè)或多個(gè)外設(shè)對(duì)存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)的請(qǐng)求。 第 21 頁(yè) | 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 每個(gè)通道都可以在有固定地址的外設(shè)寄存器和存儲(chǔ)器地址之間執(zhí)行 DMA 傳輸。 DMA傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量是可編程的，最大達(dá)到 65535 。包含要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)量的寄存器，在每次傳輸后遞減。 靈活的 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； 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。 每個(gè)通道都有專(zhuān)門(mén)的硬件 DMA 請(qǐng)求邏輯，同時(shí)可以由軟件觸發(fā)每個(gè)通道；傳輸?shù)拈L(zhǎng)度、傳輸?shù)脑吹刂泛湍繕?biāo)地址都可以通 過(guò)軟件單獨(dú)設(shè)置。 DMA 可以用于主要的外設(shè)： SPI、 I2C 、 USART、通用和高級(jí)定時(shí)器 TIMx 和 ADC。 高速 比較器 AD790 電壓比較器簡(jiǎn)稱(chēng)比較器，其基本功能是對(duì)兩個(gè)輸入電壓進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出高電平或低電平電壓，據(jù)此來(lái)判斷輸入信號(hào)的大小和極性。電壓比較器常用于自動(dòng)控制、波形產(chǎn)生與變換，模數(shù)轉(zhuǎn)換以及越限報(bào)警等許多場(chǎng)合。 壓比較器通常由集成運(yùn)放構(gòu)成，與普通運(yùn)放電路不同的是，比較器中的集成運(yùn)放大多處于開(kāi)環(huán)或正反饋的狀態(tài)。只要在兩個(gè)輸入端加一個(gè)很小的信號(hào)，運(yùn)放就會(huì)進(jìn)入非線(xiàn)性區(qū)，屬于集成運(yùn)放 的非線(xiàn)性應(yīng)用范圍。 在 本系統(tǒng) 的 AD790 是一款快速 (45 ns)、精密電壓比較器，該器件 在系統(tǒng)主要 是 將單極性 的 脈沖變換成雙極性的脈沖波 。該器件可以采用 +5 V 單電源或177。 15 V 雙電源供電。單電源模式下，其輸入可以以地為參考，這是其它比較器所不具備的特性。雙電源模式下，它擁有處理輸入引腳上最大 15 V 差分電壓的獨(dú)特能力，從而可以簡(jiǎn)化與大幅度動(dòng)態(tài)信號(hào)的接口。 AD790 采用 ADI 互補(bǔ)雙極性 (CB)工藝制造，具有快速響應(yīng)時(shí)間與出色的輸入電壓分辨率（最大 1 mV）。為保持速度和精度性能，該器件整合了“低突波”輸出級(jí) ，它不會(huì)出現(xiàn) TTL 或 CMOS 輸出級(jí)常有的大電流尖峰。電源擾動(dòng)會(huì)反饋回輸入端，導(dǎo)致干擾性振蕩，而該器件的受控開(kāi)關(guān)可降低電源擾動(dòng)。此外， AD790 還具有鎖存功能，因而適合要求同步操作的應(yīng)用。 AD790 按性能分為五級(jí)。 AD790J 和 AD790K 的額定溫度范圍為 0176。 C 至 70176。 C 商用溫度范圍。 AD790A 和 AD790B 的額定溫度范圍為 40176。 C 至 +85176。 C工業(yè)溫度范圍。 本系統(tǒng) 中使用 的是 AD790JN， 屬于商用 的 芯片 。 它 的主要 特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) ● 傳播延遲： 45 ns（最大值）。 在 本系統(tǒng)中 由于 信號(hào) 發(fā)生芯片 STM32 產(chǎn)生 的 頻率達(dá)到了 1MHz18MHz,因此 需要 高速 的比較，才能 在 下個(gè)脈沖 來(lái)時(shí) ，上次一個(gè)脈沖已經(jīng)通過(guò)比較 輸出 。 第 22 頁(yè) | 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) ● 5 V 單電源或177。 15 V 雙電源供電 。 在 本系統(tǒng) 中 使用 的是 177。5V 電源 ， 將 左右的單極性脈沖轉(zhuǎn)換成雙極性的脈沖。 ● CMOS 或 TTL 兼容型輸出 ● 輸入失調(diào)電壓： 250 μ V（最大值） ● 輸入遲滯電壓： 500 μ V（最大值） ● 差分輸入電壓： 15 V（最大值） ● 片上鎖存 ● 功耗： 60 mW ● 提供 8 引腳塑封和密封 DIP 封裝 驅(qū)動(dòng)芯片 IRF9540 IR的第五代 HEXFETs 功率 場(chǎng)效應(yīng)管 IRF9540 采用先進(jìn)的工藝技術(shù)制造，具有極低的導(dǎo)通阻抗。 IRF9540 這種特性，加上快速的轉(zhuǎn)換速率，和以堅(jiān)固耐用著稱(chēng)的 HEXFET 設(shè)計(jì)，使得 IRF9540 成為極其高效可靠、應(yīng)用范圍超廣的器件。 TO220 封裝的 IRF9540 普遍適用于功耗在 50W 左右的工商業(yè)應(yīng)用，低熱阻和低成本的 TO220 封裝，使 IRF9540 得到業(yè)內(nèi)的普遍認(rèn)可。 TO263 封裝的 IRF9540 適用于貼片安裝，其特性包括： 150℃ 的結(jié)點(diǎn)工作溫度、快速轉(zhuǎn)換速率以及增強(qiáng)的可恢復(fù)性雪崩擊穿等級(jí)。 IRF9540 是 P夠到 增強(qiáng)型的硅 柵 功率 場(chǎng)效應(yīng)管 。 它 是 先進(jìn)的電源 MOSFET的 設(shè)計(jì)，測(cè)試，保證能夠承受 指定 水平的 能源模式 雪崩擊穿操作 ， 所以這個(gè)系列的功率 MOSFET 是專(zhuān)為應(yīng)用， 如 開(kāi)關(guān)電源 中 的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器 、 開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器、繼電器的驅(qū)動(dòng)、 恒流源、 電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 該器件 的主要特點(diǎn) ： ● 它具有納秒 級(jí) 別 的開(kāi)關(guān)速度 ● 能夠 承受 19A 的 超大電流 和 100V 的 電壓 ●高 的輸入阻抗 ● 歐姆 的 超低導(dǎo)通阻抗 ● 可恢復(fù)性雪崩擊穿 ● Vgs 最高 能 承受 25V 的 電壓 電源芯片 本系統(tǒng)中使用 了 兩類(lèi) 四種電源芯片， 一是 開(kāi)關(guān)類(lèi)電源芯片 LM2576,二是 線(xiàn)性電源芯片 LM31 LM33 ASM117。 ① 開(kāi)關(guān)電源 芯片 LM2576 開(kāi)關(guān)電源以其體積小、重量輕、變換效率高被廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備中。其電路拓?fù)? 第 23 頁(yè) | 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 有多種形式 ,無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)電源最具吸引力 ,但這種電源只適用于輸出電壓固定或變化范圍不大的場(chǎng)合 ,而不適和要求輸出電壓幅度變化很大或連續(xù)可調(diào)的場(chǎng)合。LM2576 系列是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 3A電流輸出降壓開(kāi)關(guān)型集成穩(wěn)壓電路，它內(nèi)含固定頻率振蕩器 (52kHz)和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器 ()，并具有完善的保護(hù)電路，包括電流限制及熱關(guān)斷電路等，利用該器件 只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。 LM2576系列包括 LM2576(最高輸入電壓 40V)及 LM2576HV(最高輸入電壓 60V)二個(gè)系列。各系列產(chǎn)品均提供有 ()、 5V()、 12V(12)、 15V(15)及可調(diào) (ADJ)等多個(gè)電壓檔次產(chǎn)品。此外，該芯片還提供了工作狀態(tài)的外部控制引腳。 本系統(tǒng) 中 使用 的是 輸出電壓 為 12V 的 LM2576。 LM2576 具有 75%~88%轉(zhuǎn)換效率 （ 不同電壓輸出時(shí)的效率不同 )， 此外 可用 TTL 電平關(guān)閉輸出 ,低功耗待機(jī)模式 ,典型待機(jī)電流為 50μA 。 與 現(xiàn) 在 流行的線(xiàn)性三端 穩(wěn)壓器 相比，它 的效率和待機(jī) 功率 要高很多，是理想的替代芯片。 利用單片式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器 LM2576 替代線(xiàn)性穩(wěn)壓器構(gòu)成串聯(lián)開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源 ,在電路中只需增加續(xù)流二極管和儲(chǔ)能電感等幾只元器件 ,使電路更加簡(jiǎn)潔 ,除具有線(xiàn)性電源寬范圍連續(xù)可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)外 ,同時(shí)使電源效率得到了大幅度提高 ,在負(fù)載較輕時(shí) ,不加散熱器也能正常工作 ,又使整機(jī)的重量和體積有所減少。 ② 線(xiàn)性電源芯片 LM317 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。 LM317 的輸出電壓范圍是 至 37V，負(fù)載電流最 大為 。它的使用非常簡(jiǎn)單，僅需兩個(gè)外接電阻來(lái)設(shè)置輸出電壓。此外它的線(xiàn)性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。 LM317 內(nèi)置有過(guò)載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。 通常 LM317 不需要外接電容，除非輸入濾波電容到 LM317 輸入端的連線(xiàn)超過(guò) 6 英寸 。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn) 三端穩(wěn)壓器 高的多的紋 波抑制比。 LM317 工作原理：輸入最大電壓為 30 多伏，輸出電壓 ， 電流 ， 不過(guò)在用的時(shí)候要注意功耗問(wèn)題 ， 注意散熱問(wèn)題 ， 特別是在大電流 和輸入 輸出電壓相差很大的情況下 。 LM317 有三個(gè)引腳 ， 一個(gè)輸入一個(gè)輸出一個(gè)電壓調(diào)節(jié)。輸入引腳輸入正電壓 ， 輸出引腳接負(fù)載 ,電壓調(diào)節(jié)引腳一個(gè)引腳接電阻 (200 左右 )在輸出引腳 ,另一個(gè)接可調(diào)電阻 (幾 K)接于地 .輸入和輸出引腳對(duì)地要接濾波電容 。 由于 LM337 基本 和 LM317 原理基本 相同，只是 LM337 輸出電壓 從 至 37V 可調(diào) 節(jié)。因此 ， 這里就不再 做 介紹 。 AMS1117 是 一個(gè)低漏失電壓 調(diào)整器 ，它的 穩(wěn)壓調(diào)整管 是由一個(gè) PNP 驅(qū)動(dòng) 的 NPN 管 組成的，漏失電壓定義為： VDROP = VBE + VSAT。片內(nèi)過(guò)熱 切斷電路提供了過(guò)載和過(guò)熱保護(hù)，以保護(hù)環(huán)境溫度造成高 的結(jié) 溫。 固定 輸出 時(shí) ，具有 1%的精度。具有低漏失電壓，在 1A 輸出電流時(shí) 僅為 。 具有 較寬的 工作 溫度， 40℃ 125℃ 。 AMS1117 由于 分裝 體積 很小 和 低發(fā)熱量 ， 主要應(yīng)用于便攜式 設(shè)備 ， 電池 供電系統(tǒng) 等 。 第 24 頁(yè) | 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 4 軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng) 使用 的是當(dāng)下主流的 單片機(jī) STM32， 他具有 高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng) 用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的 ARM CortexM3 內(nèi)核 。因此 在設(shè)計(jì) 硬件是需要針對(duì) 本系統(tǒng) ，編寫(xiě) 對(duì)應(yīng)的 C 語(yǔ)言 代碼 。 以下 就是對(duì) STM32進(jìn)行 軟件開(kāi)發(fā) 的 平臺(tái)以及 C語(yǔ)言程序整體 結(jié)構(gòu)和部分核心代碼的簡(jiǎn)要說(shuō)明。 軟件設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)所用工具 軟件 設(shè)計(jì) 是一個(gè)需要全面 的 縝密考慮 過(guò)程 。 在 編寫(xiě) 程序 時(shí)我們 需要遵循對(duì)應(yīng)芯片的操作 時(shí)序或者 流程 ， 協(xié)調(diào) 好 CPU與各個(gè) 外設(shè)之間的 操作 時(shí)間 。因此 我在編寫(xiě)代碼之前需要對(duì) 軟件設(shè)計(jì)原理有初步的認(rèn)識(shí)以及 STM32 單片機(jī) 開(kāi)發(fā)平臺(tái) 了解， 熟悉平臺(tái) 各個(gè) 主要模塊的功能 和 操作方法。 軟件 設(shè)計(jì)原理 一個(gè)好的軟件 工程師 編寫(xiě) 代碼一般 包含： 模塊化、抽象、信息屏蔽、模塊獨(dú)立性（或者耦合性 /內(nèi)聚性） 。 ① 模塊化就是把整個(gè)系統(tǒng)劃分成若干個(gè)模塊，每個(gè)模塊完成一個(gè)子功能，將多個(gè)模塊組織起來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能。模塊化設(shè)計(jì)方法強(qiáng)調(diào)的是清楚地定義每個(gè)模塊的功能和它的輸入 /輸出參數(shù)，而模塊的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)隱藏在各自的模塊之中，與其它模塊之間的關(guān)系可以是調(diào)用關(guān)系，因此，模塊化程序易于 調(diào)試和修改。 ② 抽象是認(rèn)識(shí)復(fù)雜現(xiàn)象過(guò)程中使用的思維工具，即抽出事物本質(zhì)的共同性 ， 而暫不考慮它的細(xì)節(jié)，不考慮其他因素。抽象的概念被廣泛應(yīng)用于就算計(jì)軟件領(lǐng)域，在學(xué)中更是如此。軟件工程過(guò)程中的每一步都可以看作是對(duì)軟件解決方法的抽象層次的一次細(xì)化。 ③ 信息隱蔽是指，每個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對(duì)于其他模塊來(lái)說(shuō)是隱蔽的。也就是說(shuō)，模塊中所包含的信息 (包括數(shù)據(jù)和過(guò)程 )不允許其他不需要這些信息的模塊使用。 有效的模塊化可以通過(guò)定義一組相互獨(dú)立的模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些模塊相互間的 通信僅僅使用對(duì)于實(shí)現(xiàn)軟件功能來(lái)說(shuō)是必要的信息。通過(guò)抽象，可以確定組成軟件的過(guò)程 (或信息 )實(shí)體，而通過(guò)信息隱蔽，則可定義和實(shí)施對(duì)模塊的過(guò)程細(xì)節(jié)和局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存取限制。 ④ 模塊獨(dú)立性 也稱(chēng) 耦合性是程序結(jié)構(gòu)中各個(gè)模塊之間相互關(guān)聯(lián)的度量。它取決于各個(gè)模塊之間接口的復(fù)雜程度、調(diào)用模塊的方式以及哪些信息通過(guò)接口。 例如： 如果兩個(gè)模塊之間沒(méi)有直接關(guān)系，它們之間的聯(lián)系完全是通過(guò)主模塊的控制和調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)的， 第 25 頁(yè) | 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 這就是非直接耦合。這種耦合的模塊獨(dú)立性最強(qiáng)。 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)工具介紹 Keil MDK 是 德國(guó)知名軟件公司 Keil(現(xiàn)在 已經(jīng)并入 ARM 公司 )開(kāi)發(fā) 的微控制器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，是目前 ARM內(nèi)核 單片機(jī)開(kāi)發(fā)的主流工具。 Keil MDK 提供 了包括 C 編譯器 、宏匯編 、 庫(kù)管理 和 一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（ uVision） 將 這些功能組合 在 一起。 uVision 當(dāng) 前最高 版本 是 uVision4，它 的 界面和常用的微軟 VC++的 界面 相近 ， 良好 的開(kāi)發(fā)界面 ，易學(xué)易用，在調(diào)試程序，軟件仿真方面也有很強(qiáng)大的功能。 Keil MDK 還可以 通過(guò) JLink 連接 電腦 和 硬件 ， MDKARM 軟件 為基 于 CortexM、 ARM ARM9 處理器設(shè)備提供了一個(gè)完整的開(kāi)發(fā)環(huán)境 。 MDKARM 是專(zhuān)為微控制器應(yīng)用，它是易于學(xué)習(xí)和使用，但功能強(qiáng)大，足以為最苛刻的嵌入式應(yīng)用。 MDK 功能特點(diǎn) ： ● 功能強(qiáng)大的源代碼編輯器 ； ● 可根據(jù)開(kāi)發(fā)工具配置的設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù) ； ● 真正集成高速 CPU 及片上外設(shè)模擬器的源碼級(jí)調(diào)試器 ； ● μVision4 IDE 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，調(diào)試器和仿真環(huán)境 ； ● 高級(jí) GDI 接口，可用于目標(biāo)硬件的軟件調(diào)試和 ULINK2 仿真器的連接； ● 集匯編、編譯和鏈接過(guò)程于一體的編譯工具； ● 用于下載應(yīng)用程序 到 Flash ROM 中的 Flash 編程器； ● ULI