【正文】 低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計的ARM CortexM3 內(nèi)核。不過在不久的將來還會有處理速度更快，成本更低，功能更靈活的單片機來取代它的地位。包括訪問外設(shè)的時序也可以自己變成得到，使得這款單片機占了低端單片機市場的大片江山。這樣做的好處就是大大增加了單片機的靈活性，但是復(fù)雜性也大大上升。由于寄存器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以官方推出了一個庫，在不需要具體了解芯片細節(jié)的情況下也可以對其操作。 72Mhz 的最大時鐘， 32位總線，最大可以尋址 4G 空間，雖然說是應(yīng)用于深度嵌入和要求不是很高的場合，但是其結(jié)構(gòu)還是和 C51 產(chǎn)生了翻天 15 覆 地的變化。隨著人們需求的發(fā)展， C51單片機越來越承受不了壓力，它的功能和設(shè)計決定了只能使用在比較簡單的控制 ,雖然低廉的價格和簡單的結(jié)構(gòu)在社會中占有一席之地，但是越來越高的要求使得 C51 在主流的應(yīng)用中敗下陣來。但是隨著時間的洪流當(dāng)初的英雄也被漸漸埋沒，大規(guī)模集成電路的發(fā)展，成功的 C51 給了人們經(jīng)驗，后來各種類型功能不盡相同 的單片機層出不窮。麻雀雖小但是五臟俱全， 它的結(jié)構(gòu)很簡單 。 8 位操作，內(nèi)部可訪問 2^8=256B 存儲單元，外部使用 16地址線可以訪問 64K存儲空間 ,外部分別使用 movx和 movc區(qū)分存儲空間和代碼空間。免費的，便宜的，全能的，要什么有什么。讓 32位系統(tǒng)比和 8位 /16位的還便宜，低端的CortexM3單片機甚至還賣不到 1美元。現(xiàn)在從 8位 /16位處理器轉(zhuǎn)到 32位處理器之風(fēng)刮得越來越猛，更簡單的編程模型和更透徹的調(diào)試系統(tǒng)，為與時俱進的人們大大減負(fù)。一方面力挺大型應(yīng)用程序，另一方面為低成本設(shè)計而省吃儉用。采用了很前衛(wèi)甚至革命性的設(shè)計理念，使它能極速地響應(yīng)中斷，而且響應(yīng)中斷 所需的周期數(shù)是確定的。延長了電池的壽命 這簡直就是便攜式設(shè)備的命門（如無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用）。在相同的主頻下能做處理更多的任務(wù)，全力支持勁爆的程 14 序設(shè)計。嵌入式處理器市場正在 32 位化，相信用不了多久， CM3 就一定會在這美麗新世界中脫穎而出。由于采用了最新的設(shè)計技術(shù)，它的門數(shù)更低，性能卻更強。軟件方面的情況也如出一轍：應(yīng)用程序的功能一直在花樣翻新，性能需求也是變本加厲：更高的運算速度，更硬的實時能力，更多的功能模塊，更炫的圖形界面，??所有這些要求單片機都得照單全收。各行各業(yè)對單片機能力的要求也一直“得寸進尺”，而且還又要馬兒跑，又要馬 兒不吃草 —— 處理器必須在不怎么增加主頻和功耗的條件下干更多的活兒。世界各地的器件供應(yīng)商紛紛亮出自己的得意之作，他們提供的器件和架構(gòu)也是各具特色。它在很好、很強大的同時，編程模型卻變得更加清新爽潔了。這個小尤物，處處閃耀著 ARM 體系結(jié)構(gòu)最激動人心的新突破。也正出于此，在設(shè)計 ARM7TDMI處理器時， ARM的工具鏈工程師們和 CPU設(shè)計師們強強聯(lián)手，為了讓它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更優(yōu)化、更精練、更到位而并肩奮戰(zhàn)了很多日日夜夜，終于有了 ARM7TDMI 的無限輝煌，并且久經(jīng)歲月的洗禮依舊光芒綻放。時鐘頻率 72MHz 時 ，從閃存執(zhí)行代碼， STM32 功耗 36mA，是 32 位市場上功耗最低的產(chǎn)品，相當(dāng)于。增強型系列時鐘頻率達到 72MHz，是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品；基本型時鐘頻率為 36MHz，以 16 位產(chǎn)品的價格得到比 16 位產(chǎn)品大幅提升的性能，是 16位產(chǎn)品用戶的最佳選擇。 STM32 系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計的ARM CortexM3 內(nèi)核。 SPI2 地址： 0x4000 3800 0x4000 3BFF （ 17） 鍵盤電路及復(fù)位按鍵 。 SPI2地址： 0x4000 3800 0x4000 3BFF （ 15） 音頻放大電路： MP3 及 FM 收音機電路的線路輸出信號經(jīng)過 D8 TDA1308T 可以驅(qū)動頭戴式耳機。 I2C2地址： 0x4000 5800 0x4000 5BFF 12 （ 14） MP3 功能：通過 CPU 上的 SPI2 接口 PB15SPI2MOSI、PB14SPI2MISO、 PB13SPI2SCK、 PB12SPI2CS1 控制 MP3 電路 VS1003B，可以將存儲于 Micro SD 卡中的語音文件經(jīng)由音放電路 TDA1308T 通過耳機接口播放， 能解碼 MPEG 1 和 MPEG2 音頻層 III（ CBR+VBR+ABR）； WMA 5384kbps 所有流文件； WAV(PCM+IMA ADPCM)。該口也可作為普通 IO 端口（ PA4）使用。 USART1 地址： 0x4001 3800 0x4001 3BFF USART2 地址： 0x4000 4400 0x4000 47FF （ 11） GPIO 接口：包含了可以作為普通 IO 的可具有 PWM， ADC， DAC 等功能以及其他類型的 IO 口，同時包含了電源 5V， 接口 。 （ 10） RS232 接口、 TTL 異步通信接口：擁有二路 RS232 接口， CPU 的PA9US1TX（ P68）、 PA10US1RX（ P69）、 PA9US2TX（ P25）、 PA10US2RX（ P26）通過 MAX3232 實現(xiàn)兩路 RS232 接口，分別連接在 XS5 和 XS17 接口上。 USB 地址： 0x4000 6400 0x4000 67FF （ 9） 10M以太網(wǎng)接口： CPU 的 PA7SPI1MOSI（ P32）、 PA6SPI1MISO（ P31）、PA4SPI1NSS（ P29）、 PA5SPI1SCK（ P30）通過 SPI 總線方式， 控制 D5 ENC28J60 來完成網(wǎng)絡(luò)功能 , ENC28J60 的 TPIN、 TPIN+、 TPOUT+、 TPOUT、 LEDB、 LEDA 通過 HR911105A（內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)變壓器、收發(fā) LED、 RJ45）與以太網(wǎng)連接。 USB 地址： 0x4000 5C00 0x4000 5FFF （ 8） CAN 接口： CPU 的 CAN_TX（ P96）、 CAN_RX(P95)通過 TJA1050 與 CAN 插座連接 , CAN 插座的引腳排列問為 1CANH、 2— CANL。 JP2 短路的話。 （ 6） MICRO SD 卡接口： MICRO SD 卡座接口為 8 腳，與 CPU 的 SD 卡接口連接分別為 SD 卡座 CPU： ① SDIOD2 PC10SDIOD2（ P78） ② SDIOD3 PC11SDIOD3（ P79） ③ SDIOCMD PD2SDIOCMD（ P83） ④ +3V +3V ⑤ SDIOCK PC12SDIOCK（ P80） ⑥ GND GND ⑦ SDIOD0 PC8SDIOD0（ P65） ⑧ SDIOD1 PC9SDIOD1（ P66） SDIO 地址： 0x4001 8000 0x4001 83FF （ 7） USB 接口： CPU 的 USB_DM（ P70）、 USB_DP(P71)與 USB 接口連接 , USB 11 插座的引腳排列問為 15V、 2— D、 3— D+、 4— GND、 5， 6— SHELL。觸摸電路的中斷申請線由 PB67846INT 接收。 （ 4） SPI 存儲電路： D2 SST25VF016B（ 2M Bytes） CPU 采用 SPI1 端口PA7SPI1MOSI（ P32）、 PA6SPI1MISO（ P31）、 PA5SPI1SCK（ P30）、 PC4SPI1CS2（ P33）控制讀寫訪問 , SPI1 地址： 0x4000 3800 0x4000 3BFF。 C10，C11 諧振電容選擇 6P。系統(tǒng)的時鐘經(jīng)過 PLL 模塊將時鐘提高 到72MHz。用 JP1 跳線塊設(shè)置，開路為 ISP 模式，可以通過串口來下載代碼，短路為正常運行模式。為 RTC 的備份電源采用 V1 鋰離子片狀電池。 輸入 +5V，提供 的固定電壓輸出，為 MP3 電路 VS1003 提供所需的電壓。 CPU 的模擬 輸入電源供電腳 VDDA（ P22）通過 L1 22uH 的電感與 + VDD 電壓連接， CPU 的模擬地 VSSA(P19)及 VREF （ P20）通過 R1 0 歐電阻與 GND 連接。 8 煙霧傳感器原理圖 ABH136452QMN10VCC VCC VCCR3LEDC1VCC23418U1AR11234P1Rp匯誠科技 網(wǎng)址： 產(chǎn)品有售淘寶店： R2+5VDOUTAOUTGND 通過傳感器探頭接收到模擬信號，如果氣體的濃度越大則電壓越大，再到AOUT 模擬電壓輸出 ，之后 通過 STM32 的 AD 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，就可顯示在屏幕上了 。 對甲烷氣體，天然氣有較好的靈敏度。 雙路信號輸出（模擬量輸出及 TTL 電平輸出） TTL 輸出有效信號為低電平。 本電路的測量元件采用旁熱式煙霧傳感器 MQ2，在沒有煙霧的情況下，煙霧傳感器的阻值較高 (20K 左右 )，煙霧進入傳感器時其阻值急劇下降， A、 B 兩端電壓下 降。 MQ2 氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。 MQ2 型煙霧傳感器的工作原理及特點 本設(shè)計采用的是 MQ2 型煙霧傳感器。任何一個完整的煙霧傳感器都必須 具備以下條件： （ 1）能選擇性地檢測某種單一煙霧，而對共存的其他煙霧不響應(yīng)或低響應(yīng) 。 煙霧傳感器滿足的基本條件一個煙霧傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實體，也可以是由多個不同功能傳感器組成的陣列。 （ 2）利用物理性質(zhì)的煙霧傳感器：如熱導(dǎo)煙霧傳感器、光干涉煙霧傳感器、紅外傳感器等。由此可見，傳感器的選型是非常重要的。 它相對于目前別的處理器有 : 5 (1)兼容性好 (2) 速度快：代碼運行、中斷相應(yīng)、位操作 (3) 代碼?。?16 位 /32 位 Thumb2 指令 (4) 功能全： IC2/SPI/UART、 USB/CAN (5) 價格低：一般在十多元 ~四十多元人名幣 2 煙霧傳感器模塊 煙霧傳感器的硬件特性和特點 煙霧傳感器的選擇 煙霧傳感器屬于氣敏傳感器，是氣 電變換器 ，它將可燃性氣體在空氣中的含量（即濃度）轉(zhuǎn)換成電壓或者電流信號，通過 A/D 轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機，進而由單片機完成數(shù)據(jù)處理、濃度處理及報警控制等工作。但是其 所使用的 處理器分別涵蓋 了 SPACE061A、 CAN 總線、 PLC、 SCADA、 MCGS 等， 統(tǒng)共 涉及到 加氣站的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)計、配輸站的遠程計量、運輸管道中的安全監(jiān)控、天然氣凈化廠的監(jiān)控、液化天然氣 廠的監(jiān)控等，而探討以 STM32 處理器為搭載且目標(biāo)受眾主 要為普通家庭的天然氣煙霧監(jiān)控系統(tǒng)的文獻，則少之又少。隨著科技的不斷發(fā)展，越來越多的適應(yīng)各種工作環(huán)境的報警電路在不斷的開發(fā)和出現(xiàn)以滿足人們的需求。但主要是在引進國外先進的傳感器技術(shù)和先進的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，進行研究與開發(fā)形成自己的特色。 1963 年 5月，日本開發(fā)完成第一臺接觸燃燒式家用燃氣泄漏報警器，次年 12 月其改良產(chǎn)品問世，改良的報警器可以檢測燃氣、一氧化碳等氣體，可以安裝在浴室或者采用集中監(jiān)視。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，美國 199620xx年煙霧傳感器年均增長率為 27%30%。 ADC 的結(jié)果可以左對齊或右對齊方式存儲在 16 位數(shù)據(jù)寄存器中）的轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)后得到數(shù)字信號通過 UCOSII 操作系統(tǒng)上的圖形顯示系統(tǒng) UCGUI來實現(xiàn)實時監(jiān)控顯示。它有 18 個通道，可測量 16 個外部和 2個內(nèi)部信號源。 （ 3） 當(dāng)有超閾值報警時，可播放警示音 。 ANDROID 智能手機實現(xiàn)以下功能： （ 1） 實現(xiàn)以表格和文本方式顯示傳感器數(shù)據(jù) 。 （ 5） 具有聲光報警提示方式 。 （ 3） 實時通過 WIFI 傳輸傳感器數(shù)據(jù) 。 智能監(jiān)控終端實現(xiàn)功能如下： （ 1） 實時獲取煙霧，天然氣傳感器數(shù)據(jù) ?？梢詫崟r獲取到煙霧和天然氣的濃度數(shù)據(jù)，并且可記錄數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)，并且可設(shè)置傳感器的報警閾值等參數(shù)。另外，智能監(jiān)控終端在監(jiān)測到煙霧或者天然氣濃度超過閾值時，不僅有聲光報警，還可以通過 GPRS 模塊呼叫預(yù)設(shè)的 報警電話。 系統(tǒng)設(shè)計框架 系統(tǒng)的設(shè)計采用了框架結(jié)構(gòu)將整個系統(tǒng)分為兩個部分分別為監(jiān)控終端部分和手機監(jiān)控部分。 本文將從 ST 公司的以 CortexM3為內(nèi)核的 STM32 微處理器 STM32F107 和 在UCOSII 操作系統(tǒng)上加上的 圖形界面顯示 嵌入式圖形支持系統(tǒng) UCGUI 為主要切入點， 同時簡略介紹 TFT 液晶屏的發(fā)展史和 STM32 相較于 C51 單片機體現(xiàn)出的卓越性能。 CortexM3 內(nèi)核在設(shè)計上專門考慮了滿足集功耗低、實時性強的工業(yè)級嵌入式產(chǎn)品領(lǐng)域的特點。 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計應(yīng)該全面考慮系統(tǒng)的總體功能