【正文】 的一款性能較強產(chǎn)品，此芯片集成了各種高性能工業(yè)標準接口，此芯片可以滿足工業(yè)、醫(yī)療、樓宇自動化、家庭音響和家電市場多種產(chǎn)品需求。本設計用的芯片型號是STM32F107VCT6，芯片內(nèi)部連接圖如圖21所示：性能特點：內(nèi)核：ARM32位CortexM3 CPU，最高工作頻率72MHz，和8/16位設備相比，ARM CortexM3 32位RISC處理器提供了更高的代碼效率。時鐘、復位和電源管理：~。內(nèi)嵌出廠前調校的8MHz RC振蕩電路，可作為系統(tǒng)時鐘，可也可用于CPU時鐘的PLL。低功耗：3種低功耗模式：休眠，停止，待機模式。調試模式：串行調試（SWD）和JTAG接口。芯片擁有100個引腳：其中包括80個GPIO端口，每個端口都可以映射到16個外部中斷向量。定時器：內(nèi)部共有10個定時器，其中包括4個16位普通定時器，每個定時器有4個IC/OC/PWM或者脈沖計數(shù)器。2個看門狗定時器（獨立看門狗和窗口看門狗）。ADC/DAC：2個12位的us級的A/D轉換器（16通道），A/D測量范圍： V，雙采樣和保持能力，片上集成一個溫度傳感器。通信接口：包括5個USART(4Mbit/s)接口，3個SPI接口（18Mbit/s），2個數(shù)字音頻接口I2S，2個I2C接口，另外它擁有全速USB （OTG）接口，以及以太網(wǎng)10/100MAC模塊。 （高速外部時鐘信號），一般晶振為416MHZ。 STM32F107有兩個二級時鐘源： （40MHZ），可以用于驅動獨立看門狗和通過程序選擇驅動實時時鐘（RTC），RTC用于從停機/待機模式下自動喚醒系統(tǒng)。 當不被使用時，任意一個時鐘源都可以獨立的啟動或者關閉，由此可以優(yōu)化系統(tǒng)功耗。此外，多個預比較器可以用于配置外設時鐘AHB，高速APB(APB2)和低速APB（APB1）的頻率，AHB和高速APB最高的頻率為72MHz，低速APB最高的頻率為36MHz。 當VDD和VBAT都掉電的情況下，再將VDD和VBAT上電。以上FLASH操作需要在軟件系統(tǒng)初始化中設置，在RCC初始化子函數(shù)里面，時鐘起振之后，這些操作在所有的程序中必須有。緊密耦合的NVIC實現(xiàn)了更低的中斷處理延遲，直接向內(nèi)核傳遞中斷入口向量表地址，緊密耦合的NVIC內(nèi)核接口，允許中斷提前處理，對后到的更高優(yōu)先級的中斷進行處理，支持尾鏈，自動保存處理器狀態(tài)，中斷入口在中斷退出時自動恢復，不需要指令干預。 外部中斷/事件控制器（EXTI）：包括19個邊沿檢測器和19根輸入線，用于產(chǎn)生中斷/事件請求。同時也可以用軟件觸發(fā)中斷或事件請求，也可以用于檢測外部信號的脈寬。內(nèi)部時鐘電路為8MHZ的RC震蕩電路，外部高速時鐘震蕩是在引腳OSC_IN和OSC_OUT之間外接晶體振蕩器，晶振為8MHZ，本課題設計采用外部振蕩的方式來提供系統(tǒng)時鐘，電容值一般為20PF，起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，晶體震蕩電路連接如圖23所示：STM32F107因為其系統(tǒng)工作頻率最大可以達到72MHZ，因此可以選擇PLL時鐘作為系統(tǒng)時鐘的輸入，將HSE（8MHZ）作為PLL時鐘的輸入，然后可以將PLL時鐘進行倍頻，達到最大頻率72MHZ來進行工作，這樣的話系統(tǒng)會運行的速度將會大大增加，具體可以在軟件設計系統(tǒng)初始化中進行，PLL時鐘設置的總體過程為：首先將RCC寄存器重新設置為默認值—打開外部高速時鐘晶振HSE—等待外部高速時鐘晶振工作—設置PLL時鐘（如PLL的時鐘源，倍頻系數(shù)為9）—打開PLL時鐘—等待PLL時鐘工作—設置PLL為系統(tǒng)時鐘—等待PLL設置為系統(tǒng)時鐘成功。如果復位電路不可靠，在工作中就有可能出現(xiàn)“死機”，“程序走飛”等現(xiàn)象，復位操作使控制器進入初始化過程，程序從00000000H地址單元開始執(zhí)行，當STM32F107的復位引腳NRST出現(xiàn)一段時間的低電平時，就完成了復位操作，如果NRST持續(xù)為低電平，STM32F107就處于循環(huán)復位狀態(tài)，而無法執(zhí)行程序，因此要求復位后能脫離復位狀態(tài)。上電復位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復位操作。常用的復位電路如圖24所示： 圖24 按鍵復位電路 ，此電壓由5V直流電源轉換而來，如圖25所示，圖中電容起到濾波作用?，F(xiàn)在多數(shù)的高級器件都支持JTAG協(xié)議，如DSP、FPGA器件等。JTAG最初是用來對芯片進行測試的，JTAG的基本原理是在器件內(nèi)部定義一個TAP（Test Access Port；測試訪問口）通過專用的JTAG測試工具對內(nèi)部節(jié)點進行測試。如今，JTAG接口還常用于實現(xiàn)ISP（InSystem Programmer，在系統(tǒng)編程），對FLASH等器件進行編程。如圖26為STM32F107芯片的JTAG接口電路： 圖26 JTAG接口電路 溫濕度測量模塊 溫濕度測量模塊應當包括溫濕度傳感器、信號放大濾波電路、以及A/D轉換電路，本文的溫濕度傳感器SHT11包含了這些電路。傳統(tǒng)的模擬式的溫濕度傳感器一般都要設計信號調理電路并需要經(jīng)過復雜的校準和標定過程，因此測量精度難以保證，且在線性度、重復性、互換性、一致性等方面往往不盡人意。鑒于上述原因，本系統(tǒng)采用SHT11芯片測量溫濕度值。(mm) x5（mm） (mm)，體積與火柴頭相近。標準系數(shù)被編成相應的程序存入校準存儲器中，在測量工程中可以對相對濕度進行自動校準。測量相對的范圍是0100%， %RH，測量溫度的范圍40℃—+℃，℃，測量露點的精度+1℃。利用降低分辨力的方法可以提高測量速率，減小芯片的功耗。采用SHT11進行溫濕度實時監(jiān)測的系統(tǒng)具有精度高、成本低、體積小、接口簡單等優(yōu)點；另外SHT11芯片內(nèi)部集成了114位A/D轉換器，且采用數(shù)字信號輸出，因此抗干擾能力也比同類芯片高。SHT11的主要特性如下： 可給出全校準相對濕度及溫度值輸出； 具有露點值計算輸出功能； 濕度值輸出分辨率為14位，溫度值輸出分辨率為12位； 片內(nèi)裝載的校準系數(shù)可保證100%互換性； ．； 圖27 SHT11傳感器電路 SHT11各引腳功能如下： GND：接地端 DATA：串行數(shù)據(jù)輸出/輸入端 SCK：串行口時鐘輸入端 VDD：接電源端 SHT11工作過程 SHT11的DATA引腳在SCK時鐘的下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在SCK時鐘上升沿后有效，所以，控制器可以在SCK高電平時讀出數(shù)據(jù)，而當其向SHT11發(fā)送數(shù)據(jù)時，則必須保證DATA上的電平狀態(tài)在SCK高電平段穩(wěn)定。SHT11首先由兩個傳感器分別測量相對濕度和溫度信號，經(jīng)過放大電路放大后分別送到14位的ADC進行A/D轉換、標準和糾錯，最后通過二線制的串行接口，將相對濕度和溫度的數(shù)據(jù)送至控制器中。 SHT11的濕度檢測運用電容式結構，并采用具有不同保護的“微型結構”檢測電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層來組成傳感器芯片的電容，除保持電容式的原有特性外，還可以抵御來自外界的影響。CMOSensTM技術不僅將溫濕度傳感器結合在一起，而且還將信號放大電路、模/數(shù)轉換器、校準數(shù)據(jù)存儲器、標準I2C總線等電路集成在一個芯片內(nèi)。經(jīng)校準的相對濕度和溫度傳感器與A/D轉換器相連，可以將轉換后的數(shù)字溫濕度值送給二線I2C總線器件，從而將數(shù)字信號轉換為符合I2C總線協(xié)議的串行數(shù)字信號。接下來的命令順序包含三個地址（目前只支持“000”）和5個命令位，當DATA腳的SCK位處于低電平時，表示SHT11正確接收到命令。 溫濕度測量時序：當發(fā)出了溫濕度測量命令后，控制器就要等到測量完成。為表明測量完成，SHT11會使數(shù)據(jù)線為低，此時控制器必須重新啟動SCK，然后傳送兩字節(jié)的測量數(shù)據(jù)與1字節(jié)的校驗碼。通訊在確認CRC數(shù)據(jù)位后停止。需要注意的是，℃，此時的工作頻率不能大于標定的15%（如：12位精度時，每秒最多進行三次測量）。 下載校準系數(shù)：為了節(jié)省能量并提高速度，在每次測量前都要重新下載校準系數(shù)。由于將傳感器與其它功能電路部分結合在一起，因此，該傳感器具有比其它類型的濕度傳感器優(yōu)越得多的性能。而A/D轉換同時完成，則降低了傳感器對干擾噪聲的敏感程度。 氣體濃度采集處理模塊此部分電路主要由信號的采集電路、放大電路、濾波電路等組成。這個元件在通電加熱的狀態(tài)下，對可燃氣體具有吸附、脫附效應，使其電導率隨著空氣中的可燃氣體的濃度增加而增大，使電導率的變化轉化為與該氣體濃度相對應的輸出信號。處理器STM32F107自身還有A/D轉換功能，所以不用另外的A/D轉換器了，直接放大濾波后送至處理器的PC4端口進行處理。如下圖28是MC113的測量電路，由檢測元件和補償元件RR5配對組成電橋的兩個臂，遇可燃性氣體時檢測元件電阻升高，橋路輸出電壓變化，該電壓變量隨氣體濃度增加而成比例增大，補償元件起參比及溫濕度補償作用，當剛開始測試之前，就可以調節(jié)滑動變阻器R9，把初始輸出電壓調為零，有效的解決了因更換不同的阻值的探頭或因周圍環(huán)境變化導致的初始電壓不為零的初始化的問題。)V，工作電流為(90177。MC113的測量范圍是(0～100) %LEL，其中“LEL”是指爆炸下限，可燃氣體在空氣中遇明火種爆炸的最低濃度，稱為爆炸下限一簡稱”LEL”，本設計中對超過60%LEL的氣體濃度進行報警。這樣就把氣體濃度信號變成了電壓信號。如圖29為AD623信號放大電路，AD623的輸入端接RRCCC10用來濾除無線電頻率的干擾，特別是信號較弱時更明顯。供電壓為+5V，放大倍數(shù)定為7倍，這樣可以保證在采樣范圍0～100%LEL內(nèi)產(chǎn)生的電壓都可以經(jīng)過A/D轉換。其特點是輸入阻抗高，輸出阻抗低。二階濾波電路傳遞函數(shù)： （公式22）其中 A0 稱為通帶增益 Q=1/(3A0) 稱為等效品質因數(shù) Wc=1/RC 稱為特征角頻率 圖210 信號濾波電路 顯示電路模塊 顯示設備是電子系統(tǒng)常見的輸出設備，在電子系統(tǒng)中占有極其重要的作用，顯示電路主要有兩種顯示方式：數(shù)碼管顯示方式和LCD液晶顯示方式。要使某段點亮必須具備2個條件：一是共陰極管的公共端接地和共陽極管的公共端接電源；二是共陰極管的控制端接電源和共陽極管的控制端接地。LCD液晶顯示器是Liquid Crystal Display的簡稱，LCD的構造是在兩片平行的玻璃當中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產(chǎn)生畫面，不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示漢字、圖片等，由于LCD顯示器通過控制是否透光來控制亮和暗，當色彩不變時，液晶也保持不變，這樣就無須考慮刷新率的問題，對于畫面穩(wěn)定、無閃爍感的液晶顯示器，刷新率不高但圖像也很穩(wěn)定，LCD顯示器還可以通過液晶控制透光度的技術原理讓底板整體發(fā)光，做到了真正的完全平面。由于LCD液晶顯示方式相對于數(shù)碼管顯示方式來說不用考慮不斷刷新等優(yōu)點，所以本課題設計利用TFTLCD作為輸出顯示設備，本課題的LCD的驅動芯片為ILI9320，它采用16位數(shù)據(jù)線與外部進行連接，利用控制器傳輸控制信號，在LCD上將傳感器的溫濕度、氣體濃度數(shù)據(jù)都顯示出來。 WR：向TFTLCD寫入數(shù)據(jù)。 DB[15:0]：16位雙向數(shù)據(jù)線。 RS：命令/數(shù)據(jù)標志（0，讀寫命令；1，讀寫數(shù)據(jù)） 所有的數(shù)據(jù)是存在ILI9320的GRAM中的，這樣可以降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ?，只有必須更新的?shù)據(jù)才被傳送。ILI9320采用的是18位總路線接口結構的高性能微處理器。ILI9320寄存器命令非常多，如表22所示簡單介紹一下其中常用命令部分： R0：這個命令有兩個功能，如果對它寫，則最低位為OSC，用于開啟或關閉振蕩器，而如果對它讀操作，則返回的是控制器的型號。因為93xx系列的初始化，其實都比較類似，我們完全可以用一個代碼兼容好幾個控制器。我們重點關注的是I/D0、I/DAM這3個位，因為這3個位控制了屏幕的顯示方向。當AM=0的時候，地址以行方向更新。I/D[1:0]：當更新了一個數(shù)據(jù)之后，根據(jù)這兩個位的設置來控制地址計數(shù)器自動增加/減少1： I/D[1:0]=00：行方向減小，列方向減??； I/D[1:0]=01：行方向增加，列方向減??； I/D[1:0]=10：行方向減小，列方向增加； I/D[1:0]=11：行方向增加，列方向增加；通過這幾個位的設置，我們就可以控制屏幕的顯示方向了。該命令CL位用來控制是8位彩色，還是26萬色。DD0、BASEE這三個位用來控制顯示開關與否的。我們一般通過該命令的設置來開啟或關閉顯示器，以降低功耗。R32用于設置列地址（X坐標，0~239），R33用于設置行地址（Y坐標，0~319）。R34：寫數(shù)據(jù)到GRAM命令，當寫入了這個命令之后，地址計數(shù)器才會自動的增加和減少。R80R83：行列GRAM地址位置設置。此時我們就可以通過這幾個命令，在其中開辟一個區(qū)域，然后不停的丟數(shù)據(jù)，地址計數(shù)器就會根據(jù)R3的設置自動增加/減少，這樣就不需要頻繁的寫地址了，大大提高了刷新的速度。通過以上介紹，我們可以得出TFTLCD顯示需要的相關設置步驟如下：1）設置STM32F107與TFTLCD模塊相連接的I/O。2）初始化TFTLCD模塊。3）通過函數(shù)將字符和數(shù)字顯示到TFTLCD模塊上。通過以上三步，我們就可以使用該TFTLCD模塊來顯示字符和數(shù)字了，并且可以顯示各種顏色的