【正文】 能工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，此芯片可以滿足工業(yè)、醫(yī)療、樓宇自動(dòng)化、家庭音響和家電市場(chǎng)多種產(chǎn)品需求。本設(shè)計(jì)用的芯片型號(hào)是STM32F107VCT6，芯片內(nèi)部連接圖如圖21所示：性能特點(diǎn)：內(nèi)核：ARM32位CortexM3 CPU，最高工作頻率72MHz，和8/16位設(shè)備相比，ARM CortexM3 32位RISC處理器提供了更高的代碼效率。時(shí)鐘、復(fù)位和電源管理：~。內(nèi)嵌出廠前調(diào)校的8MHz RC振蕩電路，可作為系統(tǒng)時(shí)鐘，可也可用于CPU時(shí)鐘的PLL。低功耗：3種低功耗模式：休眠，停止，待機(jī)模式。調(diào)試模式：串行調(diào)試（SWD）和JTAG接口。芯片擁有100個(gè)引腳：其中包括80個(gè)GPIO端口，每個(gè)端口都可以映射到16個(gè)外部中斷向量。定時(shí)器：內(nèi)部共有10個(gè)定時(shí)器，其中包括4個(gè)16位普通定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有4個(gè)IC/OC/PWM或者脈沖計(jì)數(shù)器。2個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器（獨(dú)立看門(mén)狗和窗口看門(mén)狗）。ADC/DAC：2個(gè)12位的us級(jí)的A/D轉(zhuǎn)換器（16通道），A/D測(cè)量范圍： V，雙采樣和保持能力，片上集成一個(gè)溫度傳感器。通信接口：包括5個(gè)USART(4Mbit/s)接口，3個(gè)SPI接口（18Mbit/s），2個(gè)數(shù)字音頻接口I2S，2個(gè)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(shí)鐘信號(hào)），一般晶振為416MHZ。 STM32F107有兩個(gè)二級(jí)時(shí)鐘源： （40MHZ），可以用于驅(qū)動(dòng)獨(dú)立看門(mén)狗和通過(guò)程序選擇驅(qū)動(dòng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC），RTC用于從停機(jī)/待機(jī)模式下自動(dòng)喚醒系統(tǒng)。 當(dāng)不被使用時(shí)，任意一個(gè)時(shí)鐘源都可以獨(dú)立的啟動(dòng)或者關(guān)閉，由此可以?xún)?yōu)化系統(tǒng)功耗。此外，多個(gè)預(yù)比較器可以用于配置外設(shè)時(shí)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(dāng)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(shè)置，在RCC初始化子函數(shù)里面，時(shí)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(shí)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(duì)后到的更高優(yōu)先級(jí)的中斷進(jìn)行處理，支持尾鏈，自動(dòng)保存處理器狀態(tài)，中斷入口在中斷退出時(shí)自動(dòng)恢復(fù)，不需要指令干預(yù)。 外部中斷/事件控制器（EXTI）：包括19個(gè)邊沿檢測(cè)器和19根輸入線，用于產(chǎn)生中斷/事件請(qǐng)求。同時(shí)也可以用軟件觸發(fā)中斷或事件請(qǐng)求，也可以用于檢測(cè)外部信號(hào)的脈寬。內(nèi)部時(shí)鐘電路為8MHZ的RC震蕩電路，外部高速時(shí)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(shè)計(jì)采用外部振蕩的方式來(lái)提供系統(tǒng)時(shí)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?yàn)槠湎到y(tǒng)工作頻率最大可以達(dá)到72MHZ，因此可以選擇PLL時(shí)鐘作為系統(tǒng)時(shí)鐘的輸入，將HSE（8MHZ）作為PLL時(shí)鐘的輸入，然后可以將PLL時(shí)鐘進(jìn)行倍頻，達(dá)到最大頻率72MHZ來(lái)進(jìn)行工作，這樣的話系統(tǒng)會(huì)運(yùn)行的速度將會(huì)大大增加，具體可以在軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)初始化中進(jìn)行，PLL時(shí)鐘設(shè)置的總體過(guò)程為：首先將RCC寄存器重新設(shè)置為默認(rèn)值—打開(kāi)外部高速時(shí)鐘晶振HSE—等待外部高速時(shí)鐘晶振工作—設(shè)置PLL時(shí)鐘（如PLL的時(shí)鐘源，倍頻系數(shù)為9）—打開(kāi)PLL時(shí)鐘—等待PLL時(shí)鐘工作—設(shè)置PLL為系統(tǒng)時(shí)鐘—等待PLL設(shè)置為系統(tǒng)時(shí)鐘成功。如果復(fù)位電路不可靠，在工作中就有可能出現(xiàn)“死機(jī)”，“程序走飛”等現(xiàn)象，復(fù)位操作使控制器進(jìn)入初始化過(guò)程，程序從00000000H地址單元開(kāi)始執(zhí)行，當(dāng)STM32F107的復(fù)位引腳NRST出現(xiàn)一段時(shí)間的低電平時(shí)，就完成了復(fù)位操作，如果NRST持續(xù)為低電平，STM32F107就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)，而無(wú)法執(zhí)行程序，因此要求復(fù)位后能脫離復(fù)位狀態(tài)。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。常用的復(fù)位電路如圖24所示： 圖24 按鍵復(fù)位電路 ，此電壓由5V直流電源轉(zhuǎn)換而來(lái)，如圖25所示，圖中電容起到濾波作用。現(xiàn)在多數(shù)的高級(jí)器件都支持JTAG協(xié)議，如DSP、FPGA器件等。JTAG最初是用來(lái)對(duì)芯片進(jìn)行測(cè)試的，JTAG的基本原理是在器件內(nèi)部定義一個(gè)TAP（Test Access Port；測(cè)試訪問(wèn)口）通過(guò)專(zhuān)用的JTAG測(cè)試工具對(duì)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。如今，JTAG接口還常用于實(shí)現(xiàn)ISP（InSystem Programmer，在系統(tǒng)編程），對(duì)FLASH等器件進(jìn)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(cè)量模塊 溫濕度測(cè)量模塊應(yīng)當(dāng)包括溫濕度傳感器、信號(hào)放大濾波電路、以及A/D轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路并需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的校準(zhǔn)和標(biāo)定過(guò)程，因此測(cè)量精度難以保證，且在線性度、重復(fù)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(cè)量溫濕度值。(mm) x5（mm） (mm)，體積與火柴頭相近。標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)被編成相應(yīng)的程序存入校準(zhǔn)存儲(chǔ)器中，在測(cè)量工程中可以對(duì)相對(duì)濕度進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。測(cè)量相對(duì)的范圍是0100%， %RH，測(cè)量溫度的范圍40℃—+℃，℃，測(cè)量露點(diǎn)的精度+1℃。利用降低分辨力的方法可以提高測(cè)量速率，減小芯片的功耗。采用SHT11進(jìn)行溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)具有精度高、成本低、體積小、接口簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；另外SHT11芯片內(nèi)部集成了114位A/D轉(zhuǎn)換器，且采用數(shù)字信號(hào)輸出，因此抗干擾能力也比同類(lèi)芯片高。SHT11的主要特性如下： 可給出全校準(zhǔn)相對(duì)濕度及溫度值輸出； 具有露點(diǎn)值計(jì)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(zhǔn)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(shí)鐘輸入端 VDD：接電源端 SHT11工作過(guò)程 SHT11的DATA引腳在SCK時(shí)鐘的下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在SCK時(shí)鐘上升沿后有效，所以，控制器可以在SCK高電平時(shí)讀出數(shù)據(jù)，而當(dāng)其向SHT11發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，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(gè)傳感器分別測(cè)量相對(duì)濕度和溫度信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大電路放大后分別送到14位的ADC進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、標(biāo)準(zhǔn)和糾錯(cuò)，最后通過(guò)二線制的串行接口，將相對(duì)濕度和溫度的數(shù)據(jù)送至控制器中。 SHT11的濕度檢測(cè)運(yùn)用電容式結(jié)構(gòu)，并采用具有不同保護(hù)的“微型結(jié)構(gòu)”檢測(cè)電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層來(lái)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(lái)自外界的影響。CMOSensTM技術(shù)不僅將溫濕度傳感器結(jié)合在一起，而且還將信號(hào)放大電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、標(biāo)準(zhǔn)I2C總線等電路集成在一個(gè)芯片內(nèi)。經(jīng)校準(zhǔn)的相對(duì)濕度和溫度傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器相連，可以將轉(zhuǎn)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(hào)轉(zhuǎn)換為符合I2C總線協(xié)議的串行數(shù)字信號(hào)。接下來(lái)的命令順序包含三個(gè)地址（目前只支持“000”）和5個(gè)命令位，當(dāng)DATA腳的SCK位處于低電平時(shí)，表示SHT11正確接收到命令。 溫濕度測(cè)量時(shí)序：當(dāng)發(fā)出了溫濕度測(cè)量命令后，控制器就要等到測(cè)量完成。為表明測(cè)量完成，SHT11會(huì)使數(shù)據(jù)線為低，此時(shí)控制器必須重新啟動(dòng)SCK，然后傳送兩字節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)與1字節(jié)的校驗(yàn)碼。通訊在確認(rèn)CRC數(shù)據(jù)位后停止。需要注意的是，℃，此時(shí)的工作頻率不能大于標(biāo)定的15%（如：12位精度時(shí)，每秒最多進(jìn)行三次測(cè)量）。 下載校準(zhǔn)系數(shù)：為了節(jié)省能量并提高速度，在每次測(cè)量前都要重新下載校準(zhǔn)系數(shù)。由于將傳感器與其它功能電路部分結(jié)合在一起，因此，該傳感器具有比其它類(lèi)型的濕度傳感器優(yōu)越得多的性能。而A/D轉(zhuǎn)換同時(shí)完成，則降低了傳感器對(duì)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(hào)的采集電路、放大電路、濾波電路等組成。這個(gè)元件在通電加熱的狀態(tài)下，對(duì)可燃?xì)怏w具有吸附、脫附效應(yīng)，使其電導(dǎo)率隨著空氣中的可燃?xì)怏w的濃度增加而增大，使電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)化為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。處理器STM32F107自身還有A/D轉(zhuǎn)換功能，所以不用另外的A/D轉(zhuǎn)換器了，直接放大濾波后送至處理器的PC4端口進(jìn)行處理。如下圖28是MC113的測(cè)量電路，由檢測(cè)元件和補(bǔ)償元件RR5配對(duì)組成電橋的兩個(gè)臂，遇可燃性氣體時(shí)檢測(cè)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(bǔ)償元件起參比及溫濕度補(bǔ)償作用，當(dāng)剛開(kāi)始測(cè)試之前，就可以調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R9，把初始輸出電壓調(diào)為零，有效的解決了因更換不同的阻值的探頭或因周?chē)h(huán)境變化導(dǎo)致的初始電壓不為零的初始化的問(wèn)題。)V，工作電流為(90177。MC113的測(cè)量范圍是(0～100) %LEL，其中“LEL”是指爆炸下限，可燃?xì)怏w在空氣中遇明火種爆炸的最低濃度，稱(chēng)為爆炸下限一簡(jiǎn)稱(chēng)”LEL”，本設(shè)計(jì)中對(duì)超過(guò)60%LEL的氣體濃度進(jìn)行報(bào)警。這樣就把氣體濃度信號(hào)變成了電壓信號(hào)。如圖29為AD623信號(hào)放大電路，AD623的輸入端接RRCCC10用來(lái)濾除無(wú)線電頻率的干擾，特別是信號(hào)較弱時(shí)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(guò)A/D轉(zhuǎn)換。其特點(diǎn)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(chēng)為通帶增益 Q=1/(3A0) 稱(chēng)為等效品質(zhì)因數(shù) Wc=1/RC 稱(chēng)為特征角頻率 圖210 信號(hào)濾波電路 顯示電路模塊 顯示設(shè)備是電子系統(tǒng)常見(jiàn)的輸出設(shè)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(diǎn)亮必須具備2個(gè)條件：一是共陰極管的公共端接地和共陽(yáng)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(yáng)極管的控制端接地。LCD液晶顯示器是Liquid Crystal Display的簡(jiǎn)稱(chēng)，LCD的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)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(xì)小電線，透過(guò)通電與否來(lái)控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來(lái)產(chǎn)生畫(huà)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(guò)控制是否透光來(lái)控制亮和暗，當(dāng)色彩不變時(shí)，液晶也保持不變，這樣就無(wú)須考慮刷新率的問(wèn)題，對(duì)于畫(huà)面穩(wěn)定、無(wú)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(guò)液晶控制透光度的技術(shù)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(duì)于數(shù)碼管顯示方式來(lái)說(shuō)不用考慮不斷刷新等優(yōu)點(diǎn)，所以本課題設(shè)計(jì)利用TFTLCD作為輸出顯示設(shè)備，本課題的LCD的驅(qū)動(dòng)芯片為ILI9320，它采用16位數(shù)據(jù)線與外部進(jìn)行連接，利用控制器傳輸控制信號(hào)，在LCD上將傳感器的溫濕度、氣體濃度數(shù)據(jù)都顯示出來(lái)。 WR：向TFTLCD寫(xiě)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(biāo)志（0，讀寫(xiě)命令；1，讀寫(xiě)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(jié)構(gòu)的高性能微處理器。ILI9320寄存器命令非常多，如表22所示簡(jiǎn)單介紹一下其中常用命令部分： R0：這個(gè)命令有兩個(gè)功能，如果對(duì)它寫(xiě)，則最低位為OSC，用于開(kāi)啟或關(guān)閉振蕩器，而如果對(duì)它讀操作，則返回的是控制器的型號(hào)。因?yàn)?3xx系列的初始化，其實(shí)都比較類(lèi)似，我們完全可以用一個(gè)代碼兼容好幾個(gè)控制器。我們重點(diǎn)關(guān)注的是I/D0、I/DAM這3個(gè)位，因?yàn)檫@3個(gè)位控制了屏幕的顯示方向。當(dāng)AM=0的時(shí)候，地址以行方向更新。I/D[1:0]：當(dāng)更新了一個(gè)數(shù)據(jù)之后，根據(jù)這兩個(gè)位的設(shè)置來(lái)控制地址計(jì)數(shù)器自動(dòng)增加/減少1： I/D[1:0]=00：行方向減小，列方向減小； 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(guò)這幾個(gè)位的設(shè)置，我們就可以控制屏幕的顯示方向了。該命令CL位用來(lái)控制是8位彩色，還是26萬(wàn)色。DD0、BASEE這三個(gè)位用來(lái)控制顯示開(kāi)關(guān)與否的。我們一般通過(guò)該命令的設(shè)置來(lái)開(kāi)啟或關(guān)閉顯示器，以降低功耗。R32用于設(shè)置列地址（X坐標(biāo)，0~239），R33用于設(shè)置行地址（Y坐標(biāo)，0~319）。R34：寫(xiě)數(shù)據(jù)到GRAM命令，當(dāng)寫(xiě)入了這個(gè)命令之后，地址計(jì)數(shù)器才會(huì)自動(dòng)的增加和減少。R80R83：行列GRAM地址位置設(shè)置。此時(shí)我們就可以通過(guò)這幾個(gè)命令，在其中開(kāi)辟一個(gè)區(qū)域，然后不停的丟數(shù)據(jù)，地址計(jì)數(shù)器就會(huì)根據(jù)R3的設(shè)置自動(dòng)增加/減少，這樣就不需要頻繁的寫(xiě)地址了，大大提高了刷新的速度。通過(guò)以上介紹，我們可以得出TFTLCD顯示需要的相關(guān)設(shè)置步驟如下：1）設(shè)置STM32F107與TFTLCD模塊相連接的I/O。2）初始化TFTLCD模塊。3）通過(guò)函數(shù)將字符和數(shù)字顯示到TFTLCD模塊上。通過(guò)以上三步，我們就可以使用該TFTLCD模塊來(lái)顯示字符和數(shù)字了，并且可以顯示各種顏色的背景。