便携式传感器巡检仪实训设计报告__郭勇(编辑修改稿)

便携式传感器巡检仪实训设计报告__郭勇(编辑修改稿)内容摘要：

场的实际情况，本设计中采用电池供电，其电压为 9V， 8 在设计时， 利用 和 两块电源 转换 芯片 将 9V电压转换成 的 稳压电 源。 另外电路中 还包括滤波电路，电源指示灯，工作状态指示灯及电源的接口电路。 LM1117 是一个低压差电压调节器系列。 其压差在 输出，负载电流为800mA 时为。 它与国家半导体的工业标准器件 LM317 有相同的管脚排列。 LM1117 有可调电压的版本，通过 2 个外部电阻可实现 ～ 输出电压范围。 另外还有 5 个固定电压输出（ 、 、 、 和 5V）的型号。 LM1117 提供电流限制和热保护。 电路包含 1 个齐纳调节的带隙参考电压以确保输出电压的精度在 177。 1%以内。 LM1117 系列具有 LLP、 TO26 SOT22TO220 和 TO252 DPAK 封装。 输出端需要一个至少 10uF 的钽电容来改善瞬态响应和稳定性。 ADJ/GND1IN3O U T2U4 L M 1117 5. 0+C110uf / 16v+ C210uf / 16vV C C 9. 0 V C C 5. 0ADJ/GND1IN3O U T2U5 L M 1117 3. 3+C 3010uf / 16v+ C 3110uf / 16vV C C 5. 0 V C C 3. 3 图 3 电平转换电路 模拟信号 采样 电路 由于 温度、压力传感器 的 信号 一般是 420mA 的电流值和 15V的电压值，所以在信号进入单片机之前需要将这两种信号转换成 的 电 压 信号，于是在设计模拟信号输入电路时 分别设计了两个通道采集不同的模拟量， 即 分为 电流输入和电压输入 两个通道。 经过模拟信号输入电路的转换 后输入 为 电压信号。 电路图如图 3 所示。 选用 2 个 ADC 采集通道， A1 为通道 1，采集 420mA的电流值，然后经过转换电路转换为 D1 输出 的电压值，将其传给单片机的 PA0 口。 A2 为通道 2，采集 15V 的电压值，然后经过转换电路转换为 9 D2 输出 ，将其传给单片机的 PA1 口。 C 1 50 . 1 u FC 1 60 . 1 u FR 2 6150R 2 73KD 2 0D I O D ER 1 910kR 1 810kA1A2D1D2R 2 92K 图 3 模拟信号输入电路 按键 接口电路 本次设计共设有四个按键 S S S S4，其中 S1 实现 “确定 ”功能， S2实现 “返回 ”功能， S3 实现菜单 “上翻 ”功能， S4 实现菜单 “下翻 ”功能， “ 确定 ” 键用于选好目标后确认或进入此功能界面， “ 返回 ” 键用于返回上一级菜单或主菜单， “上翻”和“下翻” 键用于菜单目录上下的移动选择，或用于调整量程时数字的增加与减少。 按键的一端与分别单片机的引脚相连， 工作原理为按键不按下时单片机的 PA PA PA PA5 引脚接高电平，按键按下后单片机引脚读入低电平，以此来检测键盘电路按键的选取。 R2 1KV C C 3 . 3S2R1 1KV C C 3 . 3S1P A 4R 2 0 1KV C C 3 . 3S3P A 2P A 5R 2 1 1KV C C 3 . 3P A 3S4 图 4 按键 接口 电路 10 AT24C04 存储电路 AT24C04 采用低功耗 CMOS 技术，可工作在电压为 下工作，它是由两个 256 字节块构成的，也就是容 量为 22568bit（ 4kbit），完全可以满足中小规模的应用需要，它最显著的特点是只占用 CPU的两根 I/O 线，就可以实现与 CPU之间的数据交换，另外，串行 EEPROM 的体积小，价格低廉，二线电可擦编程只读存储器（ EEPROM），为 8 脚双列直插式塑料封装 主要用于存放设置好的量程，比如温度、压力量程，或者通过手动设定的量程进行存储，方便在下次开机时系统可以读取上次退出时的状态，省去重新设定的麻烦。 AT24C04 与单片机的接口 电路如图 5 所示： A01A12A23G N D4S D A5S C L6WP7V C C8U 2 1A T 2 4 C 0 4V C C 3 . 3G N DP C 1 4P C 1 3R 3 1R 3 0 V C C 3 . 3C 1 40 . 1 u F 图 5 EEPROM 存储器电路原理图 引脚说明： (1) SDA 串行 地址 /数据输入 /输出端 这是一个双向传输端，用于传送地址和数据进入器件或从器件发出数据，它是一个漏极开路端，因此要求接一个上拉电阻到 Vcc 端。 对于一般的数据传输，只有在 SCL 为低电平期间， SDA 的电平才可以变化，在 SCL 为高电平期间 SDA 保持不变。 (2) SCL 串行时钟端 此输入端用于同步传输进入和发送器件的数据 (3) WP 端 此端必须接到 Vss 或者 Vcc 如果此端接到 Vss 时，一般存储器操作使能（读 /写整个存储器） 如果此端接到 Vcc，写操作禁止，整个存储器是写保护的，读操作不受到影 11 响。 当 WP 被使能，也就是连接到 Vcc，允许用户可将 24C04 用作串行 ROM (4) A0、 A A2 端 用户自定义地址码，这是由用户自己设置的，通常的做法就是由他们的组合电平决定的，也就是寻址码，对于同一型号的 IC 只能最多挂 8 片同种类型的芯片，本次实习由于设计的电路只有一个 AT24C04，故 A0、 A A2 端接地，其地址码为 000。 LCD 液晶显示 电路 本设计中才用的是液晶显示屏型号为 诺基亚 5110。 诺基亚 5110 是 8448 点阵 LCD，每行可以显示 7 个汉字，可以显示 4 行， 购买此液晶屏时已经带有 51单片机的驱动例程，我们只需 将 51 单片 机上驱动移植到 STM32 上， 从而 实现与主处理器通信。 5110 一共有 8 个引脚，其中有 5 个引脚与单片的 I/O 相连， 如图6 所示： PB5PB6PB7PB8PB9VCC5.0GNDL C D _ 5 1 10VCC1GND2SCE3RST4D/C5SDIN6SCLK7LED+8U2 5 1 1 0 L C DVCC5.0 图 6 LCD 管脚分配图 图中 引脚 分别是 ： SDIN:串行数据输入端 SCLK:串行时钟输入端 D/C:数据 /命令 SCE:芯片使能 RST:复位输入端 12 JTAG 接口电路 JTAG 也是一种国际标准测试协议（ IEEE 兼容） ， 主要用于芯片内部测试。 现在多数的高级器件都支持 JTAG 协议 ,如 DSP、 FPGA、单片机 器件等。 JTAG 主要应用于：电路的边界扫 描测试和可编程芯片的在线 系统编程。 本系统的 JTAG 调试单元电路如 图 8 所示。 P B 4P A 1 5P A 1 3P A 1 4P B 3N R S TR 1 31 0 K1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 20J7H E A D E R 1 0 X 2 Y BR 1 4R 1 5R 1 6V C C 3 . 3 图 8 JTAG 接口电路 相关 JTAG 引脚的定义为： 1 ,VTref 目标板参考电压，接电源 2， VCC 接电源 3， nTRST 测试系统复位信号 4,6,8,10,12,14,16,18,20， GND 接地 5， TDI 测试数据串行输入 7， TMS 测试模式选择 9， TCK 测试时钟 11， RTCK 测试时钟返回信号 未连接 13， TDO 测试数据串行输出 15， nRESET 目标系统复位信号 17,19 NC 未连接 13 4 软件设计 系统 主程序流程图 程序采用模块化、结构化设计，其软件的可靠性较好，可维护性强。 其主要程序模块有： (1)主程序 ： 主程序包括欢迎界面的显示、 读取 EEPROM 数据、 键盘的循环扫描、 ADC 的采集检测与 LCD 显示。 (2)菜单 (设置 )程序 ： 菜单程序完成通道的选取、温度压力测量的选择、量程的设置。 (3)键盘扫描子程序 ： 判断键盘按键的选取、去除抖 动干扰、按下相应按键的结果处理程序。 (4)EEPROM 存储程序 ： 量程设定后相应量程数据的存储程序与读取子程序。 本设计的软件部分主函数程序设计的流程图如图 8 所示。 初 始 化 、 L C D 清 屏读 取 E E P R O M 中 数 据有 键 按 下。 通 道 选 择 ， 显 示 A D 值键 盘 扫 描N OY E S显 示 欢 迎 界 面 ， 延 时 3 秒按 键 处 理显 示 图 8 主函数程序设计流程图 14 当系统 复位后 ，首先对时钟、 I/O、 IIC、 ADC以及 DMA等 硬件进行初始化 ，然后紧接初始化 LCD 显示器 ，主控制器读取 EEPROM 中上一次测量 存储的数据，并显示欢迎界面。 紧接着进入按键扫描程序，并在主函数中判断是否需要调用相应温度、压力的显示子函数。 子程序设计框图 系统初始化 流程图： 开 始系 统 时 钟初 始 化ADC初 始 化DMA初 始 化GPIO初 始 化LCD显 示 初始 化返 回 图 9 系统初始化流程图 系统一上电，则会进行系统时钟初始化，在系统时钟初始化中，会将系统主时钟 SYSCLK 设置为 72MHz，将 APB1 时钟频率设置为 36MHz， APB2 时钟频率设置为 72MHz。 并且启动将用到的外设资源的时钟，比如定时器，串口等等。 STM32 内部有 2个 ADC，每个 ADC 是 12 位的逐次逼近型模拟数字转换器。 它有 18 个通道，可测 量 16 个外部和 2 个内部信号源。 各通道的 A/D 转换可以单次、连续、扫描或间断模式执 行。 ADC 的结果可由转换完成中断处理或由 DMA存储，通道的转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行，转换结果以左对齐或右对齐方式存储在 16 位数据寄存器中。 通道采样时间可编程，总转化时间可缩减 15 到 1us，此。