现代通信技术
蓝牙技术及其硬件设计
清华大学自动化系(北京100084)何荣森王宏宝张跃
摘要文章从蓝牙技术提出的背景和其优越性出发,分析了它的协议体系结构及其各个协议之间的关系。最后,通过给出一个蓝牙模块的硬件设计方案,详细说明了如何在实际的新产品中应用这一最新技术。
关键词蓝牙蓝牙技术蓝牙协议体系蓝牙模块
1蓝牙技术的提出和其优越性
蓝牙技术是由蓝牙特别兴趣集团(SIG:Sepecial Interest Group)于1998年发起提出的。SIG最初是由IBM、Intel、Nokia、Ericsson、Toshiba等公司组成。但是目前,加入SIG的企业已经达到两千多家,短短两年时间,SIG成员几乎覆盖了全球通信、网络、芯片、外设、软件等行业所有人们熟知的大企业,其发展势头异常迅猛。当然这是由于蓝牙技术的下列性质所决定的。
(1)无线性
蓝牙技术最初是以取消连接各种电器之间的连线为目标的。蓝牙技术主要面向网络中的各种数据及语音设备,如PC、拨号网络、笔记本电脑、HPC、PDA、打印机、传真机、数码相机、移动电话、高品质耳机等。蓝牙通过无线的方式将它们连成一个围绕个人的网络,省去了用户接线的烦恼,在各种便携设备之间实现无缝的资源共享。
(2)蓝牙技术的开放性
与生俱来的开放性赋予了蓝牙强大的生命力。从它诞生之日起,蓝牙就是一个由厂商们自己发起的技术协议,完全公开,而并非某一家独有和保密。只要是SIG的成员,都有权无偿使用蓝牙的新技术,而且蓝牙技术标准制订后,任何厂商都可以无偿地拿来生产产品,只要产品通过SIG组织的测试并符合蓝牙标准后,品牌即可投入市场。
(3)蓝牙产品的互操作性和兼容性
蓝牙产品在满足蓝牙规范的前提下,还必须通过SIG的认证程序(qualification program),只有通过了认证程序,才能走向市场。这就保证了即使是不同公司的蓝牙产品,也可实现互操作和数据共享,达到完全兼容的目的。
(4)蓝牙协议和其他无线协议的区别
这里主要谈谈蓝牙和IEEE-802.11的区别。IEEE-802.11是应用于高端的无线局域网技术,其传输距离可达50m到数百米,传输速度为2~ 11M bit/s。而有别于IEEE-802.11的蓝牙则主要用于短距离传输(一般为10m,功率放大可以达到100m)数据和语音(1Mbit/s),而且功耗非常低。尽管蓝牙工作在全球通用的2.4GH z ISM(即工业、科学、医学)频段,和IEEE-802.11相同,但最近一些测试结果表明,IEEE-802.11与蓝牙技术在某些情况下可以共存。这主要是因为,蓝牙特别设计了快速跳频及前向纠错方案以保证链路稳定和传输可靠,有很强的抗干扰能力。
(5)对人体安全影响不大
随着无线技术的深入人心,辐射也成了消费者非常关心的问题。由世界卫生组织、IEEE等专家组成的小组表示,检测中并未发现蓝牙产品的辐射对人体有影响。蓝牙产品的输出功率仅为1mW,是微波炉使用功率的百万分之一,也仅仅是移动电话功率的一小部分,而且,这些输出中只有一小部分被人体吸收。
2蓝牙协议体系结构
蓝牙技术的一个主要目的就是使符合该规范的各种设备能够互通,这就要求本地设备和远端设备使用相同的协议。当然,不同的应用,其使用的协议栈可能不同。但是,它们都必须使用蓝牙技术规范中的物理层和数据链路层。完整的蓝牙协议体系结构如图1所示。当然,不是任何应用都必须使用所有全部协议,可以只采用部分协议,例如语音通信
时,就只需经过基带协议(Baseband)就行,而不用通过L2CAP
。图1 蓝牙协议体系结构
图1中的蓝牙协议体系又可以分为以下4层:
核心协议 Baseband,L M P,L 2CAP,SDP 电缆替代协议 RFCOM M
电话控制协议 T CS Binary ,AT -commands 选用协议 PPP ,U DP /T CP/IP,
OBEX ,
WAP ,
vCard,vCal,IrM C,WA E
除了上述协议层外,规范还定义了主机控制器接口(HCI),它为基带控制器、连接控制器、硬件状态和控制寄存器等提供命令接口。
这些协议又可以分为蓝牙专有协议和非专有协议,这样区分主要是在蓝牙专有协议的基础上尽可能地采用和借鉴现有的各种高层协议(也就是非专有协议),使得现有的各种应用能移植到蓝牙上来,如U DP/TCP/IP 等。蓝牙核心协议都是蓝牙专有的协议,绝大部分蓝牙设备都需要这些协议。而RFCOMM 和T CS -binary 协议是SIG 分别在ETSI T S 07.10和ITU -Recommendation Q.931协议的基础上制订的。选用协议则主要是各种已经广泛使用的高层协议。总之,电缆替代协议、电话控制协议和选用协议在核心协议的基础上构成了面向应用的协议。下面,就对各个协议作一个简单介绍。2.1 蓝牙核心协议2.1.1 基带协议(Baseband)
在说基带协议时,我们先来看看蓝牙的网络拓扑结构如图2所示。它首先由一个个微微网(p-i conet)构成。一个微微网中,只有一个蓝牙设备是主设备(master),但是可以有7个从设备(slave),它们是由3位的MAC 地址区分的。主设备的时钟和跳频序列用于同步同一个微微网中的从设备。多个独立的非同步的微微网又可以形成分布式网络(scatternet),一个微微网中的主/从设备可以是另外一个微微网中的主/从设备,但是各个微微网通过使
用不同的跳频序列来加以区分。
图2 网络拓扑结构
基带协议就是确保各个蓝牙设备之间的物理射频连接,以形成微微网。蓝牙的射频系统是一个跳频系统,其任一分组在指定时隙、指定频率上发送,
它使用查询(inquiry)和寻呼(page)进程同步不同设备间的发送频率和时钟,可为基带数据分组提供两种物理连接方式:同步面向连接(SCO)和异步非连接(ACL)。SCO 既能传输语音分组(采用CVSD 编码),也能传输数据分组;而ACL 只能传输数据分
组。所有的语音和数据分组都附有不同级别的前向纠错(FEC)或循环冗余校验(CRC)编码,并可进行加密,以保证传输可靠。此外,对于不同的数据类型都会分配一个特殊的信道,可以传递连接管理信息和控制信息等。
2.1.2 连接管理协议(LM P)
连接管理协议负责蓝牙各设备间连接的建立。首先,它通过连接的发起、交换、核实,以进行身份认证和加密等安全措施;其次它通过设备间协商以确定基带数据分组的大小;另外,它还可以控制无线部分的电源模式和工作周期,以及微微网内各设备的连接状态。
2.1.3 逻辑链路控制和适配协议(L2CAP)
逻辑链路控制和适配协议是基带的上层协议,可以认为它是与LMP 并行工作的,它们的区别在于当数据不经过LM P 时,则L2CAP 将采用多路技术、分割和重组技术、群提取技术等为上层提供数据服务。虽然基带协议提供了SCO 和ACL 两种连接类型,但是L2CAP 只支持ACL,并允许高层协议以64K 字节的速度收发数据分组。2.1.4 服务发现协议(SDP)
服务发现协议是蓝牙技术框架中非常重要的一个部分,它是所有用户模式的基础。使用SDP,可以查询到设备信息和服务类型,之后,蓝牙设备之间的连接才能建立。因此,你不能奢望通过蓝牙耳机打
电话,因为它不能提供这种服务。
2.2电缆替代协议(RFCOMM)
RFCOMM是基于ETSI07.10规范的串行线仿真协议,它在蓝牙基带协议上仿真RS-232控制和数据信号,为使用串行线传送机制的上层协议(如OBEX)提供服务。
2.3电话控制协议
2.3.1二元电话控制协议(T CS Binary)
二元电话控制协议是面向比特的协议,它定义了蓝牙设备间建立语音和数据呼叫的控制信令,定义了处理蓝牙TCS设备群的移动管理进程。
2.3.2AT命令集电话控制协议(AT-commands)
在ITU-T V.250和ETS300916(GSM07.07)的基础之上,SIG定义了控制多用户模式下,移动电话、调制解调器和可用于传真业务的AT命令集。2.4选用协议
2.4.1点对点协议(PPP)
PPP是IET F(Internet Eng ineering Task Force)制订的,在蓝牙技术中,它运行于RFCOM M之上,完成点对点的连接。
2.4.2UDP/TCP/IP
U DP/TCP/IP也是由IETF制订的,是互联网通信的基本协议,在蓝牙设备中使用这些协议,是为了与互联网连接的设备进行通信。
2.4.3对象交换协议(OBEX)
OBEX是IrOBEX的简写,是由红外数据协会(IrDA)制订的会话层协议,采用简单和自发的方式来交换对象。它提供的基本功能类似于HTT P,在假定传输层可靠的基础上,采用客户机-服务器模式,而独立于传输机制和传输应用程序接口(API)。另外,OBEX专门提供了一个文件夹列表对象,用于浏览远端设备上的文件夹内容。在蓝牙目前的1.0协议中,RFCOM M是OBEX唯一的传输层,在以后的版本中,有可能也支持TCP/IP作为传输层。
电子名片交换格式(v Card)和电子日历交换格式(vCal)都是因特网邮件协会(Internet Mail Con-sortium)开发的开放性规范。这些规范只是定义了数据传输格式,而没有定义传输机制。SIG采用这些已经定义好的规范,是为了进一步促进个人信息的交互。
2.4.4无线应用协议(WAP)
WAP是无线应用协议论坛(WAP Forum)制订的,它融合了各种广域无线网络技术,其目的是将互联网内容和电话传送的业务传送到数字蜂窝电话或者其他无线终端,选用WAP,可以充分利用无线应用环境(WAE)开发的高层应用软件。关于WAP,请参考无线应用协议论坛制订的各项协议。
3蓝牙技术的一种硬件设计方案
从目前蓝牙产品来看,其硬件上都采用了两块芯片构成一个芯片组,一块是射频芯片,另外一块是基带控制芯片,如朗讯公司的W7020和W7400、飞利浦的UAA3558和PCD87750等,这两块芯片再加上外加的Flash、天线和电源芯片就可以构成了一个蓝牙模块(Bluetooth M odule),可以用于各种蓝牙产品之中。
下面就以朗讯公司的W7020和W7400为例,来说明如何构造和使用一个蓝牙模块,如图3所示。
W7020是采用BiCOM S工艺制造的高集成度射频芯片,它仅仅只需外接特征阻抗为508的天线,和一个13MHz的晶振,就能正常工作。从图3中可以看出,它通过串行接口总线(serial interface bus)和选通信号(strobe signals)和W7400接口。这样它们就构成一个完整的蓝牙模块。W7400最大的特点是包含了一个ARM7TDM I的RISC核,能满足蓝牙1.0的各个协议栈,并且提供了U SB和UART/PCM两个主机控制器接口(HCI:host con-troller interface),极大方便了硬件设计。另外,在当今对芯片功耗要求日益苛刻的情况下,W7020和W7400均采用2.7V工作电压,以保证降低功耗,延长电池寿命,特别适合各种便携设备。
如何使用图3中W7020和W7400构成的蓝牙模块呢?利用主机控制器接口HCI,我们可以采用两种方式,很方便地把它嵌入到各种产品之中。
(1)采用UART/PCM方式
这种方式利用UART作为数据(data)通信接口,而PCM作为语音(voice)通信接口,如图4所示。当用UART进行数据通信时,蓝牙模块是作为一个数字电路终端设备(DCE:data circuit-terminal equipment.),其串行传输速度可以达到460.8kbit/ s。当用PCM进行语音通信时,其采用的编码格式很灵活,可以采用CVSD,A律(欧洲)和L律(美国)等三种格式,方便了蓝牙语音产品的开发。
(2)采用USB方式
这种方式,见图5所示,是把这个蓝牙模块当作一个USB从设备来和主机通信,它满足USB1.1规范,最高速度可以达到12Mbit/s。
可见,采用主机控制器接口HCI,我们可以非常方便地把这个蓝牙模块嵌入到笔记本电脑(note-book)、手持计算机(handheldPC)、移动电话、数字
图3 Bluetooth module
蓝牙模块
图4 UA RT /PCM 方
式
图5 USB 方式
相机等多种设备(作为host)中,构成各种蓝牙产品。当然,要充分利用蓝牙这一新技术,使硬件正常工作,还需要各种蓝牙协议软件的支持。目前,各大电子公司都在这些软件的开发上投入了巨大的人力、财力和物力。
目前,已经有一些蓝牙产品面世,如爱立信和阿尔卡特的蓝牙手机等。但是由于现在的蓝牙芯片价格较贵,一套芯片组20美元左右,而且不少协议和应用软件都还处于开发、测试阶段,因此蓝牙产品要
普及,必然还有一个过程。有人预测,到2005年,蓝牙芯片组价格将降到5美元,蓝牙技术也变得更加成熟,那时就将是蓝牙技术席卷世界的时候。
参考文献
1 Specificat ions of the Bluetooth System Version 1.0
http://ww https://www.doczj.com/doc/3210720256.html, 2 w https://www.doczj.com/doc/3210720256.html,/micro/bluetooth 3 http://bluetoo th.er icsson.se
4 http://ww https://www.doczj.com/doc/3210720256.html,
四川师范大学成都学院通信工程学院 基于STM32的简易电子计算器设计与实现---实验综合设计报告 学生姓名陶龑 学号2016301033 所在学院通信工程学院 专业名称嵌入式系统课程设计 班级2014级软件班 指导教师刘强 成绩 四川师范大学成都学院 二○一六年十一月
基于STM32的简易电子计算器设计与实现内容摘要：电子计算器即将传统意义上的计算器进行电子化和数字化，为其减少时间误差和体积，并提供更多的扩展实用功能，从而使电子计算器的应用更加广泛。在经过资料的查找与收集后，本论文以该理念设计了一款基于STM32芯片作为核心控制器，使用Keil5平台，以C语言为基础进行软件编程的简易电子计算器，其内在TFT-LCD液晶屏进行输出，以四个按键进行输入，从而实现显示输入数据以及加减乘除运算的基本功能。 通过软件程序的编写、硬件电路原理的实现、电子计算器正常工作的流程、原理图仿真实现、硬件实物的安装制作与硬件实物的调试过程，该简易电子计算器现可用于日常生活和工作中。 关键词：简易电子计算器STM32 C语言Keil5
Design and implementation of Multi Function Electronic Clock based on STM32 Abstract: The traditional electronic calculator calculator for electronic and digital, to reduce the time error and volume, and provide more extended utility function, so that the more extensive application of electronic calculators. After searching and collecting data, in this paper, the concept of a design based on STM32 chip as the core controller, using Keil5 platform, simple electronic calculator based on C language software programming, the TFT-LCD LCD screen for input and output, with four keys, so as to realize the display of input data and the basic the function of add, subtract, multiply and divide operations. Through the software program, hardware circuit principle of the electronic calculator realization, normal work process and the principle of graph simulation, hardware installation and hardware debugging process, the simple electronic calculator is used in daily life and work. Key words: Simple electronic calculator STM32 language C Keil5
STM32的基本系统主要涉及下面几个部分： 1、电源 1)、无论是否使用模拟部分和AD部分，MCU外围出去VCC和GND，VDDA、VSSA、Vref(如果封装有该引脚)都必需要连接，不可悬空； 2)、对于每组对应的VDD和GND都应至少放置一个104的陶瓷电容用于滤波，并接该电容应放置尽量靠近MCU； 2、复位、启动选择 1)、Boot引脚与JTAG无关。其仅是用于MCU启动后，判断执行代码的起始地址； 2)、在电路设计上可能Boot引脚不会使用，但要求一定要外部连接电阻到地或电源，切不可悬空； 3、调试接口 4、ADC 1)、ADC是有工作电压的，且与MCU的工作电压不完全相同。MCU工作电压可以到2.0V～3.6V，但ADC模块工作的电压在2.4V～3.6V。设计电路时需要注意。 5、时钟 1)、STM32上电默认是使用内部高速RC时钟(HSI)启动运行，如果做外部时钟(HSE)切换，外部时钟是不会运行的。因此，判断最小系统是否工作用示波器检查OSC是否有时钟信号，是错误的方法； 2)、RTC时钟要求使用的32.768振荡器的寄生电容是6pF，这个电容区别于振荡器外部接的负载电容； 5、GPIO 1)、IO推动LED时，建议尽量考虑使用灌电流的方式。 2)、在Stop等低功耗模式下，为了更省电，通常情况下建议GPIO配置为带上拉的输出模式，输出电平由外部电路决定； 6、FSMC 1)、对应100pin或144pin,FSMC的功能与I2C是存在冲突的，如果FSMC时钟打开，I2C 1的硬件模式无法工作。这在STM32F10xxx的勘误表中是有描述的。 ST官方推荐的几大主流开发板的原理图，在画电路的时候可以做为参考依据： 1、IAR https://www.doczj.com/doc/3210720256.html, 1)、STM32F103RBT6 点击此处下载ourdev_606049.pdf(文件大小:208K)(原文件名:IAR_STM32_SK_revB.pdf)
海南大学 毕业论文（设计） 题目：基于stm32的智能小车设计学号：20112834320005 姓名：陈亚文 年级：2011级 学院：应用科技学院（儋州校区） 学部：工学部 专业：电子科学与技术 指导教师：张健 完成日期：2014 年12 月 1 日
摘要 本次试验主要分析了基于STM32F103微处理器的智能小车控制系统的系统设计过程。此智能系统的组成主要包括STM32F103控制器、电机驱动电路、红外探测电路、超声波避障电路。本次试验采用STM32F103微处理器为核心芯片，利用PWM技术对速度以及舵机转向进行控制，循迹模块进行黑白检测，避障模块进行障碍物检测并避障功能，其他外围扩展电路实现系统整体功能。小车在运动时，避障程序优先于循迹程序，用超声波避障电路进行测距并避障，在超声波模块下我们使用舵机来控制超声波的发射方向，用红外探测电路实现小车循迹功能。在硬件设计的基础上提出了实现电机控制功能、智能小车简单循迹和避障功能的软件设计方案，并在STM32集成开发环境Keil下编写了相应的控制程序，并使用mcuisp软件进行程序下载。 关键词：stm32;红外探测;超声波避障;PWM;电机控制
Abstract This experiment mainly analyzes the control system of smart car based on microprocessor STM32F103 system design process. The composition of the intelligent system mainly including STM32F103 controller, motor drive circuit, infrared detection circuit, circuit of ultrasonic obstacle avoidance. This experiment adopts STM32F103 microprocessor as the core chip, using PWM technique to control speed and steering gear steering, tracking module is used to detect the black and white, obstacle avoidance module for obstacle detection and obstacle avoidance function, other peripheral extended circuit to realize the whole system function. When the car is moving, obstacle avoidance program prior to tracking, using ultrasonic ranging and obstacle avoidance obstacle avoidance circuit, we use steering gear under ultrasonic module to control the emission direction of ultrasonic, infrared detection circuit is used to implement the car tracking function. On the basis of the hardware design is proposed for motor control function, simple intelligent car tracking and obstacle avoidance function of software design, and in the STM32 integrated development environment under the Keil. Write the corresponding control program, and use McUisp program download software. Keywords：STM32；Infrared detection；Ultrasonic obstacle avoidance；PWM；Motor control
基于STM32的激光虚拟键盘的硬件设计 摘要：随着科技的进步，人们对电影银幕上曾经出现过的各种高新科技产品的 追求越来越强烈，虚拟化、全息技术和云计算作为未来科技的标向，目前已炙手 可热。大到国家工业军事设备，小到身边随处可见的办公生活用品，无一不在向 这个方向发展，我们的课题——激光投影键盘便是顺从了这样的一个发展方向。 关键词：红外光；图像信号定位编码；单片机 虚拟激光投影键盘，简称激光键盘，是虚拟键盘的一种。它是利用激光将键 盘投影在一个平面，以达到在随机环境中使用的功能。该虚拟键盘设备需要满足: 高亮度,可在正常室内照明环境下,显示出清晰的键盘图像; 高稳定性和安全性,可长 时间稳定运行,不对人体造成伤害; 满足低成本,便于推广的要求,从而替代传统的机 械式键盘。 1硬件系统总体方案设计 系统的硬件接口图如图3-1所示。主要电路包括：主控电路、OV7670摄像头电路、电源电路、显示电路、串口通讯电路、指示灯电路。 2 主控芯片的介绍 STM32F103RBT6单片机主要特点：程序储存器内存至少64K，足够本设计程 序的存储；工作电压3.3V，同时摄像头和TFT彩屏工作电压都是3.3V，可以在同 一电压下工作；晶振范围从4到16MHZ，通过PLL产生CPU时钟，主频可以达到72MHZ，速度快；具有两个18M位/秒SPI；3个USRT可供调试使用；JTAG接口 和串行单线调试提供在线下载和调试，为软件调试提供了很大的方便和节约时间；丰富的的I/O口，为彩屏、摄像头提供了接口资源等等；图3-2为STM32微控制 器的电路设计。一端接复位引脚另一端接3.3V的R3上拉电阻，起限流作用，单 片机采用按键复位的方法，高电平复位，当按键按下时，单片机复位被拉为高电平，从而实现单片机复位，在S1按键没按下的时候，复位引脚为高电平，当S1 按键按下时，复位引脚变为低电平，按键松开时，复位引脚再变为高电平，这个 过程复位引脚由高变低再变高，这就实现了硬件复位；C5电容除了过滤一些杂波防止乱复位，还可以在单片机刚刚上电的时候，电容的充放电过程，电平由低变高，从而实现了上电复位。 3 OV7670摄像头电路 OV7670带FIFO模块，是针对慢速的MCU能够实现图像采集控制推出的带 有缓冲存储空间的一种模块。带FIFO的摄像头比不带的多了个3M的缓存,可将 采集的数据暂存在这个缓存中,使用时读取缓存中的图像数据即可,因此可减少对 单片机采集图像数据时对MCU速度的要求。 接下来说明一下摄像头和单片机接口， GDN-----接地点 SIO_C---SCCB 接口的控制时钟 SIO_D---SCCB接口的串行数据输入（出）端 VSYNC---帧同步信号（输出信号） HREF----行同步信号（输出信号） PCLK----像素时钟（输出信号）
发现最近有关STM32硬件电路设计的帖子稍有增多，也许STM32对于大家来说还算比较新的东西的缘故吧。因ST 有一份应用笔记：AN2586 “STM32F10xxx hardware development:getting started”已经有很详细的描述了，之前也就没有就STM32的硬件电路设计在论坛上罗嗦什么。这次感觉很多网友都不太爱去ST 的官方网站上更新最新的Aplication note ，其实很多设计中需要注意的事项在官方提供的应用笔记中都有提到，这里就全当做一个总结吧。也欢迎有兴趣的和我（grant_jx@https://www.doczj.com/doc/3210720256.html, ）沟通电路设计的问题，希望大家相互学习进步，如果说错的地方，也欢迎提出。 STM32的基本系统主要涉及下面几个部分： 1、电源 1)、无论是否使用模拟部分和AD 部分，MCU 外围出去VCC 和GND ，VDDA 、VSSA 、Vref(如果封装有该引脚)都必需要连接，不可悬空； 2)、对于每组对应的VDD 和GND 都应至少放置一个104的陶瓷电容用于滤波，并接该电容应放置尽量靠近MCU ； 2、复位、启动选择 1)、Boot 引脚与JTAG 无关。其仅是用于MCU 启动后，判断执行代码的起始地址； 2)、在电路设计上可能Boot 引脚不会使用，但要求一定要外部连接电阻到地或电源，切不可悬空； 3、调试接口 4、ADC 1)、ADC 是有工作电压的，且与MCU 的工作电压不完全相同。MCU 工作电压可以到2.0V ～3.6V ，但ADC 模块工作的电压在2.4V ～3.6V 。设计电路时需要注意。 5、时钟 1)、STM32上电默认是使用内部高速RC 时钟(HSI)启动运行，如果做外部时钟(HSE)切换，外部时钟是不会运行的。因此，判断最小系统是否工作用示波器检查OSC 是否有时钟信号，是错误的方法； 2)、RTC 时钟要求使用的32.768振荡器的寄生电容是6pF ，这个电容区别于振荡器外部接的负载电容； 5、GPIO 1)、IO 推动LED 时，建议尽量考虑使用灌电流的方式。 2)、在Stop 等低功耗模式下，为了更省电，通常情况下建议GPIO 配置为带上拉的输出模式，输出电平由外部电路决定； 6、FSMC 1)、对应100pin 或144pin,FSMC 的功能与I2C 是存在冲突的，如果FSMC 时钟打开，I2C 1的硬件模式无法工作。这在STM32F10xxx 的勘误表中是有描述。 Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software https://www.doczj.com/doc/3210720256.html, For evaluation only.
基于STM32的多功能智能插座硬件设计 发表时间：2019-01-10T16:03:26.853Z 来源：《科技新时代》2018年11期作者：王逸俣竺伟勒曹栋飞 [导读] 本文结合当前市场智能家电的应用考虑和当下智能家居中智能插座的发展近况，设计了基于一种侵入式的智能插座工作状态的监测系统。 （衢州学院浙江衢州 324000） 摘要：本文结合当前市场智能家电的应用考虑和当下智能家居中智能插座的发展近况，设计了基于一种侵入式的智能插座工作状态的监测系统。针对市场上现有的智能或非智能的插座功能单一，没有保护功能和安全事故预防功能，不能对电器非正常状况进行监测与断电控制，无法满足用户对用电安全需求，以及其无线通信方式给家庭环境带来布线和信号辐射的问题，本文提出一种基于电力载波通信的多功能智能插座设计方案。 1.前言 该智能插座采用低功耗单片机STM32系列为控制核心、集成了电力线载波、电能计量、继电器等模块，具有电能计量、过流保护、电器状态监控、蜂鸣报警、摄像监看和充电保护等功能。采用电力载波通信技术，通过电力线传输数据，克服了无线传输信号衰减严重以及信号辐射的问题，同时不需要布设专用的传输线路，具有结构简单、通信距离较远、抗干扰能力强等特点。以多功能的智能插座作为系统监测设备，并将电器状态监测算法嵌入核心控制器中，无需将电器数据传输至终端进行处理，使电器状态监测系统结构更加简单，确保了系统的实时性，同时使家用电器可监测、可控制，满足了用户对多功能的需求，保证了用电安全，实现了传统家电的智能化和信息化，在智能家居中具有广阔的应用前景。 2.系统整体设计 基于载波通信的多功能智能插座系统结构图如图1所示，本设计以配备全速USB3.0接口，具有设备充电检测功能的STML32作为核心控制器，实现USB充电及保护功能，可连接免驱USB摄像头实现摄像监看功能；配合外部24位高精度电能计量芯片实现对电压、电流、频率、有用功、无用功等计量信息的检测并用于电能计量和电器状态监控；为确保安全，隔离强电，数据经由光电耦合传输至单片机；扩充EEPROM用于存储智能插座中需要存储的电器电量历史数据，用于实时电量统计，还可以用于电器状态监测算法的数据存储与计算；通信模块完成智能插座与外部设备的信息交互；开关驱动和继电器完成对用户电器供电和断电的控制；蜂鸣器用于异常情况的警报；可恢复过流保护器安置在插座电力入口处，保护插座；设计过流保护电路直接控制继电器，当电器出现非正常工作状态比如过流时，可及时断电，保护电器。 图1 智能插座硬件结构框图图2 智能插座系统接口图 MCU作为智能插座的核心控制器，通过来自终端的指令控制和协调各模块工作，如图2所示。通信模块作为智能插座与终端通信的核心，MCU接收来自终端的命令传输并进行执行；另外对处理后的数据包括电能计量数据、视频数据等都需要经过MCU转发再通过串口到通信模块进行远程传输。从存储空间上考虑，应要求MCU的SRAM至少存储2张或更多图片，即SRAM存储空间至少为72KB；从串口速率上考虑，图像数据通过MCU转发到通信模块，则要求MCU串口速率至少达到兆量级(按25倍压缩比计算为7M左右，改变压缩格式，增大压缩比，则可降低速率要求)才能满足实时传输的需求，如果摄像头像素高于30W，则对MCU和PLC串口速率要求更大。 4.结论 本设计预采用STM32系列处理器，需要配置4M字节Flash，并搭载了丰富的接口，有24个通用I/O端口供实际应用，使在IC内部进行TCP/IP等协议处理成为可能。本系统的实现对目前市场上的智能插座增加了安全控制功能。 参考文献： [1]肖宛昂．一种WiFi智能插座构成的智能家居[J].单片机与嵌入式系统应用，2014． [2]裴超.基于云计算的智能家居系统架构研究[J].软件导刊，2014． 作者简介：王逸俣，衢州学院2016级物联网工程专业学生；指导教师:陈佳泉。项目基金：国家大学生创新项目（201711488001）。
基于STM32的LED驱动电源设计 摘要 高亮LED是当今照明技术的重大进步。LED驱动电源的控制核心采用ARM系列微处理器STM32，实现LED驱动的智能控制。ARM系列微处理器的应用越来越广泛，其采用当前最先进的设计理念，使得性能大大提升。能使我们在微控制器、集成开发软件、编程语言等知识的学习和掌握水平，使我们在微控制器设计、软件编程等方面的应用能力得到全面训练和提高。 对于一般照明而言，人们更需要白色的的光源。作为一种新型的光源，LED具有无污染、长寿命、耐振动和抗冲击的鲜明特点。虽然白光LED的发光效率正在逐步提高，但是与LED灯配套的驱动器性能不佳，故障率高成了LED推广应用的瓶颈。因此众多厂家选用恒流方式驱动LED，从而设计的开关电源就需要一个能恒流的直流驱动电源。传统的开关电源控制集成电路具有效率高、输出稳定、可靠性高，并可实现远程控制等功能。完全适合用来驱动LED的开关电源。 本文主要通过设计一个恒流驱动电源来驱动LED。通过各种电力电子组件和电力电子电路组成一个恒流的电源，达到设计的要求。 关键词：LED，电源，驱动，STM32
STM32-based software design of the LED drive power Author : Dai Y uanwei Tutor : Zhang Yuxiang Abstract Bright LED lighting technology is today a major advancement. LED drive power control core with ARM family of microprocessor STM32, realization of LED-driven intelligent control.ARM family of microprocessor used more widely, which uses the most advanced design concepts, making the performance greatly enhanced.Allow us to micro-controllers, integrated development software, programming languages, such as knowledge, learning and mastery level, so that we in micro-controller design, software programming and other aspects of competency have been fully trained and improved. For general lighting purposes, people need white light.As a new type of light source, LED has no pollution, long life, resistance to vibration and shock of the distinct characteristics.Although the luminous efficiency white LED is gradually improving, but with LED lights matching drive poor performance, promote the use of LED failure rate has become the bottleneck.So many manufacturers use constant current mode to drive LED, and thus the design of switching power supply will need a constant current of the DC drive power.The conventional switching power supply control IC with high efficiency, output stability, high reliability, and offer features such as remote control.Entirely suitable for driving LED's switching power supply. In this paper, through the design of a constant current drive power to drive the LED.Through a variety of power electronic components and power electronic circuits to form a constant current power supply, to meet the design requirements. Key words: LED, Power , Drive, STM32
基于STM32的锂电池充放电系统的设计——硬件部分 专业：电子科学与技术学号：111100630 姓名：许金科 指导老师：曾益彬 摘要 锂电池的使用越来越广泛，为了能够充分发挥锂电池的性能，提高电池使用效率并延长电池寿命，需要设计一个锂电池充放电管理系统，该系统是以STM32为控制核心，通过使用RT9545来实现对电池保护。通过使用电源管理芯片BQ24230实现对锂电池充放电路径管理，通过使用电池电量检测芯片BQ27410来实现对电池剩余电池容量SOC、充电状态、电池电压、电池充放电电流、电池温度等参数的检测。通过使用DC-DC升压芯片LMR62421能够输出稳定的电压，实现对整个系统的供电，最后通过STM32实现对电池状态信息的读取与显示。 关键词：电池管理系统，SOC，充电方式 Lithium Battery Charging and Discharging System Design Based on STM32———Hardware Abstract More widespread use of lithium batteries, in order to give full play to the performance of lithium batteries, to improve battery efficiency and extend battery life, it need to design a lithium battery charge and discharge management system, which is based STM32 control core, through the use of RT9545 to realization of battery protection. By using the power management chip BQ24230 lithium battery charge and discharge path to achieve the management, through the use of battery detection chip BQ27410 to achieve the battery remaining battery capacity SOC, detection current, temperature and other parameters of the battery state of charge, battery voltage, battery charge and discharge. By using the DC-DC boost chip output stable voltage LMR62421 able to achieve power to the entire system, and finally through STM32 achieve read and display the battery status information. Key words：Battery Management System，SOC，Charge Mode
STM32F10x 硬件系统设计 1.1 供电 STM32F10x单片机的供电电压为2.0-3.6V，芯片内部集成了1.8V的稳压器为数字内核供电。当主电源Vdd关闭时，可以通过后备电池(Vbat)为实时时钟（RTC）和备份寄存器供电。 图？供电电源 l为提高ADC的转换精度，ADC单元可以单独由Vdda/Vssa来供电。独立的Vdda引脚可以单独滤波和屏蔽以不受PCB噪音干扰；Vssa引脚可以提供一个隔离的接地输入；如果芯片有单独的Vref-，它必须连接到Vssa，Vref+可以连接到Vdda，或者连接一个独立的精密外部参考电压以获得更好的精度，Vref+必须在2.4V和Vdda之间。 l为了在Vdd关闭时仍能保持备份寄存器的内容，Vbat引脚可以连接到一个由电池或者其它电源提供的备用电压，Vbat引脚同时也为RTC单元供电，使得RTC在主电源Vdd关闭时仍能正常运行；Vbat的开关由复位模块内的掉电复位（PDR）电路控制；在不采用备用电源的时候将Vbat连接到Vdd。 l如果使用了ADC，Vdd的供电范围为2.4-3.6V；如果没有使用ADC，Vdd 的供电电压可以是2.0-3.6V；通常情况先，Vdd采用3.3V的标准电压供电；l Vdd和Vss间必须采用陶瓷电容进行滤波；Vdda和Vssa之间必须采用10nF 和1uF以上的陶瓷电容进行滤波；单片机系统的供电方案和滤波电容PCB
布局参考设计如图？所示。 图？供电电源参考方案 图？电源滤波电容的PCB典型布局 l可编程电压监测器（PVD），用户可以通过寄存器编程，设置一个PVD监控阈值来监视Vdd，当Vdd低于阈值或者高于阈值时，产生一个事件和中断；这一特性在实际中可用作执行紧急关闭的任务。 l电源噪声的产生原理，数字电路在工作时，内部的晶体管工作在1和0的开关状态，当信号切换时，会有脉冲电流流经电源Vdd和地Vss；这类电流跳动非常剧烈，会导致Vdd和Vss间的电压变化，造成公用统一电源的外围电路运行不稳定；而且还会向外辐射能量，产生噪声干扰；因此有必要采用去耦合滤波电容来抑制噪声的产生，并且使电压波动不影响外围电路。 l获取电源的方法 220V交流电- AC-DC开关电源，线性电源；AC-DC+LDO的供电； 电池供电- DC-DC 太阳能/风能/机械发电- 功率跟踪，DC-DC电压变换，电源管理 其它能量采集手段- 温度/振动/..... 1.2复位 STM32集成了一个上电复位（POR）和掉电复位（PDR）电路，当Vdd达到2.0V
AN2834 应用笔记 如何在STM32F10xxx上 得到最佳的ADC精度 前言 STM32F10xxx微控制器产品系列，内置最多3个先进的12位模拟/数字转换模块(ADC)，转换时 间最快为1μs，这个ADC模块还具有自校验功能，能够在环境条件变化时提高转换精度。 在需要模拟/数字转换的应用中，ADC的精度影响到整个系统的质量和效率。为了能够达到应有 的精度，用户需要了解ADC误差是如何产生的和影响它的参数。 转换精度不是仅仅依赖于ADC模块的性能和功能，它与该模块周边应用环境的设计密切相关。 本文旨在帮助用户了解ADC误差的产生，以及如何提高ADC的精度，包含以下2个部分： ● 介绍了与ADC设计相关的，诸如外部硬件设计参数，和不同类型的ADC误差来源。 ● 提出一些设计上的建议，和如何在硬件方面减小误差的方法。 译注： 本译文的英文版下载地址为： https://www.doczj.com/doc/3210720256.html,/stonline/products/literature/an/15067.pdf
目录如何在STM32F10xxx上得到最佳的ADC精度目录 1ADC误差的种类3 1.1ADC模块自身相关的误差3 1.1.1偏移误差3 1.1.2增益误差4 1.1.3微分线性误差5 1.1.4积分线性误差6 1.1.5总未调整误差6 1.2与环境相关的ADC误差7 1.2.1电源噪声7 1.2.2电源稳压7 1.2.3模拟输入信号的噪声7 1.2.4ADC的动态范围与最大输入信号幅度严重不匹配7 1.2.5模拟信号源阻抗的影响8 1.2.6信号源的容抗与PCB分布电容的影响8 1.2.7注入电流的影响9 1.2.8温度的影响9 1.2.9I/O引脚间的串扰9 1.2.10EMI导致的噪声 10 2如何得到最佳的ADC精度 11 2.1减小与ADC模块相关的ADC误差的建议 11 2.2如何减小与外部环境相关的ADC误差 11 2.2.1减小电源噪声 11 2.2.2电源稳压的建议 12 2.2.3消除模拟输入信号的噪声 12 2.2.4将最大的信号幅度与ADC动态范围匹配 13 2.2.5模拟信号源的阻抗计算 14 2.2.6信号源频率条件与源电容和分布电容的关系 14 2.2.7温度效应补偿 15 2.2.8注入电流最小化 15 2.2.9减小I/O脚串扰 15 2.2.10降低EMI导致的噪声 16 2.2.11PCB的设计建议 16 2.2.12元器件的摆放与布线 18 3结论19
分享一点STM32硬件设计的经验 作者：孟瑞生（QQ/微信：253057617电子设计经验分享第一人） 声明：由于下述内容不起眼但很重要，所以别的人肯定是不会写出来告诉你的啦。 很多经验都是从错误中总结出来的，所以没有实践，哪会犯错，没有犯错，哪来经验。 我曾经设计了一个基于STM32的工控板，引出了JTAG调试接口，当我把板子上的电源部分和STM32最小系统部分先焊好以后，先试一下JLINK V8能否顺利下载程序，结果插上JLINK V8以后，JLINK的灯变成了红色。正常的时候是绿色。所以我知道这里肯定有问题了。 JLINK灯变红，据我以前的经验，一般就是复位引脚有问题。所以我用万用表量了一下复位引脚的电压，结果是0V。 我们看复位电路，正常情况下，复位以后，复位引脚应该是高电平（3.3V）才对。 我首先怀疑电容C11是不是焊的短路了，因为贴片电阻相对直插电阻来说还是很小的，以前也有直接焊短路的时候。拿万用表量了一下，结果没有短路。
然后怀疑复位引脚是不是在焊接过程中，直接连了地了？用万用表量了一下，没有接地。这个错误又排除了。 不是以上两个焊接电路引起的问题，我就开始想，这个电路和以前设计的STM32电路有什么区别，这个电路和以前的STM32电路的区别就是，这个 电路的VDDA引脚和VREF+引脚没有直接和VDD3.3V相连，而是连接了一个参考电压芯片。用的参考电压芯片是LM4040A30芯片，这是一个3.0V 的参考电压，连接电路如下：
用万用表量了一下，结果那个3.0V的地方是1.76V，远远低于3.0V，所以我再一次打开了LM4040A30芯片的datasheet，找到了如下一段话。 这段话的意思就是要选择合适的电阻Rs，不要让Iz大于15mA，否则就会烧坏它。也就是穿过LM4040的电流不能大于15mA，我算了一下我现在用5.1K电阻的话，穿过LM4040的电流应该是连1个mA都不到，所以我怀疑是不是这个限流电阻用的太大了，使得电压基准芯片工作不正常了。
本节将向大家介绍ALIENTEK MiniSTM32开发板的各部分硬件，让大家对该开发板的各部分硬件原理有个理解。 1.2.1 MCU ALIENTEK MiniSTM32选择的是STM32F103RBT6作为MCU，STM32F103的型号众多，我 们选择这款的原因是看重其性价比，作为一款低端开发板，选择STM32F103RBT6是最佳的 选择。128K FLASH、20K SRAM、2个SPI、3个串口、1个USB、1个CAN、2个12位的ADC、RTC、51个可用IO脚…，这样的配置无论放到哪里都是很不错的了，更重要的是其价格，18元左右的零售价，足以秒杀很多其他芯片了，所以我们选择了它作为我们的主芯片。MCU部分原理图如下： 图1.2.1.1 MCU部分原理图 上图中中上部的BOOT1用于设置STM32的启动方式，其对应启动模式如下表所示：
表1.2.1.1 BOOT0、BOOT1启动模式表 我们用串口下载代码，则配置BOOT0为1，BOOT1为0即可，如果想让STM32一按复位键就开始跑代码，则需要配置BOOT0为0，BOOT1随便设置都可以。 P3和P1分别用于PORTA和PORTB的IO口引出，其中P2还有部分用于PORTC口的引出。PORTA和PORTB都是按顺序排列的，这样设计的目的是为了让大家更方便地与外部设 备连接。 P2连接了DS18B20的数据口以及红外传感器的数据线，它们分别对应着PA0和PA1， 只需要通过跳线帽将P2和P3连接起来就可以使用了。这里不直接连在一起的原因有二：1，防止红外传感器和DS18B20对这两个IO口作为其他功能使用的时候的影响；2，DS18B20 和红外传感器还可以用来给其他板子提供输入，等于我们的板子为别的板子提供了红外接 口和温度传感器，在调试的时候，还是蛮有用的。 P4口连接了PL2303的串口输出，对应着STM32的串口1（PA9/PA10），在使用的时候，也是通过跳线帽将这两处连接起来。这样设计有2个好处：1，使得PA9和PA10用作其他 用途使用的时候，不受到PL2303的影响。2，USB转串口可以用作他用，并不仅限这个板 上的STM32使用，也可以连接到其他板子上，这样ALIENEK MiniSTM32就相当于一个USB 串口。 P5口是另外一个IO引出排阵，将PORTC和PORTD等的剩余IO口从这里引出。 在此部分原理图中，我们还可以看到STM32F103RBT6的各个IO口与外设的连接关系，这些将在后面给大家介绍。 这里STM32的VBAT采用CR1220纽扣电池和VCC3.3混合供电的方式，在有外部电源（VCC3.3）的时候，CR1220不给VBAT供电，而在外部电源断开的时候，则由CR1220给VBAT供电。这样，VBAT总是有电的，以保证RTC的走时以及后备寄存器的内容不丢失。 该部分还有JTAG，JTAG部分电路如下图：
宜宾职业技术学院 毕业设计 简易自动电阻测试仪的硬件设计 系部电子信息工程系 专业名称电子信息工程技术 班级电子1091班 姓名古亮亮 学号 200910305 指导教师廖建文 2012 年 02 月 10 日
简易自动电阻测试仪的硬件设计 摘要 本设计由电源模块，STM32F103ZET6单片机小系统模块，OPA548构成的5V 恒压模块，继电器构成的换挡测电阻模块，步进电机模块，3.2寸TFT（Thin Film Transistor 薄膜场效应晶体管)真彩触摸屏显示模块组成。该设计是通过单片机控制一个内部集成的12位DA给OPA548运放芯片输入电压，从而控制运放芯片的输出电压，再送给继电器构成的换挡测电阻模块，最后通过测试电阻上产生的电压来判断所测电阻值。其中STM32单片机小系统还控制内部集成的两个12位AD，一个采集当OPA548输出的值，构成一个闭环系统使OPA548输出恒压5V，一个采集待测电阻值，从而控制继电器换挡测出待测电阻值。 关键词：STM32F103ZET6 12位AD/DA 继电器 3.2寸TFT真彩触摸屏
Easy Auto resistance tester hardware design Abstract The design of the power supply module, STM32F103ZET6 small single-chip system module, OPA548 constitute 5v constant pressure module, relay module consisting of the shift resistor, stepper motor module, 3.2-inch TFT (Thin Film Transistor film field-effect transistor) color touch screen display module. The design is controlled by an internal integrated single-chip 12-bit DA chip to OPA548 op-amp input voltage, thereby controlling the output voltage op-amp chip, and then sent to the relay module consisting of the shift resistor, and finally by testing the voltage on the resistor to determine the measured resistance value. STM32 microcontroller which controls a small system also integrates the two 12-bit AD, a collection when the OPA548 output value to form a closed loop system so that OPA548 output constant 5v, a collection test resistance value, thereby controlling the relay shift measured measured resistance values. Keywords: STM32F103ZET6; 12-bit AD / DA; relay; 3.2-inch; TFT color touch; screen
综合设计任务书 学生班级：学生姓名：学号： 设计名称：电子琴的设计与实现 起止日期：—指导教师：
电子琴的设计与实现 摘要:本次设计是xx专业专业方向设计，利用单片机设计简易电子琴。其主要功能为：按下不同按键，发出不同1、2、3、4、5、6、7七个音符并且用LED或LCD显示当前按键。选用stm32f103C8T6，它有8个定时器，部分定时器有多达4个用于输入捕获/输出比较/PWM或脉冲计数的通道和增量编码器输入。利用芯片内部相关定时器来输 解决工程实践问题的技能和方法，将所学知识综合应用于工程实践中，为后续的毕业设计做好准备。 二、控制要求 利用单片机设计简易电子琴。 功能要求： (1)按下不同按键，发出不同1、2、3、4、5、6、7七个音符；
(2)用LED或LCD显示当前按键。 总体要求：给出电路原理图、电路调试结果、程序源代码；提交设计报告。 三、设计方案论证 3.1设计方案： 方案一：采用MCS-51系列单片机来实现设计要求的功能。MCS-51系列单片机中的基本型产品是8051,8031和8751，这三个产品只是片内程序存储器制造工艺不同。 为控制芯片。 四、系统设计 4.1硬件结构设计 如图4-1所示，硬件系统主要由数码管显示电路、蜂鸣器驱动电路、按键电路、晶振、复位、电源指示、转压电路、控制芯片等组成。
图4-1硬件系统图 4.1.1核心控制器硬件电路 核心控制芯片的各个输出引脚如图4-2所示： 图4-2STM32f103C8T6引脚图 核心控制器是由核心控制芯片以及相关的外围电路组成，包括了专业电路、外部晶振、滤波电路、按键复位电路、电源指示电路等，如图4-3所示。 图4-3核心控制器外围电路 时器配置。主函数中进行显示参数以及PWM输出频率的改变，具体流程图如图4-7 所示。 图4-7软件流程图 4.2.2数码管显示相关段选计算: 在此次设计中选用的是共阴极的数码管，段选为高电平有效，位选为低电平有效。选 用STM32f103C8T6的PB0、1、2、.10、11、12、13、14作为段选位，分别对应数码