基于ARM7的温度控制器的设计

1、基于ARM7勺温度控制器的设计学院：电气学院 班级：11自 姓名：杜康学号：11020505指导老师：王崴目录、简介1. 单片机的发展历程2. stm32系列单片机3. DS18B20温度传感器、总体方案设计1. 主要功能2. 设计要求二、最小系统的设计1. 唤醒电路2. 晶振延时电路及复位电路四、系统硬件分析与设计1. 系统框图102. 各模块电路图113. 元器件基于ARM7的温度控制器的设计39(1)Stm32F103RBT6 32 位单片机11(2)TFTLCD 液晶12(3)其他元器件13五、系统软件程序设计131.按键控制子流程图142.TFTLCD显示子流程图153.主流程图16

2、六、仿真与调试171.软件调试172.下载代码，软硬件联调18匕、个人总结20八、参考文献21九、附录221.系统电路原理图222.程序清单23、简介1.单片机的发展历程典型的微型计算机包括运算器、控制器、存储器、I/O接口四个基本 组成部分。如果在一块芯片上，集成了一台微型计算机的四个基本组成部分，这种芯片就被称为单片微型计算机（Sin gleChipMicrocomputer），简称单片机。单片机具有体积小、功能强、应用面广等优点，目前正以前所未见的速度取代着传统电子线路构成的经典 系统，蚕食着传统数字电路与模拟电路固有的领地。它的体积小、质 量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条

3、件。世界上各大 芯片制造公司都推出了自己的单片机，从 8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们 各具特色，互成互补。纵观单片机的发展过程，可以看出单片机的发 展普遍呈现微型单片化、低功耗CMO化、主流与多品种共存的趋势。九十年代以后，单片机在结构上采用双 CPL或内部流水线，CPU位数有8位、16位、32位，时钟频率高达20MHZ片内带有PWM输出、 监视定时器WDT可编程计数器阵列PCA DMA传输、调制解调器等。芯片向高度集成化、低功耗方向的发展，使得单片机在大量数据的实 时处理、高级通信系统、数字信号处理、复杂工业过程控制、高级机 器人以及

4、局域网等方面得到大量应用。2.stm32系列单片机传统的单片机（如51）使用的是复杂指令集（CISC），且不具备指令 流水线；ARM使用的是精简指令集（RISC），而且使用了三级流水线。这使得ARM勺制造成本和运行效率相对 51有着明显的优势。传统的单片机一般都是8位机。随着信息量的增加，我们会越来越多的需要 处理超过8位以上的数据。以32bit数据的加减法为例，51需要多 次处理，而在ARM中只需要1个指令即可。基于ARM内核的芯片种类 越来越多，器外围接口( UART/S PI川C/USB/CAN/BUS/LCDC)，内部一般都加入了 DMA进一步提升了性能。给用户提供了很大的选择空间。典

5、型的如stm32系列单片机。stm32系列32ARM单片机重塑了微控制 器市场，克服了应用32位系统的所有障碍，是第一个由半导体厂商 提供的基于ARM COTEX MS为控制器系列。Stm32系列单片机为微控制器的用户带来了全新的自由度。 它拥有先进的性能，出色的功耗 效率，一流的外设，最大化的集成度，最佳的代码紧凑性，大范围的 存储容量选择，最佳的工具与软件平台。3. DS18B20温度传感器DS18B20是由DALLAS半导体公司推出的一种的“一线总线”接口的温度传感器。与传 统的热敏电阻等测温元件相比，它是一种新型的体积小、适用电压宽、与微处理器接口简单的数字化温度传感器。一线总线结构具

6、有简洁且经济的特点， 可使用户轻松地组建传感器网络， 从而为测量系统的构建引入全新概念,测量温度范围为-55+125C，精度为士 0. 5C。现场温 度直接以“一线总线”的数 字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。它能直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。它工作在3 5. 5 V的电压范围，采用多种封装形式，从而使存储在系统设计灵活、方便，设定分辨率及用户设定的报警温度EEPROM中，掉电后依然保存。其内部结构见下图:M位 2和单线接口图1.1 DS18B20内部结构图ROM中的64位序列号是出厂前被光 记好的，它可以看作是 该DS18B20的地址序列

7、码，每DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM的排列是：前8位是产品家族码，接着48位是DS18B20的 序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5 +X4 + 1）。ROM作 用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可实现一 根总线上挂接多个。所有的单总线器件要求采用严格的信号时序, 保证数据的完整性。DS18B20共有6种信 号类型：复位脉冲、应答 脉冲、写0、写1、读0和读1。所有这些信号，除了应答脉冲以 外，都由主机发出同步信号。并且发送所有的命令和数据都是字节 的低位在前。DS18B20的典型 温度读取过程为：复位，发 SKIP ROM命令（0XC

8、C,发开始转换命令（0X44）,延时，复位，发送SKIP ,ROM命令（0XCC，发读存储器命令（0XBE，连续读出两个字节数据 （即温度）-> 结束。、总体方案设计1.主要功能功能实现开机后能够检测到当前环境温度并实时送到LCD液晶屏上显示出来，按升温按键，电机正转；按降温按键，电机反转。LED指示灯不断闪烁，表明单片机正在执行当前程序。2.设计要求开机的时候先检测是否有 DS18B20存在，如果没有，则提示错误。当检测到DS18B20之后才开始读取当前环境温度并显示在 LCD 上,如 果发现了 DS18B20,则程序每隔200ms左右读取一次数据，并把温度显示在LCD上。按下相应按键

9、，可以控制电机正转或反转。二、最小系统的设计1.唤醒电路T_Wk UPWK LP图1.2唤醒电路的设计按下WK_U按键，即可实现唤醒控制器开始工作。2.晶振延时电路及复位电路VIIN414SFL I J 232.76Kktk,2?prj45飞R1£R 直 T?PW $HEIX7 _lOufPC2 10PC3 11WKUPPAO 14PCl.VANT PtIlDSC K15OSC PDoostn P DIOSCCNRSTPCO ADCl K'l, AFX'I PCi'ADVlVSSA DYJIh rh ilb.'EZ fe I图1.3晶振延时电路CC1

10、*HOifUIflkRRS卜KEY M ClirU -ill ,'口1'll卜1VXC.lIN4N«图1.4复位电路Y1选择Y1、Y2、C3 C4 C5 C6 R4等共同构成了外部振荡电路,32.768KHZ, Y2选择 8MHz, C3 C4 C5 C6均取 22pF。复位信号从单片机的NRST引脚输入，按下复位键，即可使单片机复位。复位操作有上电复位和手动复位两种，本次采用手动复位电路。四、系统硬件分析与设计1. 系统框图图1.5系统总体框图2.各模块电路图1）温度检测模块VCC1JcinK2IA珞I;Cl 9-h104tjNDDU图1.6基于DS18B20勺温度

11、检测模块电路2）按键控制模块KF YDKLVJKFVICiNIDV33 TWK LTWK UP图1.7按键控制模块电路3)液晶显示模块LCD CE IITDjVR 1QiCD ni LgUj aLCD_D；江lTVCD D9 l<4.7 KtjHDMr? PH诃1-CLI UI5?rLCD BL22rFI OKT?gTTsLCD CSKSWKCLKRDRSTDHIDinDIBDIMDH5DU6DU?DBS,oDHLDLtPDBl TOBJ 4DBIJDU 16DBI7frr)ULVDUj.2VDOtJonGND BLVDDMESOMQSr1 PtNMOt'csC.K2 4/2,S

12、'LCDin LC D2 i.CD ftS4 LCD_RP it J.CO DO3LCD P?10 LCD LH14 I.CD-QW,16 LCD PinIS LCU1>I J 2(11 iX'D DIM34 V(X3 ；cn2 V(1'C5T mosT 盟 丽T NKDLLDLED VCC-pJCJI I CMGND图1.8 TFTLCD液晶显示模块电路4) LED指示灯图1.9 LED指示灯模块电路vcc5）电机控制电路I St IIInI IIIII ' RiotoiPrTI':图2.0电机控制H桥电路3. 元器件1) Stm32F103RB

13、T6 32 位单片机本次使用的单片机采用LQF P-64封装，其芯片内部集成了USB外设，大大减轻了 USB电路设计的负担，只需设计USB接口电路，就可以实现基于 STM32电路板的USB通信设计，是一款集 32位MCU USB CAN 7个16位定时器、两个ADC和9个通信接口的芯片。它具有低功耗、直接存储器存取、多达801/0快速端口等很多性能方面的优势。cadOHOOm皐6瞪n sLVd n 05n- n Ed 0 e5d m g nnnnnn n0 n rtssAI: rt.QS nVBATPC13-ANT1_TAM,PPCli*OSC32JNi PC15-OSC32_OUTPDO O

14、丸忖PD1 osc_c5ut firstPCDPCIPC2PC3 VSSA VODA PAO-WKUPPAIPA2/ &i 63 2 fi1 fiG 5fi' 50 57 56 55 54 53i 52 51 50 4&>1 4a2 町3 464 455 M6 437 竝B41gLQFP6440Id3S11 3fl12 餌13 3614 3515 3416 33X17 19 1S 20 21 2； 23 24 25 2fi z7 2059 3C 31 32 >LQFP'642 2 -3210 5432DS11*l1989fl761111 TO佃阴削削

15、”険耿兀ra氏兀起西羊西 333333333333333n3 2 10-IQ5>-Sa osd ?：9d £d tjmd 8n- 3n- 卜筐 9签 嗟 寸OGA 寸虽图 2.1 STM32F103RBT6 32位 ARM引脚排列图2) TFTLCD液晶本次使用的是TFTLCD其引脚排列为：1号引脚为片选信号输入，2、3、4号分别为RS WR和RD 5号引脚为复位端，时钟信号为34号引脚，621为DB1DB17等。采用DB LCD封装。LCD CSRSWR.CUKRDftSTr)KDR：r)B3DB4DH5DR6RB7PBSOBWDHllr)RII2DR】3DBMDR15DB1

16、6DB17GNDBl.vpm3vnn3.3GNB RL VDDMISOMQSIT TMMOT CSC't.KLCD?TFT IX'D-3 -5 7 9 -1 -3 -5 7 9 - J 亍 d -1 厂2T121416卫12P16卫74图2.2 LCD引脚排列图3）其他元器件OSO led IC19归164KkYDOLLDLVCC*VCCJJCM104五、系统软件程序设计1.按键控制子流程图2.TFTLCD显示子流程图3.主程序流程图六、仿真与调试1.软件调试打开 keil for ARM,进入软件操作界面。新建new P roject ，选择单片机型号为stm32F103RB

17、T6 生成 target1 sourcegroupi,新建 file,写入C语言代码，添加到source groupi ,选择好各种配置文件，勾选“create hex file“，选择project rebuild all targets进行编译程序，若有错误则 纠错到” 0 error(s) ，0 warning ( s)“为止。Build OutpijtFrograir Size: Code=17266 R0-ddta=3030 RW-data=36 ZI-data=620froirELF; creating hex file,.,"ATEST, axf"三 0 Er

18、ror (s)0 Warning fa.图2.3本次程序编译结果2. 下载代码，软硬件联调 安装USB串口驱动CH34Q安装完成后再安装 STM ISP下载 器MCUISP安装成功后，打开 MCUISP软件，点击搜索串口，即可找到已经安装好的USB-SERIAL CH340串口。点击读器 件信息，若前面操作均无错误，那么会看到软件提示“命令 执行完毕，一切正常”，如下图所示情况。RTS>15 i+3-+12V) F 选择进入BootLoader.延时100竜秒DTR电平变有(+3-+L2V)窖触篡位RT吁维持高开始连接乙接收到：了9在OCOHS接成功I230400bp3,軽时265毫秒芯

19、片内BDChtLcjacJ亡r脈本号：2.2芯片FID： 00000414芯 片FLASH容呈为25石血芯片SKAH容臺为6S535KB(此営皂仗供籬考新版龙. 芯片三不包含此唁息)9石位的芯片唯一申列号； 37rFD60542573e3S3SS02543 读出的选:?e拿节；A55.AFFO'OFrOOFFOOFFOOFFOOrFOOFFOO-WWW,mCUL3p, CG'ITl向您报告金令执行完峯.一切正：图2.3器件信息读取正常然后将在 MDK里已经生成的 HEX文件装载到 MCUISP中，女口F图所示。联机下载时的程序交件：Ipesktop®于ARM亦温度控制

20、器的设i+幣序代码USEftTEST.hex £图2.4载入HEX文件点击“开始编程”，并把“编程后执行”勾选中。编程完毕如下图所示。全片擦寒或功集359垂秒=邃蛰好共写入迸箕100鮎轻时7239竜秒成功KOfi'iOO'inooo幵始运行WWWmcui3pccm向您授吿*矗令执行免军.一切主图2.5编程完成程序运行结果如下图所示:design by dk DS18B20 TEST from CIT 2014/10/8 DS1SB20 Readyt Temperate: 2S. 5C七、个人总结通过本次温控器的设计，我体会到“书到用时方恨少”的道理，从书 本上学到的知

21、识对于我们实践来说， 是远远不够的。查阅资料和阅读 相关文献是非常重要的。我们必须学会怎样查找资源，利用资源，整 合资源，从资源中获得我们需要的东西。我们还要更全面地了解单片 机的功能，如何应用单片机，各系列单片机的优缺点，适应范围。遇 到不会的内容要虚心向别人请教， 但同时不能过分依赖别人，本次课 程设计我单人完成的，所以更能锻炼我个人解决问题的能力。 对待任 何事情都要有耐心，遇到问题要冷静地思考，不要程序有错误或者硬_lH_止 駆 步步用牛件调试不成功就急躁，慌乱，仔细地分析问题出在哪里, 决问题，直至调试成功。我更深刻的认识到了实践在大学课程中的重 要性，书本是实践的基础，学好书本知识

22、，才能更好地应用于实践, 而实践反过来又能巩固和检验我们到底学的扎不扎实, 同时我也发觉到了自己在学习方面存在的许多不足之处， 在以后的学 习中我会努力改进这些不足，不断提高自己的动手实践能力。八、参考文献周立功,ARM嵌入式系统基础教程M.北京航空航天大学出版社，2008.09 周立功,ARM嵌入式系统实验教程M.北京航空航天大学出版社,2005.10 刘军、张洋，例说STM32第二版M.北京航空航天大学出版社,2014.06 张齐,单片机原理与应用系统设计M.电子工业出版社,2009.01 钱显毅、钱爱玲，传感器原理与应用M.中国水利水电出版社,2013.02 徐爱均、徐阳，智能化测量控制

23、仪表原理与设计M.北京航空航天大学出版社,2012.03九、附录1）系统电路原理图L*如 ILd*ii_IrRcryriE . < AMF.|c iJC%:!?Fto=FI IlZ Llhj：n tI 1 IMvR*1¥E IE！：卜'IT h 1' ； 1 “4 iW.-1 . !-1 jl *BITT.：；11l? fl；M 1)i 1|T> 1 >*i；宀h InTh"iSf hpi TImii ciiJ NH7|h|i rill EC eta nroTi at<-3ikHC-K piT-m C-i I 1|LPH njgi a

24、uvd hPTKitvP hhLJTTjiTfctfrraFTWinttK rucamn"Ar tAKUh Nk I jiJ± iJh I "J" 11、海IVERh pviwuPAnuiiM： <.w I ns r-.i.-uxiiHi-ic h*?ci itAhT； no hsEi'ix-winrMrcm wiTDnum ZiJjid T<|Z1 V- 'it.rLhUTlIM R PM3 些讥.“riJ!Y >1*1 ijS-* 'll I H I pj I #Ji-1.1.1 L1lih| 人片I hUT

25、jm. w<j.-in.-n ciiTid-n ncirvi. m KJ 曲14 d j4，”亠“KE心"ET UP rMi Rjx Tr*J*i r a rkiMHfK.iuc-：电:i n nPH.oun roAii HxW4Vy於idr.reLLUlZ gkn*! . _ -KhYP7-y . pHi -mtii m rri: IM IIK H Mwim P3.：*fTlh： WVTMlr.-L-FDf-JTAnDr-Hftj Illi 14 11K n浮祈WKJlIHl <HIH niiJram irzTihii htch FHILVI? MK llUi i H.

26、H SASiAJ 3LMI HCJUCFSti4-ir: LI II*' 11 'iniUE；:UH'JL -1I'I， FH.丄,h HLnHnH -口？IMK : F. =1诙恤袖4 ,旅谁TTi Itf El I!、I仙Minn1 HI J»& n!11 Tni；Li-l?S JJ imn: a idiKI” 'If j.-d !r iFiIhl II I7pg 15L! 3 AI I 、p. h -hfiii碍噩曙S爲娥*ir5IFrh 严 -hmIH11<|A/nun*ini III2）程序清单主程序:#in elude

27、 "led.h"#in elude "delay.h"#in elude "sys.h"#in elude "usart.h"#in elude "led.h"#in elude "ds18b20.h"#in elude "key.h" int main( void)u8 t=0;short temp erature; short wen du; short xia nshi;/延时函数初始化串口初始化为 9600初始化与LED连接的硬件接口delay_

28、in it(); uart_ in it(9600); LED_I nit();LCD_I nit();KEYnit();POINT_COLOR=RED;/设置字体为红色LCD_ShowStri ng(60,50,200,16,16,"desig nby dk");LCD_ShowStri ng(60,70,200,16,16,"DS18B20 TEST");LCD_ShowStri ng(60,90,200,16,16,"from CIT");LCD_ShowStri ng(60,110,200,16,16,"2014/1

29、0/10"); while(DS18B20_Init()/DS18B20 初始化LCD_ShowStri ng(60,130,200,16,16,"DS18B20 Error"); delay_ms(200);LCD_Fill(60,130,239,130+16,WHITE); delay_ms(200);LCD_ShowStri ng(60,130,200,16,16,"DS18B20 OK");P OINT_COLOR=BLUE;/设置字体为蓝色LCD_ShowStri ng(60,150,200,16,16,"Tem p:. C

30、");while(1)if(t%100=0)/ 每 1S 读取一次tem perature=DS18B20_Get_Tem p();wen du=te mp erature;if(we ndu<0)显示负号转为正数去掉负号LCD_ShowChar(60+40,150,'-',16,0);wen du=-we ndu;else LCD_ShowChar(60+40,150,' ',16,0);if(KEY0=0) we ndu=we ndu+5;xia nshi=we ndu;if(KEY1=0) we ndu=we ndu-5;xia nshi=

31、we ndu;LCD_ShowNum(60+40+8,150,xia nshi/10,2,16);/ 显示正数部分LCD_ShowNum(60+40+32,150,xia nshi%10,1,16);显示小数部分delay_ms(10);t+;if(t=200)t=0;LED0=!LED0;按键扫描子程序:#i nclude "key.h"#in elude "delay.h"/按键初始化函数特别注意：在该函数之后，JTAG将无法使用(SWD也无法使用)如果想JTAG仿真，可以屏蔽该函数。/PA0.13.15设置成输入void KEY_I nit(voi

32、d)RCC->APB2ENR|=1<<2;/使能 PORTA 时钟RCC->A PB2ENR|=1<<4;GP IO_ Pin Rema pCo nfig(G PIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE);GPIO A->CRL&=0XFFFFFFF0;/ PA0 设置成输入GPI OA->CRL|=0X00000008;GPIO A->CR H&=0X0FFFFFFF;/15 设置成输入GPI OA->CRH|=0X80000000;GPI OA->ODR|=1<<15;GP

33、I OC->CRL&=0XFF0FFFFF;GPIO C->CRL|=0X00800000;/按键处理函数/返回按键值/0，/1，/2，3,GPIOC->ODR|=1<<5;/PA15 上拉，PA0 默认下拉，PC5 上拉没有任何按键按下KEY0按下KEY1按下KEY2 按下 WK_UP注意此函数有响应优先级 ，KEY0>KEY1>KEY2! u8 KEY_Sca n(u8 mode)static u8 key_u p=1;/按键按松开标志 if(mode) key_ up=1;if(key_u p&&(KEY0=0|KEY1=

34、0|WK_ UP=1) delay_ms(10);/ 去抖动key_up=0;if(KEY0=0) return KEY0_ PRES;else if(KEY1=0) retur n KEY1 _P RES;else if(WK_UP=1) retur n WKUP_P RES;else if(KEY0=1 &&KEY1=1 &&WK_UP=O)key_u p=1;return 0;/无按键按下LCD显示子程序:void LCD_ShowxNum(u16 x,u16 y,u32 num,u8 len ,u8 size,u8 mode)u8 t,te mp;u8

35、en show=0;for(t=0;t<le n;t+)temp=(nu m/LCD_Pow(10,le n-t-1)%10;if(e nshow=0&&t<(le n-1)if(te mp=0)if(mode&0 X80)LCD_ShowChar(x+(size/2)*t,y,'0',size,mode&0 X01);else LCD_ShowChar(x+(size/2)*t,y,' ',size,mode&0X01);con ti nue;else en show=1;LCD_ShowChar(x+(si

36、ze/2)*t,y,te mp+'0',size,mode&0 X01);/显示字符串/x,y:起点坐标/width,height:区域大小/size:字体大小*p：字符串起始地址void LCD_ShowStri ng(u16 x,u16 y,u16 width,u16 height,u8 size,u8 *p) u8 x0=x;width+=x;height+=y;while(* p<='')&&(* p>- ')/判断是不是非法字符！if(x>=width)x=x0;y+=size;if(y>=hei

37、ght)break;/ 退出LCD_ShowChar(x,y,* p,size,0);x+=size/2;p+;DS18B20配置子程序:/复位 DS18B20void DS18B20_Rst(void)DS18B20_IO_OUT(); /SET PA0 OUTPUT DS18B20_DQ_OUT=0; / 拉低 DQ delay_us(750);拉低 750us/等待/返回/返回DS18B20_DQ_OUT=1; /DQ=1 delay_us(15);/15USDS18B20的回应1:未检测到 DS18B20的存在0:存在 u8 DS18B20_Check(void)u8 retry=0;

38、DS18B20_IO_IN();/SET PA0 INPUT while (DS18B20_DQ_IN&&retry<200) retry+; delay_us(1);if(retry>=200)return 1;else retry=0;while (!DS18B20_DQ_I N&&retry<240) retry+;delay_us(1);if(retry>=240)return 1;return 0;/从DS18B20读取一个位/返回值：1/0/ read one bitu8 DS18B20_Read_Bit(void),u8 d

39、ata;DS18B20_IO_OUT();/SET PA0 OUTPUTDS18B20_DQ_OUT=0;delay_us(2);DS18B20_DQ_OUT=1;DS18B20_IO_IN();/SET PA0 INPUT delay_us(12);if(DS18B20_DQ_IN)data=1;else data=0;delay_us(50);return data;/从DS18B20读取一个字节/返回值：读到的数据u8 DS18B20_Read_Byte(void) / read one byte u8 i,j,dat;dat=O;for (i=1;i<=8;i+)j=DS18B2

40、0_Read_Bit(); dat=(j<<7)|(dat>>1);return dat;/写一个字节到 DS18B20/dat:要写入的字节void DS18B20_Write_Byte(u8 dat)u8 j;u8 testb;DS18B20_IO_OUT();/SET PA0 OUTPUT;for (j=1;j<=8;j+)testb=dat&0 x01;dat=dat>>1;if (testb)DS18B20_DQ_OUT=0;/ Write 1 delay_us(2);DS18B20_DQ_OUT=1; delay_us(60); e

41、lseDS18B20_DQ_OUT=0;/ Write 0 delay_us(60);DS18B20_DQ_OUT=1; delay_us(2);开始温度转换void DS18B20_Start(void)/ ds1820 start convertDS18B20_Rst();DS18B20_Check();DS18B20_Write_Byte(0xcc);/ skip romDS18B20_Write_Byte(0x44);/ convert/初始化 DS18B20的IO 口 DQ同时检测 DS的存在/返回1:不存在/返回0:存在u8 DS18B20_I ni t(void)GPIO_lni tTy peDefGP IO_I nitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);使能 PORTA 口时钟GPI O_I nitStructure.G