基于STM32的智能万年历设计方案

PAGEPAGE10STM32课程设计任务课程设计目的学习万年历的原理，学会定时器、触摸屏在万年历中的应用。设计的一般方法和技巧。设计要求：独立思考、共同合作、保质保量、按时完成。技术要求：STM32F103键、指示灯、触摸屏和串口等实现万年历的功能。实现功能：以设置每一部分的初始值。具备闰年的自动调整功能具有定时闹钟功能：通过按键/鸣器发出鸣叫声，维持5S。USB传送至上位机。无线设置功能：通过远程设置万年历。模块组成：STM32单片机最小应用系统；设置显示模块；闹钟模块；时间运行模块等；解决的主要问题：最小应用系统设计：设计STM32MCU动、晶振、电源等。日历的显示和设置；万年历的算法和实现；定时闹钟功能；无线设置功能。两周时间安排第一周：星期一：布置设计任务，收集相关资料。星期二：确定设计方案星期三：软、硬件的总体设计第二周星期四：完成设计报告。星期五：17:00之前上交课程设计报告。总体方案设计整体方案设计启动启动晶振蜂鸣器实时时钟MCU电源LCD显示屏复位模块工作原理最小应用系统模块MCU基础配置模块基础配置模块实现对SysClock、RCC、GPIO、EXTI、NVIC、Timer、能需要的管脚及外设，设置中断。时间运行模块601，601，241282930311，121的功能。触摸屏显示模块TFT-LCDTFTLCDILI9320TFT-LCDTN-LCD、STN-LCD晶体管（TFT），TFT-LCD触摸屏触摸模块XYY闹钟设置模块Timer到达指定时间触发蜂鸣器，从而实现闹钟提示的功能。硬件模块简介STM32F103VCT6州二号开发板，它的主要性能如下表所示：最小应用系统最小应用系统是完成此项目所有功能的基础，它主要包含MCU和电源、复位、晶振、启动等，我们通过程序使能这些硬件，让它完成相应的功能。MCUUSBA/DPLCDMA等周边接口，LCD驱动电路都复位电路启动的手段有所不同。晶振电路:驱动整个系统中的各个时钟进行工作。启动电路:启动整个系统。电源：给整个系统供电。TFTLCD显示屏FilmTransistor）3硬件设计stm32我们组选用神州二号开发板来完成我们的任务目标，它是基于STM32F103VCT6开发的，面向企业和广大爱好者，开发板功能强大，外围资源丰富，例程丰富，如下图所示：此章主要介绍最小应用系统（MCU、复位、启动、晶振、电源等）和此设计相关硬件。MCU神州二号STM32开发板选择的是STM32F103VCT6STM32F103系RAM256KBFLASH、2个基本423SPI、2、51USB1CAN、3ADC1DAC、1SDIO80IO板选用的是外设资源和管脚资源最丰富的100LQFP封装的STM32F103VCT6MCU部分原理图如下图所示复位电路图中所示是开发板板载的复位按键用于复位STM32，还具有复位液晶显示屏的功能，因为液晶模块的复位引脚和STM32STM32R和CTFT_LCD的复位引脚也接在RESET上，这样这个复位按钮不仅可以用来复位MCU，还可以复位LCD。启动电路在STM32F103VCT6里，可以通过BOOT[1:0]引脚选择三种不同启动模式。启动模式如下：4BOOT1BOOT0BOOT0x000000000x00000004因为固定的存储器映像，代码区始终从地址0x00000000开始(通过ICodeDCode(SRAM0x20000000Cortex-M3CPUICodeSTM32F103VCT6微控制器实现了一个特殊的机制，系统可以不仅仅从Flash存储器或系统存储器启动，还可以从内置SRAM晶振电路STM32F1038MHz高速内部RC25MHzSTM32F10340KHZRCLSE，但是其精度不是很高，为此我们在外设部分增加了32.768KHZ序选择驱动RTC晶振电路图如下：电源电路和模拟电源输入。其相关管脚定义如下:和VDDA。蜂鸣器电路神州二号STM32开发板板载了一个有源蜂鸣器，其原理图如图所示：如果是无源蜂鸣器，则需要外加一定频率的驱动信号才会发声。这里我们选择使用有源蜂鸣器，方便大家使用。图中Q1是用来扩流，R60则是一个下拉电阻，避免MCU复位的时候，蜂鸣器可能发声的现象。BEEP信号直接连接在MCU的PB8上面，PB8可以做PWM输出，所以大家如果想玩高级点（如：控制蜂鸣器“唱歌”），就可以使用PWM来控制蜂鸣器。实时时钟电路神州二号开发的STM32处理器内部带有RTC月日时分秒及星期等计算与输出功能。内部的RTC3.3V电源，而在系统断电时则电池供电保证时间信息持续不丢失。其供电采用CR1220触摸屏模块电路设计TFTLCD简介FilmTransistor-LiquidDisplay。TN-LCD、STN-LCD的简单矩阵不同，它在液晶显示屏的每一个像素上都设置有一个薄膜晶体管可有效地克服非选通时的串扰，使显示液也被叫做真彩液晶显示器。模块原理图如下图所示：其中CS：TFTLCD片选信号。WR：向TFTLCD写入数据。RD：从TFTLCD读取数据。D[15：0]：16位双向数据线。RST：硬复位TFTLCD。RS：命令/数据标志（0，读写命令；1，读写数据）。模块的RST信号线是直接接到STM32IOTFTLCD光。所以，我们总共需要的IO21个。显示设置神州二号开发板提供的TFTLCD模块，其驱动芯片有很多种类型，我们这里用ILI9320控制器。ILI9320172820（240*320*18/8），即18位模（26万色16565最低5位代表蓝色，中间6位为绿色，最高5位为红色。数值越大，表示该颜色越深。下表是ILI9320的几个重要命令：R3R33是设置GRAMR32XR33用于设置行地址坐标，0~319）。当我们要在某个指定点写入一个颜色的时候，先通过这两个命令设置到该点，然后写入颜色值就可以了。触摸设置对触摸屏的控制有专用的控制芯片。触摸屏的控制芯片主要完成两个任务：一是完成电极电压的切换，二是采集接触点处的电压值并实现A/D转换。触摸屏控制芯片主要由触摸检测部件和触摸屏控制器组成。触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受位置信号后送至触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给MPU，同时它能接收MPU发来的命令并加以执行。驱动设置TFTLCD显示需要的相关设置步骤如下：与TFTLCDIO这一步，我们先将与TFTLCD模块相连的IO口进行初始化，以便驱动LCD。这里我们用到的是FSMC。TFTLCD模块。通过向TFTLCD写入一系列的设置，来启动TFTLCD的显示。为后续显示字符和数字做准备。TFTLCD模块上。硬件系统模块电路专题硬件选型依据及简介神州二号开发板是基于STM32F103VCT6开发的，其内部的资源主要有：48KBRAM、256KBFLASH、2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、3个SPI、2个IIC、1个USB1个CAN3个ADC1DAC1SDIO接口、以及80个通用IO口。神州二号开发板的特点有：供电灵活、下载方便、外观大气、设计灵活、资源丰100脚LQFP封装的STM32F103VCT6时也符合我们这次课程设计的要求，所以我们选择了它作为我们的主芯片。专题主芯片的内部逻辑结构STM32F103VCT6的主系统由以下部分构成：四个驱动单元：Cortex™M3DCode总线(D-bus)(S-bus)DMA1DMA2四个被动单元SRAM内部闪存存储器FSMCAHB到APB的(AHB2APBx)，它连接所有APB设备 这些都是通过一个多级AHB总线构架相互连接的，如下图所示：ICode总线该总线将Cortex™M3内核的指令总线与闪存指令接口相连接。指令预取在此总线上完成。DCode总线该总线将Cortex™M3内核的DCode试访问。系统总线Cortex™M3()到总线矩阵，总线矩阵协调着内核和DMA间的访问。DMA总线DMAAHBCPUDCode和DMA到SRAM、闪存和外设的访问。总线矩阵总线矩阵协调内核系统总线和DMA(CPU的DCodeDMA1总线和DMA2总线4闪(FLITF)FSMC和AHB2APB桥)。AHB统总线相连，允许DMA访问。AHB/APB桥(APB)两个AHB/APB桥在AHB和2个APB总线间提供同步连接APB1操作速度限于APB2(72MHz)。外部管脚特性STM32F103VCT6使用LQFP100封装，其外部管脚图如下：其外部管脚应用于本实验主要有以下几个体现：触摸TFT、PF10、PB2、PF9PB1。。加按键实现手动复位和上电复位。8WAKEUP按键（PD0）TAMPER按键(PD1)及上(PD3)下(PD4)左右(PC13)确定和一个用于自定义功能的按键(PD2)。RTC:RTC时钟在系统正常运行时使用系统的3.3V电时则用电池供电保证正常工作。电源电路：供电方式主要有三种，分别是USB接口供电，最大500mADC5V供电；JLINKV85V3.3V。MCU蜂鸣器鸣器的驱动信号连接在STM32的PB8上。蜂鸣器与STM32连接图图中我们用到一个NPN三极管（S8050）来驱动蜂鸣器，R60主要用于防止蜂鸣器的误发声。当PB8输出高电平的时候，蜂鸣器将发声，当PB8输出低电平的时候，蜂鸣器停止发声。触摸屏神州二号开发板自带的触摸屏属于电阻式触摸屏，电阻屏的特点有：是一种对外界完全隔离的工作环境，不怕灰尘、水汽和油污。可以用任何物体来触摸，可以用来写字画画，这是它们比较大的优势。电阻触摸屏的精度只取决于A/D转换的精度，因此都能轻松达到4096*4096。TFTLCD模块的触摸屏总共有 5跟线与STM32连接，连接电路图如下图所示,T_MISOT_PENT_CST_MOSIT_SCK分别连接在STM32PF10、PB2、PF9PB1显示屏TFT-LCD的液晶显示屏的每一个像素上都设置有一个薄膜晶体管（TFT），服非选通时的串扰，使显示液晶屏的静态特性与扫描线数无关，大大提高了图像质量。它的管脚图如下：16位的并行方式与外部连接，之所以不采用8位的方式，是因为彩屏的数据量比较大，尤其在显示图片的时候，如果用816位方式慢一倍以上，我们当然希望速度越快越好，所以我们选择16位的接口。4万年历定时设计思路神州Ⅱ号的处理器集成了RTC实时时钟，在处理器复位或系统掉电但有实时时钟电池的情况下，能维持系统当前的时间和日期的准确性。实时时钟是一个独立的定时器。在相应软件配置下，可提供时钟日历的功能，修改计数器的值可以重新设置系统当前的时间和日期。主程序模块主要函数为各初始化函数、中断函数、定时函数和主函数，另外还有显示屏显示与触摸的相应配置。在主函数中，先对各项配置进行初始化，然后设定年月日等变量初始值，最后对LCD屏进行相应设置，对数据进行处理并调用，使其显示于触摸屏上，另外还可对字体颜色，字号或者背景颜色进行设置。主程序流程图如下：开始开始设定各变量初始值初始化系统时钟配置GPIO,EXTI,NVIC,TIMER,LCDUSART1字符串配置主函数处理年、月、日、时、分、秒、定时器是否调整时间日期显示设定时间和是 期否显示已配置的时间和日期TFT-LCDTFT-LCD触摸屏是电阻式触摸屏，电阻式触摸屏利用压力感应进行控制。电阻触摸屏的主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有一层透明氧化金属（透明的导电电阻）导电（1/1000英寸的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触，电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后送触摸屏控制器。控制器侦测到这一接触并计算出的位置，对触摸屏的控制有专用的控制芯片。触摸屏的控制芯片主要完成两个任务：一是完成电极电压的切换，二是采集接触点处的电压值并实现A/D转换。触摸屏控制芯片主要由触摸检测部件和触摸屏控制器组成。触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受位置信号后送至触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给MPU，同时它能接收MPU发来的命令并加以执行。专题设计针对专题的信息传输USART通用同步异步收发器，全双工数据交换，利用分数波特率发生器提供宽范围的波特率局部互联网），智能卡协议和irDA（红外数据组织ENDEC规范，以及调制解调器DMASTM32USART=72M/16=4.5Mb/SUSART2个对外连接、TxD。Rx：接收数据串行输入。通过过采样技术来区别数据和噪音，从而恢复数据。Tx：发送数I/O端口配置。当发送器被激活，并且I/O口被同时用于数据的发送和接收。传输的内容格式是以字符串和ASCII码的形式传送。OSIOSI七层参考模型不是通讯标准，它只给出一个不会由于技术发展而必须修改的稳定模型，使有关标准和协议能在模型定义的范围内开发和相互配合。一般的通讯协议只符合OSI七层模型的某几层。TCP/IP物理层：对应OSI网络接口层：类似于OSIInternetOSI模型在Internet4）传输层：对应OSI5）应用层：对应OSI的表示层和应用层。芯片的工作方式STM32FLASHFlash。SRAMRAM区，就是内存。系统存储器：芯片内部一块特定的区域，芯片出厂时在这个区域预置了一段Bootloader，就是通常说的ISP擦除，即它是一个ROM在每个STM32的芯片上都有两个管脚BOOT0和BOOT态决定了芯片复位后从哪个区域开始执行程序。BOOT1=xBOOT0=0从用户闪存启动，这是正常的工作模式。BOOT1=0BOOT0=1BOOT1=1BOOT0=1从内置SRAM启动，这种模式可以用于调试。要注意的是，一般不使用内置SRAM启动(BOOT1=1BOOT0=1)，因为SRAM掉电后数据就SRAMSRAMFlash或EEPROM等。还可以通过这种方法解除内部FlashFlash的内容也被自动清除，以防止恶意的软件拷贝。TFTLCDILI932026万色的TFT320×240，168080CS/PC9：TFTLCD片选信号。片选拉低时，表示选中。RS/PC8：命令/数据标志（0，读写命令；1，读写数据）。WR/PC7：向TFTLCD写入数据。在WR的上升沿，使数据写入到LCD芯片里。RD/PC6：从TFTLCD读取数据。在RD的上升沿，使数据锁存到数据线上。D[15:0]：16位双向数据线。RST：硬复位TFTLCD。RST信号线，是直接接到STM32的复位脚上，并不由软件控制，这样可以省下来一个IO端口。另外，还需要一个背光控制线来控制TFTLCD的背光。所以，总共需要的IO口数目为21个。控制器自带显存，其显存总大小为172820（240*320*18/8），即18位模式（26万色）下的显存量。时序图定时的时序图显示的时序图流程图定时的流程图：开始开始中断服务函数js=1>0否>0否>0是是秒-1分-1=59是-1TIM4TIM3清除中断标志位中断服务函数蜂鸣器响TIM4清除中断标志位结束TFTLCD显示流程图：开始开始设置STM32与TFTLCDIO初始化TFTLCD适的位置上结束5调试与结果测试任务主要对我们设计的智能万年历进行三个方面的测试：屏幕显示模块测试时间设置模块测试定时闹钟模块测试测试目的目标并改进，在实现设计目标的同时优化设计结果，尽量实现低功耗。测试软硬件环境硬件环境：J－Link—ARMV8仿真器一套；STM103F103VCT6软件环境：装有RVMDK仿真软件的Pentium以上的计算机一台。测试的过程及其步骤接通电源，打开开发板，下载电脑中的程序。TFTLCD显示屏上显示的数据是否与我们在电脑上输入的配置相同。设定倒计时，观察倒计时的数到达指定状态以后蜂鸣器是否发出响声。测试万年历的算法能否实现。测试万年历的设置能否实现。测试结果定时闹钟模块测试：可以发出响声，持续5s。日历的显示模块测试：万年历可以正确的显示数据。日历的设置模块测试：万年历可以触摸式调整数据。万年历的算法模块测试：万年历的算法无误。显示模块： 设置模块：闰年算法的实现：总结两周的课程设计马上就要结束了，我和同学们一起度过了这段忙碌而充实的时光。这次的课程设计深刻的反映出实践是检验真理的唯一标准这句话的真谛。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不可少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。这次课程设计的主题是基于STM32的智能万年历，本次设计的万年历系统以单片机STM32F103VCT6TFT-LCD作为液晶显示模块、内部的RTC时钟作为实时时钟模块。首先老师介绍了