基于STM32的WIFI无线网络应用设计毕业设计说明书

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SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

毕业设计说明书

基于STM32的WIFI无线网络应用设计

中文摘要

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人庄重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：-

指导教师签名：日期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：依照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

签名：日期：

I

中文摘要

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中文摘要

学位论文原创性声明

本人庄重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承受。

签名：日期：年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文完全了解学校有关保存、使用学位论文的规定，同意学校保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日

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中文摘要

摘要

随着无线局域网技术的快速发展，无线终端已经融入了我们的生活，无论是智能手机还是笔记本，WiFi功能几乎是必不可少的。目前WiFi技术主要的应用还在手持终端，但随着用户需求的越来越广泛，WiFi技术也需要应用到不同的方面如工业控制，移动办公等，这就需要不同形式的终端。

本文开发并实现基于一种嵌入式开发平台的STM32的WiFi模块，使一些嵌入式设备也能够使用无线资源。论文首先探讨了基ARMCortex-M3的嵌入式开发技术，介绍了WiFi网络的发浮现状及前景，利用STM32F103VCT6串口连接WiFi模块，介绍了UCGUI在STM32平台上的移植，最终，在此基础上进行基于uC/GUI的多窗口应用界面的设计，实现了WiFi热点接入界面的开发。

ABSTRACT

ABSTRACT

TodaywiththerapiddevelopmentofwirelessLANtechnology,wirelessterminalshavebeengraduallyintegratedintoourlives.WiFifunctionisalmostessentialwhetheritisasmartphoneoralaptop.CurrentlythemainapplicationofWiFitechnologystillhandheldterminal,butwiththeuser'sneedsmoreandmorewidely,WiFitechnologyneedstobeappliedtodifferentareassuchasindustrialcontrol,mobileoffice,etc.,whichrequiredifferentformsofterminals.

ThispaperdevelopedandimplementedanembeddeddevelopmentplatformbasedontheSTM32WiFimodule,andenablesomeembeddeddevicestousethewirelessresources.Firstly,wediscusstheembeddeddevelopmenttechnologybasedonARMCortex-M3,introducedaWiFinetworkdevelopmentsituationand

prospects,usingtheserialportusingtheSTM32F103VCT6WiFimodule,introducedintheSTM32platformUCGUItransplant,finally,onthisbasis,baseduC/GUIapplicationofmulti-windowinterfacedesign,toachieveaWiFihotspotaccessinterfacedevelopment.

Keywords:STM32,WiFi,LCD,UC/GUI

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目录

目录

摘要IABSTRACTV第一章引言11.1ARM的发展趋势11.2WIFI的发展背景2其次章ARM系统的硬件平台32.1概述32.2嵌入式处理器的选择32.3STM32F103的USART接口42.3.1USART接口的引脚描述42.3.2USART主要的特性52.3.3数据发送与接收过程5第三章WIFI技术及模块概述73.1WIFI技术概述73.1.1WiFi网络基本结构73.1.2WiFi网络的操作模式73.2WIFI模块介绍83.2.1模块硬件结构93.2.2模块工作模式10第四章硬件模块设计114.1系统硬件结构114.1.1WiFi模块工作流程114.2模块电路124.2.1电源设计124.2.2复位电路设计134.2.3晶振电路设计134.2.4调试接口144.3LCD模块14

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目录

4.3.1原理图144.4存储模块154.4.1原理图154.4.2功能描述15第五章软件设计165.1系统软件设计框图165.2驱动设计165.2.1串口驱动设计165.2.2TFT-LCD底层驱动设计175.2.3具体程序实现195.3网络数据传输报文设计205.4UC/GUI的移植235.4.1uC/GUI的目录结构235.4.2在目标系统上应用uC/GUI的配置过程245.4.3LCDConf.h的配置（低层配置）255.4.4GUIConf.h的配置（高层配置）255.4.5ILI9235的初始化275.4.6LCD底层API的编写275.5WIFI热点接入管理界面开发27第六章结论31参考书目32致谢33附录最小系统原理图34

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第一章引言

第一章引言

随着信息技术的飞速发展，人类进入了后PC时代，嵌入式系统与互联网络已经无所不在，它们一起深刻地影响着我们的生活，而这两者的融合已经是大势所趋，如何让嵌入式系统接入网络已经成为信息领域研究和应用的热点，越来越受到人们的重视。

1.1ARM的发展趋势

ARM(AdvancedRISCMachines),既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。

1991年ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。公司正式成立以来，在32位RISC开发领域中不断取得突破，其结构已经从V3发展到V6。ARM公司一直以IP（intelligenceproperty）提供商的身份向各大半导体制造商出售知识产权，而自己从不介入芯片的生产销售，加上其设计的芯核具有功耗低，成本低等显著优点，因此获得了众多的半导体厂家和整机厂商的大力支持，在32位嵌入式应用领域获得了巨大的成功，目前已经占有75%以上的32位RISC嵌入式产品市场。在低功耗，低成本的嵌入式应用领域确立了市场领导地位。

90年代初，ARM率先推出32位RISC微处理器芯片系统SoC知识产权公开授权概念，此后改变了半导体行业。ARM通过出售芯片技术授权，而非生产或销售芯片，建立起新型的微处理器设计，生产和销售商业模式。更重要的是ARM开创了电子新纪元：采用ARM技术的微处理器广泛各类电子产品，在汽车、消费消遣、成像、工业控制、网络、储存、安保和无线等市场，ARM技术无处不在。

现在采用ARM技术知识产权（IP）核的微处理器，即我们寻常所说的ARM微处理器，已广泛工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场。ARM技术正在逐步渗入到我们的生活的各个方面。世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器，根据各自不同的应用领域，参与适当的外围电路，从而形成了自己的ARM微处理器芯片进入市场。

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第一章引言

目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM的授权，因此既使得ARM技术获得更多的第三方的工具、制造、软件的支持，又使整个系统的成本降低，使产品更简单进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。国内的中兴和华为也已经购买了ARM公司的芯核用于通讯专用的芯片设计。

1.2WIFI的发展背景

WiFi是IEEE定义的一个无线网络通信的工业标准(IEEE802．11)．自从1997年无线局域网标准诞生以来，WiFi的发展已经近十年了．随着数据业务需求的不断增加，以IEEE802．11协议为基础的无线局域网(WLAN)的研究正逐渐为人们研究的热点。最初开发WLAN主要用于企业和家庭网络，通过有线LAN进行无线扩展，通过无线通信的方式实现有线LAN的功能，并以比有线网络更加低廉的价格和更加便、灵活的方式进行网络安装和维护。但是，随蜂窝移动通信产业的成功和WLAN技术的发展，出现了与电信网络融合提供公共WLAN服务的趋势，使人们可以通过WLAN十分便利地享受高速的无线数据服，这也极大地拓展了WLAN的应用空间。

现在WiFi正在进入一个快速发展的阶段。其中，作为802.1lb发展的后继标准802.16(WiMAX)虽然采用了与802.11b不同的频段(10--66GHz)，但作为一项无线城域网(WMAN)技术，它可以和802.11b/g/a无线接入热点互为补充，构筑一个完全覆盖城域的宽带无线技术。由于移动运营商数目的增加，语音业务带来的ARPU必然浮现下降趋势，如何提供更多的数据多媒体业务也是移动运营商一直在思考的问题。在这样的背景下，WLAN在部署上取得了实质性的进展：WiFi和VolP的结合给固网运营商带来了契机；WLAN的热点覆盖计划也正作为3G的补充成为移动运营商新的利润点。

未来WiFi的发展方向将包括：网络技术上覆盖更大的范围，从热点到热区再到整个城市；推广WiFi手持终端和VoWLAN业务成为应用模式；基于IP的WiFi交换技术和开放的业务平台，使WLAN网络更智能、更易于管理；基于多层次的安全策略(WEP、WPA、WPA2、AES、VPN等)提供不同等级的安全方案，以确保无

线通信的安全。

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其次章ARM系统的硬件平台

其次章ARM系统的硬件平台

2.1概述

嵌入式硬件平台包括中央处理器、外围的控制电路、只读存储器、可读写存储器、外围设备和网络控制单元。由于嵌入式系统芯片的多样性，各模块芯片都有较大的选择空间。在选择上述硬件平台模块的具体芯片时，寻常需要考虑它们的功能、功耗、封装、体积、成本、可靠性、电磁兼容性等方面，并在尽量满足应用需求的同时尽量减少冗余功能，以俭约成本。本文根据实时监控的需要选择试验平台各模块的芯片。

2.2嵌入式处理器的选择

目前嵌入式系统中32位微控制器(MCU)的使用率正逐年增长，32位ARM体系结构己经成为一种事实上的标准，随着高端32位嵌入式微处理器价格的不断下降和开发环境的成熟，使得32位嵌入式处理器正日益挤压原先由8位微控制器主导的应用空间。随着ARM处理器在全球范围的流行，32位的RISC嵌入式处理器已经开始成为高中端嵌入式应用和设计的主流。使用32位架构不仅能提升性能，还能降低一致成本下的系统功耗和俭约总成本以及缩短产品上市时间。并使得嵌入式系统可随着产品的性能和需求不断扩展而升级。

本文选用了一款基于ARMCortex-M3内核芯片—由意法半导体（ST)推出的STM32F103芯片。STM32F103系列微处理器是首款基于ARMv7-M体系结构的32位标准RISC（精简指令集）处理器，很高的代码效率，在8位和16位系统的存储空间上发挥了ARM内核的高性能。该系列微处理器工作频率为72MHz，内置高达128K字节的Flash存储器和20K字节的SRAM，具有丰富的通用I/O端口。

作为最新一代的嵌入式ARM处理器，它为实现MCU的需要提供了低成本的平台、缩减的引脚数目、降低的系统功耗，同时提供了卓越的计算性能和先进的中断响应系统。丰富的片上资源使得STM32F103系列微处理器在多种领域如电机驱动、实时控制、手持设备、PC游戏外设和空调系统等都显示出了强大的发展潜力。

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其次章ARM系统的硬件平台

STM32F103系列微处理器主要资源和特点如下：

1.多达51个快速I/O端口，所有I/O口均可以映像到16个外部中断，几乎所有端口都允许5V信号输入。每个端口都可以由软件配置成输出（推挽或开漏）、输入（带或不带上拉或下拉）或其它的外设功能口。

2.2个12位模数转换器，多达16个外部输入通道，转换速率可达1MHz,转换范围为0-36V，具有双采样和保持功能。内部嵌入有温度传感器，可便利的测量处理器温度值。

3.灵活的7路通用DMA可以管理存储器到存储器、设备到存储器和存储器到设备的数据传输，无须CPU任何干预。通过DMA可以使数据快速地移动CPU的资源来进行其他操作。DMA控制器支持环形缓冲区的管理，避免了控制器传输到达缓冲区结尾时所产生的中断。它支持的外设包括：定时器、ADC、SPI、I2C和USART等。

4.调试模式：支持标准的20脚JTAG仿真调试以及针对Cortex-M3内核的串行单线调试（SWD）功能。寻常默认的调试接口是JTAG接口。

5.内部包含多达7个定时器。

6.含有丰富的通信接口，三个USART异步串行通信接口、两个I2C接口、两个SPI接口、一个CAN接口和一个USB接口，为实现数据通信提供了保证。

除工业可编程规律控制器(PLC)、家电、工业及家用安全设备、消防和暖气通风空调系统等传统应用，智能卡和生物测定等消费电子应用外，新的STM32系列还特别适合侧重低功耗的设备，如血糖和血脂监测设备。

2.3STM32F103的USART接口

2.3.1USART接口的引脚描述

表2.1USART的引脚描述

引脚名称类型描述4

其次章ARM系统的硬件平台

RXTX输入端口输出端口串口数据流入串口数据流出2.3.2USART主要的特性

1.3全双工的，异步通信。2.NRZ标准格式。

3.分数波特率发生器系统。

4.可编程数据字长度（8位或9位）。5.可配置的中止位-支持1或2个中止位。

6.LIN主发送同步断开符的能力以及LIN从检测断开符的能力。7.单独的发送器和接收器使能位。8.检测标志。9.校验控制。

10.四个错误检测标志。11.10个带标志的中断源。

12.多处理器通信--假使地址不匹配，则进入静默模式。13.从休眠模式中唤醒。

2.3.3数据发送与接收过程

在接收时，接收到的数据被存放在一个内部的接收缓冲器中；在发送时，在被发送之前，数据将首先被存放在一个内部的发送缓冲器中。

对SPI_DR寄放器的读操作，将返回接收缓冲器的内容写入SPI_DR寄放器。处理数据的发送与接收，当数据从发送缓冲器传送到移位寄放器时，设置TXE标志(发送缓冲器空)，它表示内部的发送缓冲器可以接收下一个数据；假使在SPI_CR2寄放器中设置了TXEIE位，则此时会产生一个中断；写入SPI_DR寄放

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其次章ARM系统的硬件平台

器即可清除TXE位。

注：在写入发送缓冲器之前，软件必需确认TXE标志为‘1’，否则新的数据会覆盖已经在发送缓冲器中的数据。

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第三章WiFi技术及模块概述

第三章WiFi技术及模块概述

3.1WiFi技术概述

802．11协议是IEEE802-r作组定义的第一个被国际认可的无线局域网协议。跟传统的有线局域网相比，基于WiFi协议的无线局域网具有可移动性，动态拓扑结构和易搭建的特点．因此用户可以根据需求和环境选择适合的局域网技术来构造自己的网络。

3.1.1WiFi网络基本结构

802．11协议的规定了WiFi的基本网络结构包括物理层、介质访入控制层(1IAc层)及规律链路控制层(LLJc层)。其三层结构可如图2．1所示。802.2LLC(LogicalLinkControl)802.11MAC802.11PHYFHSS802.11PHYDSSS802.11PHYIR/DSSSOFDM802.11PHY802.11PHYDSSS/OFDM802.11b11Mbit/s2.4GHZ802.1a54Mbit/s5GHZ802.11g54Mbit/s5GHZ3.1.2WiFi网络的操作模式

IEEE802.11标准定义了两种基本操作模式：Infrastructure模式和Adhoe自组网络模式。

（1）Infrastructure模式

Infra,也称为基础网，是由AP创立，众多STA参与所组成的无线网络，这种类型的网络的特点是AP是整个网络的中心，网络中所有的通信都通过AP来转

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第三章WiFi技术及模块概述

发完成。

图3-1Infrastructure模式的结构

（2）adhoc自组网络模式

Adhoc，也称为自组网，是仅由两个及以上STA自己组成，网络中不存在AP，这种类型网络是一种松散的结构，网络中所有的STA都可以直接通信。

图3.4Adhoc模式

3.2WiFi模块介绍

Wi-Fi技术的公开，厂商进入该领域门槛较低，目前市场上有好多品牌的WiFi开发模块。为了实现便利，我选择了一个开发文档丰富的WiFi模块。该模块由成都比特电子科技设计有限公司生产，型号为WIFI-M03。该模块是一款专为带有UART接口平台设计的网卡模块，符合802.11b标准，可采用插针借口的方式与主机相连。WIFI-M03网卡模块应用于带有UART接口的设备环境中，符合STM32接口的要求。目前该产品已经广泛地应用于无线POS机、公交卡等系统中。

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第三章WiFi技术及模块概述

WIFI-M03接口特性如下：

a.双排（2x4）插针式接口

b.支持波特率范围：1200~115200bpsc.支持硬件RTS/CTS流控d.单3.3V供电

3.2.1模块硬件结构

图3-2WiFi与串口硬件连接图

模块提供双列直插8针引脚，其中外侧一排（5~8）引脚为必需连接，如上图所示，而且这些引脚完全兼容单排4针接口。内侧一排（1~4）为可选功能引脚，连接如上图所示。其各端口功能如下：

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第三章WiFi技术及模块概述

3.2.2模块工作模式

WIFI-M03模块内置无线网络协议、IEEE802.11协议栈以及TCP/IP协议栈，具有两种工作模式，分别是正常启动模式和配置启动模式。

a.正常启动模式

在正常启动模式下，模块的串口始终工作在透明数据传输状态，因此用户只需把它看做一条虚拟的串口线，依照使用普通串口的方式发送和接收数据就可以了。所有通过串口接收到的数据都转发到网络上，同样，从网络上接收到的数据，模块也都原样从发送到串口上。

模块的nCTS/MODE/GPIO引脚进行了内部下拉，