基于STM32的智能萬年歷課程設(shè)計(jì)說明書

畢業(yè)設(shè)計(jì)Word課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目:基于STM32的智能萬年歷課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院電氣信息系專業(yè)電氣工程及其自動化課程設(shè)計(jì)題目：基于STM32的智能萬年歷專題名稱：最小應(yīng)用系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)主要參考資料劉火良,楊森.STM32庫開發(fā)實(shí)戰(zhàn)指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2013.5ADS7943中文參考資料[M/CD].ILI9320控制器中文參考資料[M/CD].課程設(shè)計(jì)應(yīng)解決主要問題最小應(yīng)用系統(tǒng)：包括MCU、復(fù)位、啟動、晶振、電源等。日歷的顯示和設(shè)置；萬年歷的算法和實(shí)現(xiàn)；定時(shí)鬧鐘功能；無線設(shè)置功能。課程設(shè)計(jì)相關(guān)附件（如：圖紙、軟件等）軟件：KeilμVision4開發(fā)平臺：神州Ⅱ號STM32嵌入式技術(shù)開發(fā)板任務(wù)發(fā)出日期：課程設(shè)計(jì)完成日期：指導(dǎo)教師簽字：系主任簽字：指導(dǎo)教師對課程設(shè)計(jì)的評語指導(dǎo)教師（簽章）：日期：畢業(yè)設(shè)計(jì)Word摘要單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)飛速發(fā)展，從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，到飛機(jī)上各種儀表的控制，從計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，以及生活中廣泛使用的各種智能IC卡、電子寵物等，從大到國家防衛(wèi)，小到日常生活，方方面面都離不開單片機(jī)。單片機(jī)是集CPU，RAM，ROM，定時(shí)，計(jì)數(shù)和多種接口于一體的微控制器。它體積小，成本低，功能強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于智能產(chǎn)業(yè)和工業(yè)自動化上。二十一世紀(jì)的今天科技與經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人們的生活節(jié)奏變得越來越快，生活水平越來越高，對于生活的品味和質(zhì)量的要求也更高。人們不再滿足于只能提供簡單計(jì)時(shí)功能的時(shí)鐘，希望在能保證計(jì)時(shí)精確的基礎(chǔ)上能多添加一些其他功能，諸如日歷、定時(shí)等。 本文主要介紹了以STM32F103VCT6開發(fā)板為核心部件來設(shè)計(jì)的一款萬年歷，以其內(nèi)部的RTC時(shí)鐘模塊作為時(shí)鐘，用TFTLCD液晶顯示器作為顯示模塊，時(shí)鐘電路能準(zhǔn)確提供24小時(shí)制時(shí)間、平年閏年的判斷以及定時(shí)。采用KeiluVision4進(jìn)行編寫調(diào)試程序，以神州二號嵌入式技術(shù)開發(fā)板為硬件平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)在顯示屏上顯示時(shí)間、日期、以及進(jìn)行定時(shí)等功能。以基于STM32的智能萬年歷作為設(shè)計(jì)的課題，因?yàn)樗泻芎玫拈_放性和可發(fā)揮性，不僅考察了對單片機(jī)的掌握能力而且強(qiáng)調(diào)了對單片機(jī)擴(kuò)展的應(yīng)用。另外液晶顯示的萬年歷已經(jīng)越來越流行，特別適合在家庭居室、辦公室、大廳、會議室、車站和廣場等地方使用，它具有顯示清晰直觀、走時(shí)準(zhǔn)確、可以進(jìn)行夜視等功能，并且還可以擴(kuò)展出其它多種功能。所以，電子萬年歷作為設(shè)計(jì)課題很有價(jià)值。經(jīng)過兩周的課程設(shè)計(jì)，我們完成了按鍵和觸摸兩種方式對萬年歷的控制，實(shí)現(xiàn)了基本的萬年歷功能和鬧鐘功能。本次課程設(shè)計(jì)讓我對萬年歷有了深刻理解，更讓我對stm32有了更進(jìn)一步的學(xué)習(xí)。關(guān)鍵詞：STM32F103VCT6；最小應(yīng)用系統(tǒng)；萬年歷目錄96521.課程設(shè)計(jì)任務(wù) 1247011.1課程設(shè)計(jì)目的 126771.2設(shè)計(jì)要求 184551.3技術(shù)要求 1300981.4解決的主要問題 2281861.5兩周時(shí)間安排 295332總體方案設(shè)計(jì) 3215222.1整體方案設(shè)計(jì) 3265002.2模塊工作原理 3141552.2.1最小應(yīng)用系統(tǒng)模塊 3112222.2.2基礎(chǔ)配置模塊 3235582.2.3時(shí)間運(yùn)行模塊 3137462.2.4觸摸屏顯示模塊 4283922.2.5觸摸屏觸摸模塊 486472.2.6鬧鐘設(shè)置模塊 466792.3硬件模塊簡介 4146032.3.1最小應(yīng)用系統(tǒng) 5216222.3.2TFTLCD顯示屏 5106433硬件設(shè)計(jì) 6173003.1STM32硬件系統(tǒng)原理圖 6151593.1.1MCU 616063.1.2復(fù)位電路 7115563.1.3啟動電路 894213.1.4晶振電路 8284033.1.5電源電路 9233733.1.6蜂鳴器電路 10233763.2觸摸屏模塊電路設(shè)計(jì) 11234953.2.1TFTLCD簡介 11107073.2.2顯示設(shè)置 1278183.2.3觸摸設(shè)置

13318093.2.4驅(qū)動設(shè)置 13261633.3硬件系統(tǒng)模塊電路 13151163.3.1專題硬件選型依據(jù)及簡介 13288403.3.2專題主芯片的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 14119793.3.3外部管腳特性 1516983.3.4與MCU的硬件接口連接 16294064軟件設(shè)計(jì) 19224774.1萬年歷定時(shí)設(shè)計(jì)思路 1976934.2主程序模塊 19306724.3TFT-LCD觸摸屏模塊 204964.4專題設(shè)計(jì) 2016704.4.1.針對專題的信息傳輸 2052024.4.2.芯片的工作方式 21191924.4.3.時(shí)序圖 22119934.4.4.流程圖 23132895調(diào)試與結(jié)果 24312475.1測試任務(wù) 24126175.2測試目的目標(biāo) 2444885.3測試軟硬件環(huán)境 25138785.4測試的過程及其步驟 25128895.5測試結(jié)果 2541236總結(jié) 2736517致謝 2825516參考文獻(xiàn) 29Word1.課程設(shè)計(jì)任務(wù)1.1課程設(shè)計(jì)目的學(xué)習(xí)萬年歷的原理，學(xué)會定時(shí)器、觸摸屏在萬年歷中的應(yīng)用。通過萬年歷的制作使學(xué)生熟練掌握所學(xué)的相關(guān)知識內(nèi)容，并培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)的一般方法和技巧。1.2設(shè)計(jì)要求：獨(dú)立思考、共同合作、保質(zhì)保量、按時(shí)完成。1.3技術(shù)要求：系統(tǒng)組成系統(tǒng)選用STM32F103單片機(jī)為微處理器，使用開發(fā)板上具有的按鍵、指示燈、觸摸屏和串口等實(shí)現(xiàn)萬年歷的功能。實(shí)現(xiàn)功能：日歷、時(shí)間的調(diào)整，通過按鍵切換實(shí)現(xiàn)對年月日時(shí)分秒的調(diào)整控制，可以設(shè)置每一部分的初始值。具備閏年的自動調(diào)整功能具有定時(shí)鬧鐘功能：通過按鍵/觸摸屏設(shè)置定時(shí)時(shí)間。定時(shí)時(shí)間到，蜂鳴器發(fā)出鳴叫聲，維持5S。上位機(jī)功能：可以把單片機(jī)的時(shí)間數(shù)據(jù)通過串口或者USB傳送至上位機(jī)。無線設(shè)置功能：通過遠(yuǎn)程設(shè)置萬年歷。模塊組成：STM32單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)；設(shè)置顯示模塊；鬧鐘模塊；時(shí)間運(yùn)行模塊等；1.4解決的主要問題：最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)STM32的最小應(yīng)用系統(tǒng)，包括MCU、復(fù)位、啟動、晶振、電源等。日歷的顯示和設(shè)置；萬年歷的算法和實(shí)現(xiàn)；定時(shí)鬧鐘功能；無線設(shè)置功能。1.5兩周時(shí)間安排（1）第一周：星期一：布置設(shè)計(jì)任務(wù)，收集相關(guān)資料。星期二：確定設(shè)計(jì)方案星期三：軟、硬件的總體設(shè)計(jì)星期四、五、六、日：上機(jī)調(diào)試（2）第二周星期一、二、三：上機(jī)調(diào)試星期四：完成設(shè)計(jì)報(bào)告。星期五：17:00之前上交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。2總體方案設(shè)計(jì)2.1整體方案設(shè)計(jì)2.2模塊工作原理2.2.1最小應(yīng)用系統(tǒng)模塊最小應(yīng)用系統(tǒng)包括MCU和電源、復(fù)位、晶振、啟動等，該系統(tǒng)可以接收數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)，通過上位機(jī)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示屏上顯示數(shù)據(jù)，也可以通過改變數(shù)據(jù)讓其調(diào)整顯示屏上的數(shù)據(jù)。另外它能使蜂鳴器發(fā)聲。2.2.2基礎(chǔ)配置模塊基礎(chǔ)配置模塊實(shí)現(xiàn)對SysClock、RCC、GPIO、EXTI、NVIC、Timer、USART等功能模塊進(jìn)行基礎(chǔ)配置，設(shè)置其輸入輸出方式、速度及其它專屬配置，并使能需要的管腳及外設(shè)，設(shè)置中斷。2.2.3時(shí)間運(yùn)行模塊時(shí)間運(yùn)行模塊是用來對時(shí)間運(yùn)行的算法進(jìn)行編程，通過算法編程實(shí)現(xiàn)對年、月、日、時(shí)、分、秒的處理，實(shí)現(xiàn)秒滿60清零并進(jìn)1，分滿60清零并進(jìn)1，時(shí)滿24清零并進(jìn)1，日滿28或29或30或31清零并進(jìn)1，月滿12清零并進(jìn)1的功能。2.2.4觸摸屏顯示模塊觸摸屏顯示模塊使用TFT-LCD即薄膜晶體管液晶顯示器，使用TFTLCD模塊驅(qū)動芯片中的ILI9320芯片，實(shí)現(xiàn)觸摸屏的顯示。TFT-LCD與無源TN-LCD、STN-LCD的簡單矩陣不同，它在液晶顯示屏的每一個(gè)像素上都設(shè)置有一個(gè)薄膜晶體管

（TFT），可以有效地克服非選通時(shí)的串?dāng)_，使顯示液晶屏的靜態(tài)特性與掃描線數(shù)無關(guān)，因此大大提高了圖像質(zhì)量。

TFT-LCD也被叫做真彩液晶顯示器。2.2.5觸摸屏觸摸模塊觸摸屏的主要部分是一塊與顯示器表面非常配合的電阻薄膜屏，當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，兩層導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)位置就有了接觸，電阻發(fā)生變化，在X和Y兩個(gè)方向上產(chǎn)生信號，然后送到觸摸屏控制器?？刂破鱾蓽y到這一接觸并計(jì)算出X，Y的位置，再根據(jù)獲得的位置模擬鼠標(biāo)的方式運(yùn)行。2.2.6鬧鐘設(shè)置模塊定時(shí)鬧鐘模塊是利用Timer函數(shù)進(jìn)行操作，通過設(shè)置鬧鐘時(shí)間，倒計(jì)時(shí)使其到達(dá)指定時(shí)間觸發(fā)蜂鳴器，從而實(shí)現(xiàn)鬧鐘提示的功能。2.3硬件模塊簡介在智能萬年歷項(xiàng)目中，我們采用的硬件主要是基于STM32F103VCT6的神州二號開發(fā)板，它的主要性能如下表所示：2.3.1最小應(yīng)用系統(tǒng)最小應(yīng)用系統(tǒng)是完成此項(xiàng)目所有功能的基礎(chǔ)，它主要包含MCU和電源、復(fù)位、晶振、啟動等，我們通過程序使能這些硬件，讓它完成相應(yīng)的功能。MCU：微控制單元，是把中央處理器的頻率與規(guī)格做適當(dāng)縮減，并將內(nèi)存、計(jì)數(shù)器、USB、A/D轉(zhuǎn)換、UART、PLC、DMA等周邊接口，LCD驅(qū)動電路都整合在單一芯片上，形成芯片級的計(jì)算機(jī)，為不同的應(yīng)用場合做不同組合控制。復(fù)位電路：就是利用它把電路恢復(fù)到起始狀態(tài)。就像計(jì)算器的清零按鈕的作用一樣，以便回到原始狀態(tài)，重新進(jìn)行計(jì)算。和計(jì)算器清零按鈕有所不同的是，復(fù)位電路啟動的手段有所不同。晶振電路:驅(qū)動整個(gè)系統(tǒng)中的各個(gè)時(shí)鐘進(jìn)行工作。啟動電路:啟動整個(gè)系統(tǒng)。電源：給整個(gè)系統(tǒng)供電。2.3.2TFTLCD顯示屏TFT（ThinFilmTransistor）即薄膜場效應(yīng)晶體管。所謂薄膜晶體管，是指液晶顯示器上的每一液晶像素點(diǎn)都是由集成在其后的薄膜晶體管來驅(qū)動。從而可以做到高速度、高亮度、高對比度顯示屏幕信息。3硬件設(shè)計(jì)3.1stm32硬件系統(tǒng)原理圖我們組選用神州二號開發(fā)板來完成我們的任務(wù)目標(biāo)，它是基于STM32F103VCT6開發(fā)的，面向企業(yè)和廣大愛好者，開發(fā)板功能強(qiáng)大，外圍資源豐富，例程豐富，如下圖所示：此章主要介紹最小應(yīng)用系統(tǒng)（MCU、復(fù)位、啟動、晶振、電源等）和此設(shè)計(jì)相關(guān)硬件。3.1.1MCU神州二號STM32開發(fā)板選擇的是STM32F103VCT6作為MCU，該芯片是STM32F103系列里面配置非常強(qiáng)大的了，它擁有的資源包括：48KBRAM、256KBFLASH、2個(gè)基本定時(shí)器、4個(gè)通用定時(shí)器、2個(gè)高級定時(shí)器、3個(gè)SPI、2個(gè)IIC、5個(gè)串口、1個(gè)USB、1個(gè)CAN、3個(gè)ADC、1個(gè)DAC、1個(gè)SDIO接口、以及80個(gè)通用IO口。神州二號開發(fā)板選用的是外設(shè)資源和管腳資源最豐富的100腳LQFP封裝的STM32F103VCT6芯片，充分滿足企業(yè)和廣大愛好者的評估開發(fā)需求。所以我們選擇了它作為我們的主芯片。MCU部分原理圖如下圖所示3.1.2復(fù)位電路圖中所示是開發(fā)板板載的復(fù)位按鍵（RESET），用于復(fù)位STM32，還具有復(fù)位液晶顯示屏的功能，因?yàn)橐壕K的復(fù)位引腳和STM32的復(fù)位引腳是連接在一起的，當(dāng)按下該鍵的時(shí)候，STM32和液晶一并被復(fù)位。因?yàn)镾TM32是低電平復(fù)位的，所以我們設(shè)計(jì)的電路也是低電平復(fù)位的，這里的R和C構(gòu)成了上電復(fù)位電路。同時(shí)，開發(fā)板把TFT_LCD的復(fù)位引腳也接在RESET上，這樣這個(gè)復(fù)位按鈕不僅可以用來復(fù)位MCU，還可以復(fù)位LCD。3.1.3啟動電路在STM32F103VCT6里，可以通過BOOT[1:0]引腳選擇三種不同啟動模式。啟動模式如下：在系統(tǒng)復(fù)位后，SYSCLK的第4個(gè)上升沿，BOOT引腳的值將被鎖存。用戶可以通過設(shè)置BOOT1和BOOT0引腳的狀態(tài)，來選擇在復(fù)位后的啟動模式。在從待機(jī)模式退出時(shí)，BOOT引腳的值將被被重新鎖存，因此，在待機(jī)模式下BOOT引腳應(yīng)保持為需要的啟動配置。在啟動延遲之后，CPU從地址0x00000000獲取堆棧頂?shù)牡刂罚膯哟鎯ζ鞯?x00000004指示的地址開始執(zhí)行代碼。因?yàn)楣潭ǖ拇鎯ζ饔诚?，代碼區(qū)始終從地址0x00000000開始(通過ICode和DCode總線訪問)，而數(shù)據(jù)區(qū)(SRAM)始終從地址0x20000000開始(通過系統(tǒng)總線訪問)。Cortex-M3的CPU始終從ICode總線獲取復(fù)位向量，即啟動僅適合于從代碼區(qū)開始(典型地從Flash啟動)。STM32F103VCT6微控制器實(shí)現(xiàn)了一個(gè)特殊的機(jī)制，系統(tǒng)可以不僅僅從Flash存儲器或系統(tǒng)存儲器啟動，還可以從內(nèi)置SRAM啟動。3.1.4晶振電路STM32F103內(nèi)部已經(jīng)包含了8MHz高速內(nèi)部RC震蕩電路，但是其精度不是很高，為此，我們在外部增加了25MHz的晶振電路，為系統(tǒng)的可靠動作提供時(shí)序基準(zhǔn)。STM32F103內(nèi)部已經(jīng)包含了40KHZ低速內(nèi)部RC震蕩電路LSE，但是其精度不是很高，為此我們在外設(shè)部分增加了32.768KHZ的晶振電路，可以用于驅(qū)動獨(dú)立看門狗和通過程序選擇驅(qū)動RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘。晶振電路圖如下：3.1.5電源電路VDDA與VREF是STM32處理器數(shù)字|模擬轉(zhuǎn)換（ADC）電路需要使用到的模擬參考電源和模擬電源輸入。其相關(guān)管腳定義如下:在神州二號開發(fā)板上，VREF和VDDA電源相關(guān)電路如下圖所示，為保障其穩(wěn)定性需要隔離并增強(qiáng)獨(dú)立的濾波儲能電容。3.1.6蜂鳴器電路神州二號STM32開發(fā)板板載了一個(gè)有源蜂鳴器，其原理圖如圖所示：有源蜂鳴器是指自帶了震蕩電路的蜂鳴器，這種蜂鳴器一接上電就會自己震蕩發(fā)聲。而如果是無源蜂鳴器，則需要外加一定頻率（2~5KHz）的驅(qū)動信號才會發(fā)聲。這里我們選擇使用有源蜂鳴器，方便大家使用。圖中Q1是用來擴(kuò)流，R60則是一個(gè)下拉電阻，避免MCU復(fù)位的時(shí)候，蜂鳴器可能發(fā)聲的現(xiàn)象。BEEP信號直接連接在MCU的PB8上面，PB8可以做PWM輸出，所以大家如果想玩高級點(diǎn)（如：控制蜂鳴器“唱歌”），就可以使用PWM來控制蜂鳴器。3.1.7實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路神州二號開發(fā)的STM32處理器內(nèi)部帶有RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘，使用我們的代碼可以實(shí)現(xiàn)年月日時(shí)分秒及星期等計(jì)算與輸出功能。內(nèi)部的RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)使用系統(tǒng)的3.3V電源，而在系統(tǒng)斷電時(shí)則電池供電保證時(shí)間信息持續(xù)不丟失。其供電VBAT采用CR1220紐扣電池，相關(guān)電路如下：3.2觸摸屏模塊電路設(shè)計(jì)3.2.1TFTLCD簡介TFT-LCD即薄膜晶體管液晶顯示器。其英文全稱為：ThinFilmTransistor-LiquidCrystalDisplay。TFT-LCD與無源TN-LCD、STN-LCD的簡單矩陣不同，它在液晶顯示屏的每一個(gè)像素上都設(shè)置有一個(gè)薄膜晶體管（TFT），可有效地克服非選通時(shí)的串?dāng)_，使顯示液晶屏的靜態(tài)特性與掃描線數(shù)無關(guān)，因此大大提高了圖像質(zhì)量。TFT-LCD也被叫做真彩液晶顯示器。模塊原理圖如下圖所示：其中CS：TFTLCD片選信號。WR：向TFTLCD寫入數(shù)據(jù)。RD：從TFTLCD讀取數(shù)據(jù)。D[15：0]：16位雙向數(shù)據(jù)線。RST：硬復(fù)位TFTLCD。RS：命令/數(shù)據(jù)標(biāo)志（0，讀寫命令；1，讀寫數(shù)據(jù)）。需要說明的是，TFTLCD模塊的RST信號線是直接接到STM32的復(fù)位腳上，并不由軟件控制，這樣可以省下來一個(gè)IO口。另外我們還需要一個(gè)背光控制線來控制TFTLCD的背光。所以，我們總共需要的IO口數(shù)目為21個(gè)。3.2.2顯示設(shè)置神州二號開發(fā)板提供的TFTLCD模塊，其驅(qū)動芯片有很多種類型，我們這里用ILI9320控制器。ILI9320液晶控制器自帶顯存，其顯存總大小為172820（240*320*18/8），即18位模式（26萬色）下的顯存量。模塊的16位數(shù)據(jù)線與顯存的對應(yīng)關(guān)系為565方式，如圖所示：最低5位代表藍(lán)色，中間6位為綠色，最高5位為紅色。數(shù)值越大，表示該顏色越深。下表是ILI9320的幾個(gè)重要命令：其中，R32，R33是設(shè)置GRAM的行地址和列地址。R32用于設(shè)置列地址（X坐標(biāo)，0~239），R33用于設(shè)置行地址（Y坐標(biāo)，0~319）。當(dāng)我們要在某個(gè)指定點(diǎn)寫入一個(gè)顏色的時(shí)候，先通過這兩個(gè)命令設(shè)置到該點(diǎn)，然后寫入顏色值就可以了。3.2.3觸摸設(shè)置

對觸摸屏的控制有專用的控制芯片。觸摸屏的控制芯片主要完成兩個(gè)任務(wù)：一是完成電極電壓的切換，二是采集接觸點(diǎn)處的電壓值并實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。

觸摸屏控制芯片主要由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成。觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接受位置信號后送至觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送給MPU，同時(shí)它能接收MPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。3.2.4驅(qū)動設(shè)置TFTLCD顯示需要的相關(guān)設(shè)置步驟如下：1）設(shè)置STM32與TFTLCD模塊相連接的IO。這一步，我們先將與TFTLCD模塊相連的IO口進(jìn)行初始化，以便驅(qū)動LCD。這里我們用到的是FSMC。2）初始化TFTLCD模塊。通過向TFTLCD寫入一系列的設(shè)置，來啟動TFTLCD的顯示。為后續(xù)顯示字符和數(shù)字做準(zhǔn)備。3）通過函數(shù)將字符和數(shù)字顯示到TFTLCD模塊上。3.3硬件系統(tǒng)模塊電路3.3.1專題硬件選型依據(jù)及簡介神州二號開發(fā)板是基于STM32F103VCT6開發(fā)的，其內(nèi)部的資源主要有：48KBRAM、256KBFLASH、2個(gè)基本定時(shí)器、4個(gè)通用定時(shí)器、2個(gè)高級定時(shí)器、3個(gè)SPI、2個(gè)IIC、5個(gè)串口、1個(gè)USB、1個(gè)CAN、3個(gè)ADC、1個(gè)DAC、1個(gè)SDIO接口、以及80個(gè)通用IO口。神州二號開發(fā)板的特點(diǎn)有：供電靈活、下載方便、外觀大氣、設(shè)計(jì)靈活、資源豐富、調(diào)試方便、觸摸彩屏等。神州二號開發(fā)板選用的是外設(shè)資源和管腳資源最豐富的100腳LQFP封裝的STM32F103VCT6芯片，充分滿足企業(yè)和廣大愛好者的評估開發(fā)需求。同時(shí)也符合我們這次課程設(shè)計(jì)的要求，所以我們選擇了它作為我們的主芯片。3.3.2專題主芯片的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)STM32F103VCT6的主系統(tǒng)由以下部分構(gòu)成：●四個(gè)驅(qū)動單元：─Cortex?M3內(nèi)核DCode總線(D-bus)，和系統(tǒng)總線(S-bus)─通用DMA1和通用DMA2●四個(gè)被動單元─內(nèi)部SRAM─內(nèi)部閃存存儲器─FSMC─AHB到APB的橋(AHB2APBx)，它連接所有的APB設(shè)備，這些都是通過一個(gè)多級的AHB總線構(gòu)架相互連接的，如下圖所示：ICode總線該總線將Cortex?M3內(nèi)核的指令總線與閃存指令接口相連接。指令預(yù)取在此總線上完成。DCode總線該總線將Cortex?M3內(nèi)核的DCode總線與閃存存儲器的數(shù)據(jù)接口相連接(常量加載和調(diào)試訪問)。系統(tǒng)總線此總線連接Cortex?M3內(nèi)核的系統(tǒng)總線(外設(shè)總線)到總線矩陣，總線矩陣協(xié)調(diào)著內(nèi)核和DMA間的訪問。DMA總線此總線將DMA的AHB主控接口與總線矩陣相聯(lián)，總線矩陣協(xié)調(diào)著CPU的DCode和DMA到SRAM、閃存和外設(shè)的訪問?？偩€矩陣總線矩陣協(xié)調(diào)內(nèi)核系統(tǒng)總線和DMA主控總線之間的訪問仲裁，仲裁利用輪換算法。包含4個(gè)驅(qū)動部件(CPU的DCode、系統(tǒng)總線、DMA1總線和DMA2總線)和4個(gè)被動部件(閃存存儲器接口(FLITF)、SRAM、FSMC和AHB2APB橋)。AHB外設(shè)通過總線矩陣與系統(tǒng)總線相連，允許DMA訪問。AHB/APB橋(APB)兩個(gè)AHB/APB橋在AHB和2個(gè)APB總線間提供同步連接。APB1操作速度限于36MHz，APB2操作于全速(最高72MHz)。3.3.3外部管腳特性STM32F103VCT6使用LQFP100封裝，其外部管腳圖如下：其外部管腳應(yīng)用于本實(shí)驗(yàn)主要有以下幾個(gè)體現(xiàn)：觸摸TFT彩屏接口：PF8、PF10、PB2、PF9和PB1。蜂鳴器電路：PB8。復(fù)位電路：RC加按鍵實(shí)現(xiàn)手動復(fù)位和上電復(fù)位。按鍵輸入：神州二號開發(fā)板共有8個(gè)功能按鍵，分別是WAKEUP按鍵（PD0）和TAMPER按鍵(PD1)及上(PD3)下(PD4)左(PA8)右(PC13)確定和一個(gè)用于自定義功能的按鍵(PD2)。RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路:RTC時(shí)鐘在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)使用系統(tǒng)的3.3V電源，而在系統(tǒng)斷電時(shí)則用電池供電保證正常工作。電源電路：供電方式主要有三種，分別是USB接口供電，最大500mA；外部直流DC5V供電；JLINKV8供電，包括5V或3.3V。3.3.4與MCU的硬件接口連接蜂鳴器蜂鳴器在硬件上是直接連接好了的，不需要經(jīng)過任何設(shè)置，直接編寫代碼就可以了。蜂鳴器的驅(qū)動信號連接在STM32的PB8上。蜂鳴器與STM32連接圖圖中我們用到一個(gè)NPN三極管（S8050）來驅(qū)動蜂鳴器，R60主要用于防止蜂鳴器的誤發(fā)聲。當(dāng)PB8輸出高電平的時(shí)候，蜂鳴器將發(fā)聲，當(dāng)PB8輸出低電平的時(shí)候，蜂鳴器停止發(fā)聲。觸摸屏神州二號開發(fā)板自帶的觸摸屏屬于電阻式觸摸屏，電阻屏的特點(diǎn)有：1）是一種對外界完全隔離的工作環(huán)境，不怕灰塵、水汽和油污。2）可以用任何物體來觸摸，可以用來寫字畫畫，這是它們比較大的優(yōu)勢。3）電阻觸摸屏的精度只取決于A/D轉(zhuǎn)換的精度，因此都能輕松達(dá)到4096*4096。TFTLCD模塊的觸摸屏總共有5跟線與STM32連接，連接電路圖如下圖所示：從圖中可以看出,T_MISO、T_PEN、T_CS、T_MOSI和T_SCK分別連接在STM32的PF8、PF10、PB2、PF9和PB1上。顯示屏TFT-LCD的液晶顯示屏的每一個(gè)像素上都設(shè)置有一個(gè)薄膜晶體管（TFT），可有效地克服非選通時(shí)的串?dāng)_，使顯示液晶屏的靜態(tài)特性與掃描線數(shù)無關(guān)，大大提高了圖像質(zhì)量。它的管腳圖如下：從上圖可以看出，TFTLCD模塊采用16位的并行方式與外部連接，之所以不采用8位的方式，是因?yàn)椴势恋臄?shù)據(jù)量比較大，尤其在顯示圖片的時(shí)候，如果用8位數(shù)據(jù)線，就會比16位方式慢一倍以上，我們當(dāng)然希望速度越快越好，所以我們選擇16位的接口。4軟件設(shè)計(jì)4.1萬年歷定時(shí)設(shè)計(jì)思路神州Ⅱ號的處理器集成了RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘，在處理器復(fù)位或系統(tǒng)掉電但有實(shí)時(shí)時(shí)鐘電池的情況下，能維持系統(tǒng)當(dāng)前的時(shí)間和日期的準(zhǔn)確性。實(shí)時(shí)時(shí)鐘是一個(gè)獨(dú)立的定時(shí)器。在相應(yīng)軟件配置下，可提供時(shí)鐘日歷的功能，修改計(jì)數(shù)器的值可以重新設(shè)置系統(tǒng)當(dāng)前的時(shí)間和日期。4.2主程序模塊主要函數(shù)為各初始化函數(shù)、中斷函數(shù)、定時(shí)函數(shù)和主函數(shù)，另外還有顯示屏顯示與觸摸的相應(yīng)配置。在主函數(shù)中，先對各項(xiàng)配置進(jìn)行初始化，然后設(shè)定年月日等變量初始值，最后對LCD屏進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并調(diào)用，使其顯示于觸摸屏上，另外還可對字體顏色，字號或者背景顏色進(jìn)行設(shè)置。主程序流程圖如下：4.3TFT-LCD觸摸屏模塊TFT-LCD觸摸屏是電阻式觸摸屏，電阻式觸摸屏利用壓力感應(yīng)進(jìn)行控制。電阻觸摸屏的主要部分是一塊與顯示器表面非常配合的電阻薄膜屏，這是一種多層的復(fù)合薄膜，它以一層玻璃或硬塑料平板作為基層，表面涂有一層透明氧化金屬（透明的導(dǎo)電電阻）導(dǎo)電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防擦的塑料層、它的內(nèi)表面也涂有一層涂層、在他們之間有許多細(xì)小的（小于1/1000英寸）的透明隔離點(diǎn)把兩層導(dǎo)電層隔開絕緣。當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)，兩層導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)位置就有了接觸，電阻發(fā)生變化，在X和Y兩個(gè)方向上產(chǎn)生信號，然后送觸摸屏控制器?？刂破鱾蓽y到這一接觸并計(jì)算出（X，Y）的位置，再根據(jù)獲得的位置模擬鼠標(biāo)的方式運(yùn)作。這就是電阻技術(shù)觸摸屏的最基本的原理。對觸摸屏的控制有專用的控制芯片。觸摸屏的控制芯片主要完成兩個(gè)任務(wù)：一是完成電極電壓的切換，二是采集接觸點(diǎn)處的電壓值并實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。

觸摸屏控制芯片主要由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成。觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接受位置信號后送至觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送給MPU，同時(shí)它能接收MPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。4.4專題設(shè)計(jì)4.4.1.針對專題的信息傳輸U(kuò)SART通用同步異步收發(fā)器，全雙工數(shù)據(jù)交換，利用分?jǐn)?shù)波特率發(fā)生器提供寬范圍的波特率選擇，支持同步單向通信和半雙工單線通信，也支持LIN（局部互聯(lián)網(wǎng)），智能卡協(xié)議和irDA（紅外數(shù)據(jù)組織）SIRENDEC規(guī)范，以及調(diào)制解調(diào)器（CTX/RTS）操作。它還允許多處理器通信。用多緩沖器配置的DMA方式，可以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信。STM32的USART串口，采用分?jǐn)?shù)波特率發(fā)生器，最高速率=72M/16=4.5Mb/S。任何USART通信，需要用到2個(gè)對外連接的引腳：RxD、TxD。Rx：接收數(shù)據(jù)串行輸入。通過過采樣技術(shù)來區(qū)別數(shù)據(jù)和噪音，從而恢復(fù)數(shù)據(jù)。Tx：發(fā)送數(shù)據(jù)輸出。當(dāng)發(fā)送器被禁止時(shí)，輸出引腳恢復(fù)到它的I/O端口配置。當(dāng)發(fā)送器被激活，并且不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，Tx引腳處于高電平。在單線和智能卡模式里，此I/O口被同時(shí)用于數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。傳輸?shù)膬?nèi)容格式是以字符串和ASCII碼的形式傳送。（1）OSI協(xié)議OSI七層參考模型不是通訊標(biāo)準(zhǔn)，它只給出一個(gè)不會由于技術(shù)發(fā)展而必須修改的穩(wěn)定模型，使有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議能在模型定義的范圍內(nèi)開發(fā)和相互配合。一般的通訊協(xié)議只符合OSI七層模型的某幾層。（2）TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)了五層協(xié)議：1）物理層：對應(yīng)OSI的物理層。2）網(wǎng)絡(luò)接口層：類似于OSI的數(shù)據(jù)鏈路層。3）Internet層：OSI模型在Internet網(wǎng)使用前提出，未考慮網(wǎng)間連接。4）傳輸層：對應(yīng)OSI的傳輸層。5）應(yīng)用層：對應(yīng)OSI的表示層和應(yīng)用層。4.4.2.芯片的工作方式STM32三種啟動模式對應(yīng)的存儲介質(zhì)均是芯片內(nèi)置的，它們是：

1.FLASH啟動模式：芯片內(nèi)置的Flash。

2.SRAM啟動模式：芯片內(nèi)置的RAM區(qū)，就是內(nèi)存。

3.系統(tǒng)存儲器：芯片內(nèi)部一塊特定的區(qū)域，芯片出廠時(shí)在這個(gè)區(qū)域預(yù)置了一段Bootloader，就是通常說的ISP程序。這個(gè)區(qū)域的內(nèi)容在芯片出廠后沒有人能夠修改或擦除，即它是一個(gè)ROM區(qū)。

在每個(gè)STM32的芯片上都有兩個(gè)管腳BOOT0和BOOT1，這兩個(gè)管腳在芯片復(fù)位時(shí)的電平狀態(tài)決定了芯片復(fù)位后從哪個(gè)區(qū)域開始執(zhí)行程序。

BOOT1=xBOOT0=0從用戶閃存啟動，這是正常的工作模式。

BOOT1=0BOOT0=1從系統(tǒng)存儲器啟動，這種模式啟動的程序功能由廠家設(shè)置。

BOOT1=1BOOT0=1從內(nèi)置SRAM啟動，這種模式可以用于調(diào)試。

要注意的是，一般不使用內(nèi)置SRAM啟動(BOOT1=1BOOT0=1)，因?yàn)镾RAM掉電后數(shù)據(jù)就丟失。多數(shù)情況下SRAM只是在調(diào)試時(shí)使用，也可以做其他一些用途。如做故障的局部診斷，寫一段小程序加載到SRAM中診斷板上的其他電路，或用此方法讀寫板上的Flash或EEPROM等。還可以通過這種方法解除內(nèi)部Flash的讀寫保護(hù)，當(dāng)然解除讀寫保護(hù)的同時(shí)Flash的內(nèi)容也被自動清除，以防止惡意的軟件拷貝。TFTLCD的控制器為ILI9320它采用26萬色的TFT屏，分辨率為320×240，采用16位的80并口與外部連接。

該模塊的80并口有如下一些信號線：

CS/PC9：TFTLCD片選信號。片選拉低時(shí)，表示選中。

RS/PC8：命令/數(shù)據(jù)標(biāo)志（0，讀寫命令；1，讀寫數(shù)據(jù)）。

WR/PC7：向TFTLCD寫入數(shù)據(jù)。在WR的上升沿，使數(shù)據(jù)寫入到LCD芯片里。

RD/PC6：從TFTLCD讀取數(shù)據(jù)。在RD的上升沿，使數(shù)據(jù)鎖存到數(shù)據(jù)線上。

D[15:0]：16位雙向數(shù)據(jù)線。

RST：硬復(fù)位TFTLCD。

RST信號線，是直接接到STM32的復(fù)位腳上，并不由軟件控制，這樣可以省下來一個(gè)IO端口。

另外，還需要一個(gè)背光控制線來控制TFTLCD的背光。所以，總共需要的IO口數(shù)目為21個(gè)。

控制器自帶顯存，其顯存總大小為172820（240*320*18/8），即18位模式（26萬色）下的顯存量。4.4.3.時(shí)序圖定時(shí)的時(shí)序圖顯示的時(shí)序圖4.4.4.流程圖定時(shí)的流程圖：TFTLCD顯示流程圖：5調(diào)試與結(jié)果5.1測試任務(wù)主要對我們設(shè)計(jì)的智能萬年歷進(jìn)行三個(gè)方面的測試：（1）屏幕顯示模塊測試（2）時(shí)間設(shè)置模塊測試（3）定時(shí)鬧鐘模塊測試5.2測試目的目標(biāo)測試是為了檢驗(yàn)我們設(shè)計(jì)是否達(dá)標(biāo)，測試軟件編程是否能通過編譯和測試軟硬件是否能協(xié)調(diào)工作。打開萬年歷之后檢查其是否可以顯示時(shí)間，是否可以通過按鍵或觸摸來修改數(shù)據(jù)，是否可以實(shí)現(xiàn)萬年歷的算法及是否可以根據(jù)判斷閏年來顯示調(diào)整時(shí)間，是否可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)鬧鐘的功能。測試能以最少的人力和時(shí)間發(fā)現(xiàn)潛在的各種錯(cuò)誤和缺陷，保證設(shè)計(jì)的質(zhì)量和可靠性，發(fā)現(xiàn)方案中的不足并改進(jìn)，在實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)的同時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，盡量實(shí)現(xiàn)低功耗。5.3測試軟硬件環(huán)境硬件環(huán)境：J－Link—ARMV8仿真器一套；STM103F103VCT6的神舟二號開發(fā)板一套。軟件環(huán)境：裝有RVMDK仿真軟件的Pentium以上的計(jì)算機(jī)一臺。5.4測試的過程及其步驟1）接通電源，打開開發(fā)板，下載電腦中的程序。2）觀察TFTLCD顯示屏上顯示的數(shù)據(jù)是否與我們在電腦上輸入的配置相同。3）設(shè)定倒計(jì)時(shí)，觀察倒計(jì)時(shí)的數(shù)到達(dá)指定狀態(tài)以后蜂鳴器是否發(fā)