STM32F101VB微處理器在氣相色譜儀中的應(yīng)用
氣相色譜儀控制核心主要有單片機(jī)、DSP和ARM芯片組成。其中單片機(jī)的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力較弱;DSP(Digital Singnal Processor)是一種獨(dú)特的微處理器,具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度,但通用功能相對(duì)較弱。相比之下,ARM芯片具有強(qiáng)大的事務(wù)處理功能,還可配合嵌入式操作系統(tǒng)使用,并適用于氣相色譜儀的控制核心。意法半導(dǎo)體公司的STM32F101VB微處理器使用高性能的ARM Cortex—M3 32位的RISC內(nèi)核,工作頻率為36 MHz,內(nèi)置高速存儲(chǔ)器(高達(dá)128 kB的閃存和16 kB的SRAM),可增強(qiáng)I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)。此外,其所有型號(hào)的器件均包含標(biāo)準(zhǔn)的通信接口(2個(gè)I2C接口、2個(gè)SPI接口和3個(gè)USART接口),1個(gè)12位的ADC和3個(gè)通用16位定時(shí)器。
本文引用地址:http://2s4d.com/article/263935.htm1 M32F101VB外圍電路設(shè)計(jì)
1.1電源設(shè)計(jì)
STM32F101VB微控制器的內(nèi)核與I/O使用同一電源電壓,只需單電源3.3 V供電。AMS1117—3.3是AMS公司生產(chǎn)的工LDO芯片,其特點(diǎn)是輸出電流大、輸出電壓精度高,且穩(wěn)定性好。該芯片輸出電流可達(dá)1 A,輸出電壓的精度在±1%以內(nèi),被廣泛用于手持式儀表、數(shù)字家電、工業(yè)控制等領(lǐng)域。電源電路如圖1所示。
圖1 電源電路
1.2復(fù)位電路
由于ARM芯片的高速、低功耗、低工作電壓導(dǎo)致其噪聲容限低,對(duì)電源的紋波、瞬態(tài)響應(yīng)性能、時(shí)鐘源的穩(wěn)定性、電源監(jiān)控可靠性等方面也提出了更高的要求。復(fù)位電路使用帶I2C存儲(chǔ)器的電源監(jiān)控芯片CAT1025JI-30,以提高系統(tǒng)的可靠性,電路原理如圖2所示。
圖2 復(fù)位電路
信號(hào)nRST連接到STM32F101VB芯片的復(fù)位腳NRST,當(dāng)復(fù)位按鍵RST按下時(shí),CAT1025JI-30的RESET引腳立即輸出復(fù)位信號(hào),使STM32F101VB芯片復(fù)位。
1.3儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)
W25X16是華邦公司推出的繼W25X10/20/40/80(1~8 MB)后容量更大的Flash產(chǎn)品,W25X16的容量為16 Mb.W25X16的擦寫周期為10 000次,具有20年的數(shù)據(jù)保存期限,支持電壓為2.7~3.6 V,W25X16支持標(biāo)準(zhǔn)的SPI,還支持雙輸出的SPI,最大SPI時(shí)鐘可達(dá)75 MHz.
圖3 存儲(chǔ)器接口電路
1.4串行接口設(shè)計(jì)
串口通訊電路,如圖4所示。STM32F101VB內(nèi)部集成了3個(gè)USART,此處使用USART1和USART2.其發(fā)送端和接收端分別與圖中的TX、RX相連。
圖4 串行通訊電路
人機(jī)接口是系統(tǒng)的重要部分。用戶通過對(duì)人機(jī)接口界面的操作來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。儀器采用240×128的點(diǎn)陣式液晶(T6963控制器),8×4行列式按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制操作。
拓普微公司生產(chǎn)的LM240128T點(diǎn)陣圖形式液晶顯示模塊,采用RA8863(T6963C兼容)控制器,內(nèi)嵌32 kBSRAM作為顯示存儲(chǔ)器。模塊大小為144.0 mm×104.0 mm×15.5 mm,點(diǎn)陣數(shù)240×128 dot.適配Intel8080操作時(shí)序電路,8 bit并口數(shù)據(jù)傳輸,內(nèi)置128個(gè)字符,并可進(jìn)行文本顯示、圖形顯示和文本屬性顯示功能。文本顯示與圖形顯示多種顯示合成方式,2 kB自定義字符庫等豐富功能。
圖5 LM240128T點(diǎn)陣圖形式液晶顯示模塊電路
1.5網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)
DM9000CEP是一款集成了快速以太網(wǎng)MAC控制器與接口處理的芯片,其提供了介質(zhì)無關(guān)的接口,用于連接所有提供支持介質(zhì)無關(guān)接口功能的家用電話線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或其他收發(fā)器。該DM9000CEP支持8位、16位和32位接口訪問內(nèi)部存儲(chǔ)器,以支持不同的處理器。DM9000CEP物理協(xié)議層接口完全支持使用10 Mbit.s-1下3類、4類、5類非屏蔽雙絞線和100Mbit.s-1下5類非屏蔽雙絞線。因此符合IEEE 802.3u規(guī)格。其自動(dòng)協(xié)調(diào)功能將自動(dòng)完成配置以最大限度地適合其線路帶寬。并支持IEEE 802.3x全雙工流量控制。
YL2J201A是帶網(wǎng)絡(luò)變壓器的RJ45網(wǎng)絡(luò)端口,連接電路如圖6所示。
圖6 RJ45網(wǎng)絡(luò)端口電路
2系統(tǒng)測試
將設(shè)計(jì)好的氣相色譜儀與電腦進(jìn)行聯(lián)機(jī),能夠通過工作站對(duì)儀器進(jìn)行各種操作,以及通過RJ45網(wǎng)絡(luò)端口對(duì)儀器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。通過與上位機(jī)的聯(lián)機(jī)實(shí)驗(yàn)可看出,與傳統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心的氣相色譜儀相比,采用STM32F101VB微處理器的氣相色譜儀功能大幅增強(qiáng),不僅具有豐富的接口,還便于數(shù)據(jù)的采集、傳輸和處理以及對(duì)儀器的遠(yuǎn)程控制,且對(duì)數(shù)據(jù)處理的速度也有明顯提高。
3結(jié)束語
使用STM32F101VB做為氣相色譜儀的微處理器,不僅能兼顧氣相色譜儀對(duì)大量數(shù)據(jù)的快速處理,還可使其具有豐富的通用接口,并實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的遠(yuǎn)程控制。STM32F101VB適用于作為現(xiàn)代氣相色譜儀的控制核心,也證明了該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性。
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