基于STM8S1O3F3單片機的車載溫度電子鐘

泉州信息職業技術學院 何燕陽

汽車電子產品的開發，一方面要克服汽車惡劣的工作條件以最好的技術可靠地提高汽車電子化程度，另一方面又要具有最低的價格優勢，以面對市場激烈競爭，這對于設計和應用都具有挑戰性。本文結合生產實際，綜合考慮功能需求與成本因素，使用了盡量少的元器件，提供了一款性價比高的汽車溫度電子鐘的設計方法。

一、STM8S103F3器件簡介

意法單片機STM8S1O3F3工作電壓范圍寬：2.95到5.5V以及帶有時鐘監控的時鐘安全保障系統，保障了單片機系統的高可靠性，適合作為車載電子器件。該單片機比51單片機價格更低、性能更穩定、運算速度更快、資源更豐富。意法單片機STM8 S1O3F3引腳圖如圖1。

STM8S1O3F3單片機具有用戶可調整的16MHz CPU時鐘頻率，容量為8K字節的Flash程序存儲器，集成64O字節真正的數據存儲器EEPROM和1K字節的RAM，強大的I/O功能，具有16位高級控制定時器（TIM1），SPI，I2C，UART，窗口看門狗，獨立看門狗，ADC，PWM定時器（TIM2），8位定時器（TIM4）等資源。單線接口模塊（SWIM）和調試模塊（DM），允許非侵入式、實時的在線調試和快速的存儲器編程。

二、車載溫度電子鐘系統框圖及操作說明

見圖2和表1。

圖1 STM8S103F3引腳圖

圖2 溫度電子鐘系統框圖

三、車載溫度電子鐘的設計

1.硬件設計

該硬件電路的設計包括電源部分、車鑰匙ACC開關信號轉換處理電路、STM8S1O3F3單片機最小系統電路、溫度采集電路、按鍵設置電路、數碼管顯示電路以及在線調試接口等等。本硬件系統采用I/O口分時復用，作為按鍵的輸入線同時作為數碼管段碼的部分輸出線，且數碼管集成塊采用多個引腳復用一個單片機的I/O口，這些方法減少了硬件開銷，節約成本，但增加了軟件編程的復雜性。

表1 溫度電子鐘技術參數表

圖3 車載溫度電子鐘硬件原理圖

1）電源部分

小汽車上的VB+和VB-引腳之間有12V的電壓經過電容濾波和78DO5穩壓器穩壓輸出+5V的電壓，為整個硬件系統系統提供電源。

2）STM8S1O3F3單片機最小系統電路

該最小系統電路包含上電復位電路，采用振蕩蕩頻率為4MHz高精度的石英晶振電路為系統提供一個精準的時鐘信號。

3）溫度采集電路

DS18B2O溫度傳感器適應電壓范圍寬為3.OV～5.5V，穩定性好，反應快，測溫范圍為-55oC～+125oC，該溫度傳感器的分辨率為9～12位，測溫精度高。因此本設計中選用了DS18B2O采集實時溫度。在實際使用中電路簡單，無需其他的外圍器件。

主機控制DS18B2O完成溫度轉換必須經過三個步驟：初始化、發送ROM操作指令、發送RAM指令。首先啟動初始化對DS18B2O進行復位，復位成功后DS18B2O開始轉換，再讀出溫度轉換值。在軟件設計中使用默認的12位轉換精度，外接供電電源，溫度數據的傳輸，由于只有一根數據線，直接將數據線與單片機的PA3口相連接，由單片機通過此數據線讀取數據。

4）按鍵設置電路

本系統的只有三個按鍵：K1鍵為設置功能鍵，可調節年、月、日、小時、分鐘的設定轉換；k2、k3鍵分別為“”、“”鍵，可分別實現加一、減一的操作。三個按鍵分別與單片機的PD4、PD5、PD6口相連接。

圖4 主程序流程圖

圖5 按鍵檢測子程序流程圖

圖6 顯示子程序流程圖

圖7 中斷服務子程序流程圖

車鑰匙ACC開關信號經過轉換處理接單片機的PD3口，主要用于控制數碼管的顯示：當車鑰匙開時，數碼管顯示；當車鑰匙關時，關數碼管顯示。

PD3、PD4、PD5、PD6口是I/O口分時復用，在數碼管顯示模塊中，作為數碼管的段碼部分輸出線。

5）數碼管顯示電路

本硬件電路的顯示模塊共有五個共陰數碼管，采用動態掃描方式，分別輪流顯示年份、月日、時分、溫度。數碼管的段碼分別接單片機的PD1、PD2、PD3、PD4、PD5、PD6、PC7，五個數碼管從左至右的位選碼分別接PB4、PB5、PC3、PC4、PC5。數碼管集成塊XD3942ASG-J中的秒信號燈L1、L2燈和L3燈的陽極接PC6，L1、L2燈陰極與數碼管位選碼復用接PC3，L3燈的陰極與數碼管位選碼復用接PC5。

6）在線調試接口J1

便于實時的進行在線調試和存儲器編程。

2.軟件設計

本系統使用C語言編程，系統軟件設計主要包括主程序設計和中斷服務程序設計。主程序包含按鍵檢測子程序、按鍵處理子程序、溫度測量轉換子程序、顯示子程序、時鐘初始化子程序、I/O口設為輸入口子程序、I/O設為輸出口子程序、定時器初始化子程序等等。

中斷服務子程序比較簡單，流程圖如圖7所示。定時器TIM2可以直接通過TIM2_PSCR寄存器對晶振頻率4MHz進行64分頻，從而得到了定時器的計數脈沖頻率為1/16MHz、周期為16us。設定定時器的定時常數為OF424H即為625OO，又625OO*16us=1s，所以定時器TIM2可以定時1秒作為時間的秒基準信號。當定時1秒時間到時，則向CPU申請中斷，在開中斷的情況下，CPU轉去執行中斷服務子程序。

1）按鍵檢測子程序

該程序流程圖見圖5，結合主程序流程圖圖4，得出按鍵檢測子程序流程圖圖中沒有通過延時來消除按鍵的抖動，而是一旦有按鍵按下，檢測到第一次低電平，keyn加1，此時應該是按鍵抖動的狀態，直接結束該子程序，按鍵無效；當執行完一遍主程序又循環調用按鍵檢測子程序時，又重新判斷是否有按鍵，有則keyn再加1，否則清零。因此，執行完一遍主程序檢測一次按鍵，要連續檢測到1O次按鍵為低電平，也就是至少要執行1O遍主程序才會有效地檢測到一次按鍵，若執行一遍程序需要5ms的時間，那么5ms*1O=5Oms，按鍵檢測避過了抖動期間，達到了按鍵消抖的目的，此時相應按鍵標志符號為1有效：設置鍵km=1，加1鍵ka=1，減1鍵ks=1。

2）按鍵處理子程序

該子程序的功能是根據檢測到的按鍵作相應的按鍵功能處理。根據設置鍵按下的次數，可分別設置年、月、日、小時、分鐘，即設置鍵按鍵值1為年份狀態，設置鍵按鍵值2為月份狀態，設置鍵按鍵值3為天數狀態，設置鍵按鍵值4為小時狀態，設置鍵按鍵值5為分鐘狀態，其他按鍵值為退出設置狀態。

如果為設置狀態下，按下加1鍵或減1鍵，相應的設置對象加1或減1；如果不是設置狀態下，按下加1鍵或減1鍵，則切換顯示狀態。

3）顯示子程序

該子程序流程圖見圖6。該子程序功能在車鑰匙未打開時，即ACC=O，則關顯示；在ACC=1時，如果時間晚間18：OO點到早上7點LED顯示亮度自動減少5O%，否則以正常亮度顯示。若設置鍵K1沒有按下，系統處在非設置狀態，則時間、月日、年份、溫度輪流顯示，在正常顯示中若有按下加1鍵或減1鍵，則輪流切換顯示方式；若按下設置鍵K1鍵，進入設置年份、月、日、時、分，相應的設置項會閃爍，按“”或“”鍵（加1鍵或減1鍵）改變數值。系統在設置狀態內，如果1O秒內沒有其他按鍵，則退出設置狀態，正常輪流顯示。五個數碼管采用動態掃描方式。

4）部分子程序（如下所示）

四、結論

本設計最大的優點是充分利用硬件資源，減少了硬件成本，系統硬件結構簡單，穩定性好，可靠性高，僅通過軟件編程實現車載溫度電子鐘的基本功能且計時準確，具有一定的實用性。軟件編程在按鍵的檢測以及顯示子程序方面也有一定的參考意義。

[1]謝維成,楊加國.單片機原理與應用及C51程序設計[M].北京:清華大學出版社,2009.

[2]STM8S_微控制器家族參考手冊_v4.0.PDF http://www.st.com/stonline/products/literature/rm/14587.pdf.

[3]STM8S103xx系列數據手冊(2009年3月)cn.PDF http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/15441.pdf.