基于32位單片機的人機測試儀

王英志 張 超 ，2 楊 佳

(1.長春理工大學 電子信息工程學院，吉林 長春 130022；2.上海品奇數碼科技有限公司，中國 上海 200070；3.吉林建筑大學 電氣與電子信息工程學院，吉林 長春 130021；4.吉林省建筑電氣綜合節能重點實驗室，吉林 長春 130021）

0 引言

在實際的電子研發設計、調試、以及現場維護工作中電子工程師需要一個完善，輕巧，功能復雜，操作簡潔，可定制的通信調試儀器，既能使電子工程師滿足輕便，易連接的要求，也要滿足可任意定制，自我完善的功能。跟據市場調查，目前市場上還不存在一個完善快速的，不依賴與計算機的通訊調試系統。很多都是功能單一，例如：基于8051的系統串口調試儀，基于PIC單片機的CAN調試系統。本設計是一個基于STM32F103 ARM，以通信測試、顯示為主要功能的測試儀。

1 系統硬件概述

本測試儀硬件上有CAN，RS232，串行通訊接口，RS485，以及預留通訊協議模擬接口，通過軟件很容易實現一個多重通信于一體的超級通訊機制，而且板載最大容量為16GByte的NAND Flash芯片，最大可擴展32GByte的SDCard多媒體卡片，滿足數據記錄時打大容量存儲需求，并且移植了FAT文件系統，目前支持FAT，FAT16，FAT32文件系統，可支持長文件名，為了兼容嵌入式系統設計本儀器搭載了1MByte的SRAM存儲，系統可直接訪問外部SRAM作為系統緩存，為圖形化設計提供了前提，同時增強了系統的擴展性設計，為系統的快速響應提供了硬件保障。工作在ISM2.4G頻段的無線通訊模塊，極大的擴展的系統的通訊能力。硬件框圖如圖1所示。

圖1 系統整體硬件概覽

ARM通過FSMC將NAND Flash、SRAM、以及圖形顯示驅動器這些總線型設備連接到一起。在通訊接口設計上主要得利于STM32強大的接口能力，設計中選用的STM32F103ZET6型號的處理器具有3個支持 ISO7816的 USART，一個 CAN（2.0B主動），一個USB接口。CAN信號由ARM接口經SN65HVD230總線驅動器發送到CAN總線上去。

2 系統軟件設計

Cortex-M3內核最多支持240個事件中斷，對于STM32F1系列的產品，供用戶使用的只有64個可配置中斷，這對于我的設計來說已經綽綽有余。對于極高優先級的任務觸發，采用NMI不可屏蔽中斷，對于日常事務，可以由軟中斷發出請求。另外Cortex-M3為了更好的支持嵌入式應用，內部硬件設置了一個32bit的滴答定時器，在以前，大多操作系統需要一個硬件定時器來產生操作系統需要的滴答中斷，作為整個系統的時基。例如，為多個任務許以不同數目的時間片，確保沒有一個任務能霸占系統；或者把每個定時器周期的某個時間范圍賜予特定的任務等，還有操作系統提供的各種定時功能，都與這個滴答定時器有關。因此，需要一個定時器來產生周期性的中斷，而且最好還讓用戶程序不能隨意訪問它的寄存器，以維持操作系統“心跳”的節律。Cortex-M3處理器內部包含了一個簡單的定時器。因為所有的Cortex-M3芯片都帶有這個定時器，軟件在不同Cortex-M3器件間的移植工作得以化簡。該定時器的時鐘源可以是內部時鐘（FCLK，Cortex-M3上的自由運行時鐘），或者是外部時鐘（Cortex-M3處理器上的STCLK信號）。程序框圖如圖2所示。

圖2 系統軟件整體框圖

3 總結

隨著科技和電子工程的飛速發展，工程師面臨越來越多的工業調試，現場數據記錄，亦需要一種功能強大便于攜帶和互聯的通信測試設備。文中通過模塊化的設計，創建了一種通用的通訊測試儀硬件結構。簡化了現場工程師的負擔，在提高可靠性和性能的前提下，降低了成本，具有良好的應用前景。本文描述的硬件和軟件設計還有很多不足之處。通訊接口部分增加靜電防護，例如TVS、壓敏電阻等瞬態抑制器件。軟件健壯性還需要更多的時間來完善，有待現場問題的反饋。

[1]饒運濤.現場總線CAN原理與應用技術[M].2版.北京：北京航空航天大學出版社，2007.

[2]羅峰，孫澤昌.汽車CAN總線系統原理、設計與應用[M].北京：電子工業出版社，.2010.

[3]GB/T19582.3-2008基于ModBus協議的工業自動化網絡[S].

[4]ST 意法半導體.STM32F10xxx 參考手冊[S].

[5]宋巖.Cortex-M3權威指南[M].北京：北京航空航天大學出版社，2009.