基于STM32的通用智能儀表設計及實現

盧宇帥

摘 要：智能儀表應用廣泛，市場上種類也很多，現在來介紹一種常用的智能儀表，它是把STM32作為控制器的核心，CAN為控制總線，結構簡單，功能卻很強大，應用性強。經測試效果很好。

關鍵詞：智能儀表；STM32；CAN總線

1 系統設計

STM32微型處理器用的是Cortex-M3內核，外面的接口非常多，主頻高達72MHz，它是一種能遠程控制的儀器，CAN能被廣泛應用到很多行業，優點很多。如功能強大、可靠性高、技術先進且成本合理等。CAN總線可以支持多主，通信率高達1Mbit/s（間離小于20m），用這種方式來布置線路，方便性和可靠性大幅度增強。下圖就是智能儀表的設計圖。

2 關鍵硬件設計

STM32可以用在很多設備上，可以根據用途，選擇合適的科學的硬件要求。這種系統還有一個強大的功能是能裁剪，我們可以按照需求對硬件進行調整，找出適合我們，經濟實惠的進行使用。

2.1 核心處理器

核心處理器使用STM32F103VC，內核是功能強大的32位RISC，工作頻率為72MHz，內部安裝高速的存儲器，能夠增強I/O的端口并能連接到兩條APB的總線；有三個十二位的ADC，能夠提供十五種采樣通道或者多種模式；DMA控制器的通道很多，高達十二個，能持的外設種類更多；還包括四個十六位的定時器與兩個PWM定時器；通信標準接口很多，工業領域非常適合；帶4個片選的靈活的靜態存儲器控制器，支持SD卡、SRAM、PSRAM、NOR和NAND存儲器；提供并行LCD接口，兼容8080/6800模式；采用LQFP100封裝，提供80個GPIO；除了模擬輸入I/O，其他管腳可以承受5V信號輸入；供電范圍非常寬，兩伏到三點六伏之間，還有能編程的電壓檢測器，讓整個系統的工作更穩定，抗干擾能力更強，把溫度傳感器與內部ADC直接相連，能更簡便的監測器件周圍的環境；最適合的溫度是四十到一百零五攝氏度，達到工業生產中的應用需求。

2.2 抗干擾設計

內部建設也重要。每種電路里面含有兩種類型的信號，一類是模擬信號，另一類是數字信號。兩類中抗干擾能力最強的是數字信號，但是噪音很大，它就成了模擬信號的主要噪聲源，因此要重視兩種信號的隔離與去耦。用5V電源輸入，要在輸入端加入相應的去耦電容。STM32有各種各樣的規格，差別很大，VDD/VSS可以分為兩種，一是多組管腳，二是一組管腳。它的內部的所有VDD和所有的VSS是相互連接起來的，但在芯片的外部還是要連接起來。原因是導線太細，僅僅把內部的線路連接，負載能力會遠遠降低，抗干擾能力也大不如以前，要是漏接，會損壞線路和降低抗干擾能力。

2.3 鍵盤設計

鍵盤的電路應該使用獨立的，這樣可以大大提升CPU的工作效率。中斷CPU查看管腳，然后讀取鍵盤的數據。CH451是鍵盤的一個控制芯片，在控制芯片中安裝一個RC的振蕩電路，這樣8×8的掃描就能在鍵盤上實現，數據交換是用串聯接口和單片機進行交換的，上電復位與看門狗就能被監控。鍵盤要是出現中斷，這時低電平就會輸出。CH451有四線的高速串聯接口和四個信號線。鍵盤啟用掃描，DOUT會作為數據輸出，它是默認的高電平。可以提供串行類數據的DIN，一在高電平，零在低電平，輸入順序是先低位后高位。還有，當CH451的上電恢復原位后，要在串行輸入前，先把低電平脈沖輸出，這樣就能通知CH451去使能四線的串行接口。串行數據用LOAD加載，CH451在其上升沿加載移位寄存器的12位數據，作為操作命令分析并處理，也就是說，LOAD的上升沿是串行數據幀完成的標志。這時移位寄存器的數據不管是多少，都會作為操作命令的。當沒有按鍵按下時，SIG0～SIG7都被下拉電阻拉到低電平；當有按鍵按下時，按鍵對應的SIG管腳輸入高電平。要是兩次檢測時按下的是同一個鍵，DOUT就會輸出實行鍵盤中斷。CH451能提供七位的按鍵代碼，二至零位是掃描列的，五至三位是掃描行的，六表示鍵盤狀態，如果按下就是一，表示釋放是零。下圖就是鍵盤工作原理設計圖。