基于STM32的通用智能仪表设计及实现

卢宇帅

摘 要：智能仪表应用广泛，市场上种类也很多，现在来介绍一种常用的智能仪表，它是把STM32作为控制器的核心，CAN为控制总线，结构简单，功能却很强大，应用性强。经测试效果很好。

关键词：智能仪表；STM32；CAN总线

1 系统设计

STM32微型处理器用的是Cortex-M3内核，外面的接口非常多，主频高达72MHz，它是一种能远程控制的仪器，CAN能被广泛应用到很多行业，优点很多。如功能强大、可靠性高、技术先进且成本合理等。CAN总线可以支持多主，通信率高达1Mbit/s（间离小于20m），用这种方式来布置线路，方便性和可靠性大幅度增强。下图就是智能仪表的设计图。

2 关键硬件设计

STM32可以用在很多设备上，可以根据用途，选择合适的科学的硬件要求。这种系统还有一个强大的功能是能裁剪，我们可以按照需求对硬件进行调整，找出适合我们，经济实惠的进行使用。

2.1 核心处理器

核心处理器使用STM32F103VC，内核是功能强大的32位RISC，工作频率为72MHz，内部安装高速的存储器，能够增强I/O的端口并能连接到两条APB的总线；有三个十二位的ADC，能够提供十五种采样通道或者多种模式；DMA控制器的通道很多，高达十二个，能持的外设种类更多；还包括四个十六位的定时器与两个PWM定时器；通信标准接口很多，工业领域非常适合；带4个片选的灵活的静态存储器控制器，支持SD卡、SRAM、PSRAM、NOR和NAND存储器；提供并行LCD接口，兼容8080/6800模式；采用LQFP100封装，提供80个GPIO；除了模拟输入I/O，其他管脚可以承受5V信号输入；供电范围非常宽，两伏到三点六伏之间，还有能编程的电压检测器，让整个系统的工作更稳定，抗干扰能力更强，把温度传感器与内部ADC直接相连，能更简便的监测器件周围的环境；最适合的温度是四十到一百零五摄氏度，达到工业生产中的应用需求。

2.2 抗干扰设计

内部建设也重要。每种电路里面含有两种类型的信号，一类是模拟信号，另一类是数字信号。两类中抗干扰能力最强的是数字信号，但是噪音很大，它就成了模拟信号的主要噪声源，因此要重视两种信号的隔离与去耦。用5V电源输入，要在输入端加入相应的去耦电容。STM32有各种各样的规格，差别很大，VDD/VSS可以分为两种，一是多组管脚，二是一组管脚。它的内部的所有VDD和所有的VSS是相互连接起来的，但在芯片的外部还是要连接起来。原因是导线太细，仅仅把内部的线路连接，负载能力会远远降低，抗干扰能力也大不如以前，要是漏接，会损坏线路和降低抗干扰能力。

2.3 键盘设计

键盘的电路应该使用独立的，这样可以大大提升CPU的工作效率。中断CPU查看管脚，然后读取键盘的数据。CH451是键盘的一个控制芯片，在控制芯片中安装一个RC的振荡电路，这样8×8的扫描就能在键盘上实现，数据交换是用串联接口和单片机进行交换的，上电复位与看门狗就能被监控。键盘要是出现中断，这时低电平就会输出。CH451有四线的高速串联接口和四个信号线。键盘启用扫描，DOUT会作为数据输出，它是默认的高电平。可以提供串行类数据的DIN，一在高电平，零在低电平，输入顺序是先低位后高位。还有，当CH451的上电恢复原位后，要在串行输入前，先把低电平脉冲输出，这样就能通知CH451去使能四线的串行接口。串行数据用LOAD加载，CH451在其上升沿加载移位寄存器的12位数据，作为操作命令分析并处理，也就是说，LOAD的上升沿是串行数据帧完成的标志。这时移位寄存器的数据不管是多少，都会作为操作命令的。当没有按键按下时，SIG0～SIG7都被下拉电阻拉到低电平；当有按键按下时，按键对应的SIG管脚输入高电平。要是两次检测时按下的是同一个键，DOUT就会输出实行键盘中断。CH451能提供七位的按键代码，二至零位是扫描列的，五至三位是扫描行的，六表示键盘状态，如果按下就是一，表示释放是零。下图就是键盘工作原理设计图。