基于STM32的多路電壓測量設計方案

3.3 LCD控制電路

本設計所使用的LCD為2.4寸，320×240分辨率。LCD模塊使用STM32的FSMC接口控制。

FSMC(Flexible Static Memory Controller)即可變靜態(tài)存儲控制器，是STM32系列中內部集成256KB以上Flash,后綴為xC、xD和xE的高存儲密度微控制器特有的存儲控制機制。通過(guò)對特殊功能寄存器的設置，FSMC能夠根據不同的外部存儲器類(lèi)型，發(fā)出相應的數據/地址/控制信號類(lèi)型以匹配信號的速度，從而使得STM32系列微控制器不僅能夠應用各種不同類(lèi)型、不同速度的外部靜態(tài)存儲器，而且能夠在不增加外部器件的情況下同時(shí)擴展多種不同類(lèi)型的靜態(tài)存儲器，滿(mǎn)足系統設計對存儲容量、產(chǎn)品體積以及成本的綜合要求。

在STM32內部，FSMC的一端通過(guò)內部高速總線(xiàn)AHB連接到內核Cortex-M3,另一端則是面向擴展存儲器的外部總線(xiàn)。內核對外部存儲器的訪(fǎng)問(wèn)信號發(fā)送到AHB總線(xiàn)后，經(jīng)過(guò)FSMC轉換為符合外部存儲器通信規約的信號，送到外部存儲器的相應引腳，實(shí)現內核與外部存儲器之間的數據交互。F S M C起到橋梁作用，既能夠進(jìn)行信號類(lèi)型的轉換，又能夠進(jìn)行信號寬度和時(shí)序的調整，屏蔽掉不同存儲類(lèi)型的差異，使之對內核而言沒(méi)有區別。

FSMC可以連接NOR/PSRAM/NAND/PC卡等設備，并且擁有FSMC_A[25:0]共26條地址總線(xiàn)，FSMC[15:0]共16條數據總線(xiàn)。另外，FSMC擴展的存儲空間被分成8個(gè)塊。通過(guò)地址線(xiàn)選擇操作的塊。這樣，LCD將被看作一個(gè)擁有一塊地址空間的存儲器進(jìn)行操作。

3.4 SD卡驅動(dòng)電路

本設計中使用的SD卡為MicroSD,也稱(chēng)TF卡。MicroSD卡是一種極細小的快閃存儲器卡，主要應用于移動(dòng)電話(huà)，但因它的體積微小和儲存容量的不斷提升，現在已經(jīng)使用于GPS設備、便攜式音樂(lè )播放器、數碼相機和一些快閃存儲器盤(pán)中。MicroSD卡引腳圖如圖9所示。

MicroSD卡與SD卡一樣，有SPI和SDIO兩種操作時(shí)總線(xiàn)。SPI總線(xiàn)相對于SDIO總線(xiàn)接口簡(jiǎn)單，但速度較慢。我們使用SDIO模式。

MicroSD卡在SDIO模式時(shí)有4條數據線(xiàn)。

其實(shí)，MicroSD在SDIO模式時(shí)有1線(xiàn)模式和4線(xiàn)模式，也就是分別使用1根或4根數據線(xiàn)。當然，4線(xiàn)模式的速度要快于1線(xiàn)模式，但操作卻較復雜。本設計中使用的是SDIO的4線(xiàn)模式。MicroSD卡的硬件連接圖如圖3所示。

3.5 觸摸屏電路

本設計在測量的通道和顯示設置上，除了使用按鍵設置，還使用觸摸屏進(jìn)行設置。

觸摸屏使用芯片TSC2046控制，其硬件連接圖如圖4所示。

在圖4中，TSC2046可以采集觸摸屏的點(diǎn)坐標，從而確定觸摸的位置，進(jìn)行人機交互。

STM32單片機通過(guò)SPI總線(xiàn)與TSC2046通信，可以得到觸摸信息。本設計使用觸摸屏進(jìn)行測量通道數的設置和測量速度的設置。

4.系統軟件設計

4.1 軟件流程

系統軟件部分使用C語(yǔ)言編程，同時(shí)使用STM32官方提供的固件庫，使用的版本為3.5版。STM32固件庫也稱(chēng)固件函數庫或標準外設庫，是一個(gè)固件函數包，它由程序、數據結構和宏組成，包括了微控制器所有外設的性能特征。該函數庫還包括每一個(gè)外設的驅動(dòng)描述和應用實(shí)例，為開(kāi)發(fā)者訪(fǎng)問(wèn)底層硬件提供了一個(gè)中間API,通過(guò)使用固件函數庫，無(wú)需深入掌握底層硬件細節，開(kāi)發(fā)者就可以輕松應用每一個(gè)外設。因此，使用固態(tài)函數庫可以大大減少用戶(hù)的程序編寫(xiě)時(shí)間，進(jìn)而降低開(kāi)發(fā)成本。每個(gè)外設驅動(dòng)都由一組函數組成，這組函數覆蓋了該外設所有功能。簡(jiǎn)單的說(shuō)，使用標準外設庫進(jìn)行開(kāi)發(fā)最大的優(yōu)勢就在于可以使開(kāi)發(fā)者不用深入了解底層硬件細節就可以靈活規范的使用每一個(gè)外設。

軟件部分為了方便存儲數據的查看和讀取，在MicroSD卡部分使用了fatfs文件系統。

FAFFS是面向小型嵌入式系統的一種通用的FAT文件系統。FATFS完全是由AISI C語(yǔ)言編寫(xiě)并且完全獨立于底層的I/O介質(zhì)。因此它可以很容易地不加修改地移植到其他的處理器當中，如8051、PIC、AVR、SH、Z80、H8、ARM等。

FATFS支持FAT12、FAT16、FAT32等格式，所以我們利用前面寫(xiě)好的SDIO驅動(dòng)，把FATFS文件系統代碼移植到工程之中，就可以利用文件系統的各種函數，對已格式化的SD卡進(jìn)行讀寫(xiě)文件了。

以上是系統軟件設計的兩個(gè)主要部分，其他還有LCD驅動(dòng)程序，ADC和DMA驅動(dòng)程序，按鍵中斷程序等。

4.2 軟件文件結構

文件main.c是整個(gè)程序的入口文件，也是主要文件。global.c和global.h主要是共用的函數和全局性的宏定義。LCD_Disp.c和LCD_Disp.h是基于STM32固件庫的對LCD的底層驅動(dòng)函數。Lcdfunc.c和lcdfunc.h是為了主程序更方便的操作LCD而編寫(xiě)的一些常用的復雜的對LCD底層函數的封裝函數。sdio_sdcard.c和sdio_sdcard.h是基于STM32固件庫的對MicroSD卡的底層驅動(dòng)函數。fat文件系統在STM32上的使用需要針對具體類(lèi)型的硬件進(jìn)行配置，所以它是基于MicroSD卡的底層驅動(dòng)程序的。fatfunc.c和fatfunc.h是對fat文件操作接口的一些封裝，是針對本設計中對文件的操作編寫(xiě)的。其余的按鍵中斷和ADC等操作的函數是直接基于STM32固件庫的，并直接被主程序調用。

5.總結

STM32在速度、功耗方面性能都更加優(yōu)越，其豐富的外設也更加方便設計。另外，STM32價(jià)格較低，在成本上也有優(yōu)勢。STM32適合于控制電子設備的設計。設計中使用的ADC是STM32上的12位ADC,能夠滿(mǎn)足一定的測量精度，對于較高的測量要求，則需要使用更高精確度的ADC.但是使用高精度ADC和DSP芯片，將很大的增加開(kāi)發(fā)成本。本設計方案完成了多路電壓測量的各項功能，但是還需要在使用中檢測其穩定可靠性，以使設計更加完善。