STM32F101VB微處理器在氣相色譜儀中的應用

　　氣相色譜儀控制核心主要有單片機、DSP和ARM芯片組成。其中單片機的數據運算能力較弱;DSP(Digital Singnal Processor)是一種獨特的微處理器，具有強大的數據處理能力和高運行速度，但通用功能相對較弱。相比之下，ARM芯片具有強大的事務(wù)處理功能，還可配合嵌入式操作系統使用，并適用于氣相色譜儀的控制核心。意法半導體公司的STM32F101VB微處理器使用高性能的ARM Cortex—M3 32位的RISC內核，工作頻率為36 MHz，內置高速存儲器(高達128 kB的閃存和16 kB的SRAM)，可增強I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線(xiàn)的外設。此外，其所有型號的器件均包含標準的通信接口(2個(gè)I2C接口、2個(gè)SPI接口和3個(gè)USART接口)，1個(gè)12位的ADC和3個(gè)通用16位定時(shí)器。

　　1 M32F101VB外圍電路設計

　　1.1電源設計

　　STM32F101VB微控制器的內核與I/O使用同一電源電壓，只需單電源3.3 V供電。AMS1117—3.3是AMS公司生產(chǎn)的工LDO芯片，其特點(diǎn)是輸出電流大、輸出電壓精度高，且穩定性好。該芯片輸出電流可達1 A，輸出電壓的精度在±1%以?xún)?，被廣泛用于手持式儀表、數字家電、工業(yè)控制等領(lǐng)域。電源電路如圖1所示。

　　圖1 電源電路

　　1.2復位電路

　　由于A(yíng)RM芯片的高速、低功耗、低工作電壓導致其噪聲容限低，對電源的紋波、瞬態(tài)響應性能、時(shí)鐘源的穩定性、電源監控可靠性等方面也提出了更高的要求。復位電路使用帶I2C存儲器的電源監控芯片CAT1025JI-30，以提高系統的可靠性，電路原理如圖2所示。

　　圖2 復位電路

　　信號nRST連接到STM32F101VB芯片的復位腳NRST，當復位按鍵RST按下時(shí)，CAT1025JI-30的RESET引腳立即輸出復位信號，使STM32F101VB芯片復位。

　　1.3儲器接口設計

　　W25X16是華邦公司推出的繼W25X10/20/40/80(1～8 MB)后容量更大的Flash產(chǎn)品，W25X16的容量為16 Mb.W25X16的擦寫(xiě)周期為10 000次，具有20年的數據保存期限，支持電壓為2.7～3.6 V，W25X16支持標準的SPI，還支持雙輸出的SPI，最大SPI時(shí)鐘可達75 MHz.

　　圖3 存儲器接口電路

　　1.4串行接口設計

　　串口通訊電路，如圖4所示。STM32F101VB內部集成了3個(gè)USART，此處使用USART1和USART2.其發(fā)送端和接收端分別與圖中的TX、RX相連。

　　圖4 串行通訊電路

　　人機接口是系統的重要部分。用戶(hù)通過(guò)對人機接口界面的操作來(lái)實(shí)現對系統的控制。儀器采用240×128的點(diǎn)陣式液晶(T6963控制器)，8×4行列式按鍵實(shí)現對系統的控制操作。

　　拓普微公司生產(chǎn)的LM240128T點(diǎn)陣圖形式液晶顯示模塊，采用RA8863(T6963C兼容)控制器，內嵌32 kBSRAM作為顯示存儲器。模塊大小為144.0 mm×104.0 mm×15.5 mm，點(diǎn)陣數240×128 dot.適配Intel8080操作時(shí)序電路，8 bit并口數據傳輸，內置128個(gè)字符，并可進(jìn)行文本顯示、圖形顯示和文本屬性顯示功能。文本顯示與圖形顯示多種顯示合成方式，2 kB自定義字符庫等豐富功能。

　　圖5 LM240128T點(diǎn)陣圖形式液晶顯示模塊電路

　　1.5網(wǎng)絡(luò )接口設計

　　DM9000CEP是一款集成了快速以太網(wǎng)MAC控制器與接口處理的芯片，其提供了介質(zhì)無(wú)關(guān)的接口，用于連接所有提供支持介質(zhì)無(wú)關(guān)接口功能的家用電話(huà)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )設備或其他收發(fā)器。該DM9000CEP支持8位、16位和32位接口訪(fǎng)問(wèn)內部存儲器，以支持不同的處理器。DM9000CEP物理協(xié)議層接口完全支持使用10 Mbit.s-1下3類(lèi)、4類(lèi)、5類(lèi)非屏蔽雙絞線(xiàn)和100Mbit.s-1下5類(lèi)非屏蔽雙絞線(xiàn)。因此符合IEEE 802.3u規格。其自動(dòng)協(xié)調功能將自動(dòng)完成配置以最大限度地適合其線(xiàn)路帶寬。并支持IEEE 802.3x全雙工流量控制。

　　YL2J201A是帶網(wǎng)絡(luò )變壓器的RJ45網(wǎng)絡(luò )端口，連接電路如圖6所示。

　　圖6 RJ45網(wǎng)絡(luò )端口電路

　　2系統測試

　　將設計好的氣相色譜儀與電腦進(jìn)行聯(lián)機，能夠通過(guò)工作站對儀器進(jìn)行各種操作，以及通過(guò)RJ45網(wǎng)絡(luò )端口對儀器進(jìn)行遠程控制。通過(guò)與上位機的聯(lián)機實(shí)驗可看出，與傳統以單片機為控制核心的氣相色譜儀相比，采用STM32F101VB微處理器的氣相色譜儀功能大幅增強，不僅具有豐富的接口，還便于數據的采集、傳輸和處理以及對儀器的遠程控制，且對數據處理的速度也有明顯提高。

　　3結束語(yǔ)

　　使用STM32F101VB做為氣相色譜儀的微處理器，不僅能兼顧氣相色譜儀對大量數據的快速處理，還可使其具有豐富的通用接口，并實(shí)現對儀器的遠程控制。STM32F101VB適用于作為現代氣相色譜儀的控制核心，也證明了該系統設計的可行性。