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端口和聯接到兩條APB總線的外設。此外，其所有型號的器件均包含標準的通信接口(2個I2C接口、2個SPI接口和3個USART接口)，1個12位的ADC和3個通用16位定時器。

　　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公司生產的工LDO芯片，其特點是輸出電流大、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%以內，被廣泛用于手持式儀表、數字家電、工業控制等領域。電源電路如圖1所示。

　　圖1 電源電路

　　1.2復位電路

　　由于ARM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、瞬態響應性能、時鐘源的穩定性、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，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產品，W25X16的容量為16 Mb.W25X16的擦寫周期為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USART，此處使用USART1和USART2.其發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。用戶通過對人機接口界面的操作來實現對系統的控制。儀器采用240×128的點陣式液晶(T6963控制器)，8×4行列式按鍵實現對系統的控制操作。

　　拓普微公司生產的LM240128T點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，點陣數240×128 dot.適配Intel8080操作時序電路，8 bit并口數據傳輸，內置128個字符，并可進行文本顯示、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點陣圖形式液晶顯示模塊電路

　　1.5網絡接口設計

　　DM9000CEP是一款集成了快速以太網MAC控制器與接口處理的芯片，其提供了介質無關的接口，用于連接所有提供支持介質無關接口功能的家用電話線網絡設備或其他收發器。該DM9000CEP支持8位、16位和32位接口訪問內部存儲器，以支持不同的處理器。DM9000CEP物理協議層接口完全支持使用10 Mbit.s-1下3類、4類、5類非屏蔽雙絞線和100Mbit.s-1下5類非屏蔽雙絞線。因此符合IEEE 802.3u規格。其自動協調功能將自動完成配置以最大限度地適合其線路帶寬。并支持IEEE 802.3x全雙工流量控制。

　　YL2J201A是帶網絡變壓器的RJ45網絡端口，連接電路如圖6所示。

　　圖6 RJ45網絡端口電路

　　2系統測試

　　將設計好的氣相色譜儀與電腦進行聯機，能夠通過工作站對儀器進行各種操作，以及通過RJ45網絡端口對儀器進行遠程控制。通過與上位機的聯機實驗可看出，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

　　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。