基于32位单片机的人机测试仪

王英志 张 超 ，2 杨 佳

(1.长春理工大学 电子信息工程学院，吉林 长春 130022；2.上海品奇数码科技有限公司，中国 上海 200070；3.吉林建筑大学 电气与电子信息工程学院，吉林 长春 130021；4.吉林省建筑电气综合节能重点实验室，吉林 长春 130021）

0 引言

在实际的电子研发设计、调试、以及现场维护工作中电子工程师需要一个完善，轻巧，功能复杂，操作简洁，可定制的通信调试仪器，既能使电子工程师满足轻便，易连接的要求，也要满足可任意定制，自我完善的功能。跟据市场调查，目前市场上还不存在一个完善快速的，不依赖与计算机的通讯调试系统。很多都是功能单一，例如：基于8051的系统串口调试仪，基于PIC单片机的CAN调试系统。本设计是一个基于STM32F103 ARM，以通信测试、显示为主要功能的测试仪。

1 系统硬件概述

本测试仪硬件上有CAN，RS232，串行通讯接口，RS485，以及预留通讯协议模拟接口，通过软件很容易实现一个多重通信于一体的超级通讯机制，而且板载最大容量为16GByte的NAND Flash芯片，最大可扩展32GByte的SDCard多媒体卡片，满足数据记录时打大容量存储需求，并且移植了FAT文件系统，目前支持FAT，FAT16，FAT32文件系统，可支持长文件名，为了兼容嵌入式系统设计本仪器搭载了1MByte的SRAM存储，系统可直接访问外部SRAM作为系统缓存，为图形化设计提供了前提，同时增强了系统的扩展性设计，为系统的快速响应提供了硬件保障。工作在ISM2.4G频段的无线通讯模块，极大的扩展的系统的通讯能力。硬件框图如图1所示。

图1 系统整体硬件概览

ARM通过FSMC将NAND Flash、SRAM、以及图形显示驱动器这些总线型设备连接到一起。在通讯接口设计上主要得利于STM32强大的接口能力，设计中选用的STM32F103ZET6型号的处理器具有3个支持 ISO7816的 USART，一个 CAN（2.0B主动），一个USB接口。CAN信号由ARM接口经SN65HVD230总线驱动器发送到CAN总线上去。

2 系统软件设计

Cortex-M3内核最多支持240个事件中断，对于STM32F1系列的产品，供用户使用的只有64个可配置中断，这对于我的设计来说已经绰绰有余。对于极高优先级的任务触发，采用NMI不可屏蔽中断，对于日常事务，可以由软中断发出请求。另外Cortex-M3为了更好的支持嵌入式应用，内部硬件设置了一个32bit的滴答定时器，在以前，大多操作系统需要一个硬件定时器来产生操作系统需要的滴答中断，作为整个系统的时基。例如，为多个任务许以不同数目的时间片，确保没有一个任务能霸占系统；或者把每个定时器周期的某个时间范围赐予特定的任务等，还有操作系统提供的各种定时功能，都与这个滴答定时器有关。因此，需要一个定时器来产生周期性的中断，而且最好还让用户程序不能随意访问它的寄存器，以维持操作系统“心跳”的节律。Cortex-M3处理器内部包含了一个简单的定时器。因为所有的Cortex-M3芯片都带有这个定时器，软件在不同Cortex-M3器件间的移植工作得以化简。该定时器的时钟源可以是内部时钟（FCLK，Cortex-M3上的自由运行时钟），或者是外部时钟（Cortex-M3处理器上的STCLK信号）。程序框图如图2所示。

图2 系统软件整体框图

3 总结

随着科技和电子工程的飞速发展，工程师面临越来越多的工业调试，现场数据记录，亦需要一种功能强大便于携带和互联的通信测试设备。文中通过模块化的设计，创建了一种通用的通讯测试仪硬件结构。简化了现场工程师的负担，在提高可靠性和性能的前提下，降低了成本，具有良好的应用前景。本文描述的硬件和软件设计还有很多不足之处。通讯接口部分增加静电防护，例如TVS、压敏电阻等瞬态抑制器件。软件健壮性还需要更多的时间来完善，有待现场问题的反馈。

[1]饶运涛.现场总线CAN原理与应用技术[M].2版.北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[2]罗峰，孙泽昌.汽车CAN总线系统原理、设计与应用[M].北京：电子工业出版社，.2010.

[3]GB/T19582.3-2008基于ModBus协议的工业自动化网络[S].

[4]ST 意法半导体.STM32F10xxx 参考手册[S].

[5]宋岩.Cortex-M3权威指南[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.