觸摸式取暖器溫控電路的設計與實現(xiàn)畢業(yè)設計

1、計算機信息工程學院畢業(yè)設計說明書觸摸式取暖器溫控電路的設計與實現(xiàn)摘要本文的主要目的是介紹觸摸式取暖器其溫控電路的設計與實現(xiàn)。取暖器是冬天最常用的民用產(chǎn)品，隨著新型電子元器件的，在高檔家用取暖器中以觸摸式按鍵代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械按鍵開關或者彈觸開關進行相關的操作。該產(chǎn)品的主芯片利用的是stm8s105k4單片機，stmicroelectronics公司為了順應時代的發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)了一整套的觸摸感應軟件庫，使得任意一款8位的stm8系列單片機都可以成為一個電容式觸摸按鍵處理芯片，用cosmic c進行編程實現(xiàn)其觸摸操作，軟件實現(xiàn)需要用到st toolset提供的相關軟件開發(fā)環(huán)境。本產(chǎn)品也實現(xiàn)了紅外控制功

2、能，根據(jù)紅外機制，利用相應的irda紅外器件配置了一個紅外遙控器、主板上有相應的接收器。同時配置了溫度傳感器，其利用了熱敏電阻的性質(zhì)，用來對溫度的采集，測量的溫度數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成模擬信號，然后內(nèi)核將此信號再轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，時鐘模塊實現(xiàn)了日期時間的實時更新與調(diào)節(jié)，這些信息均能通過led顯示屏顯示出來，其中顯示電路用到了tm1668顯示驅(qū)動芯片，蜂鳴器起到報警和提示的功能，這是很多電子產(chǎn)品必不可少的一部分。在電源電路的設計上，需要全面考慮各元器件的額定電壓，已確保整個裝置的安全，實現(xiàn)穩(wěn)流、穩(wěn)壓、低功耗、安全節(jié)能。目前市場上取暖產(chǎn)品各種各樣，它們帶給了人們很多的溫暖這是顯而易見的，但由于使用不當或者產(chǎn)品

3、本身問題，也存在著較多的問題。該產(chǎn)品的出現(xiàn)，以其自身獨具特有優(yōu)勢，很受廣大消費者的歡迎，相信在不久的將來會在該領域搶先占得一席之地。關鍵詞：觸摸式取暖器 stm8s105k4st toolset irda器件 cosmic1abstractthe main purpose of this paper is to introduce touch-heater temperature control circuit design and implementation. heater is the most common winter civilian products, along with ne

4、w electronic components, high-end home heating to touch buttons instead of the traditional touch switches or membrane switch to control its operation.the main advantage of this product is stm8s105k4 chip microcontroller, stmicroelectronics companies in order to conform to the development of the time

5、s, has developed a set of touch-sensing software library, making any of a series of 8-bit stm8 microcontroller can be used as a capacitive touch button controllers use with cosmic c programming to achieve its touch operation, software implementation need to use st toolset provide related software de

6、velopment environment. this product is also achieved infrared control function, according to the infrared system, using the corresponding irda infrared devices equipped with an infrared remote control; there is a corresponding receiver on the motherboard. configured with a temperature sensor, which

7、utilizes the nature of the thermostat is used to collect temperature, measured temperature data is converted into an analog signal, and then the core of this signal is then converted to a digital signal, a clock module of the date and time real-time updates and regulation, such information can be di

8、splayed via led display, which shows the circuit used in the tm1668 display driver chip, buzzer alarm and prompt play function, which is an essential part of many electronic products. in the design of the power supply circuit, the need to take full account of the various components of the rated volt

9、age, has been to ensure the safety of the device, to achieve steady flow, voltage, low power consumption, energy security.a wide variety of heating products currently on the market, they bring a lot of people warm this is obvious, but the product itself due to improper use or questions, there are mo

10、re problems. appearance of the product, because of its unique advantages, popular with the majority of consumers believe that in the near future will be the first occupying a place in the field.key words: touch heater stm8 st toolset irda components cosmic c目錄目錄i第1章 緒論11.1 課題背景與現(xiàn)狀11.2 開發(fā)平臺與產(chǎn)品21.3 設計

11、需求21.4 本章小結3第2章 設計方案42.1 設計概述42.2 方案比較42.3 設計要求52.4 本章小結6第3章 各組成部分概述及硬件設計73.1 stm8s系列單片機73.1.1 stm8s系列單片機概述73.1.2 stm8s主要特點:73.1.3 stm8s主要應用:83.1.4 stm8s開發(fā)套件93.1.5 stm8s105k4mcu103.2 觸摸按鍵的設計113.2.1 rc觸摸感應簡述113.2.2 rc感應原理123.2.3 觸摸感應的硬件設計133.3 irda紅外通訊模塊的設計143.3.1 irda簡介143.3.2 irda器件的構成與簡介153.3.3 紅外

12、遙控電路的設計173.4 led顯示器183.4.1 tm1668概述183.4.2 tm1668特性說明193.4.3 主要應用193.4.4 顯示電路的設計203.5 實時時鐘203.5.1 hym1302概述203.5.2 hym1302特點213.5.3 hym1302應用223.5.4 時鐘模塊的電路設計223.6 溫度傳感器233.6.1 溫度傳感器概述233.6.2 ntc溫度傳感器的特性與應用243.7 蜂鳴器模塊243.8 電源電路的設計253.8.1 5v開關電源穩(wěn)壓電路253.8.2 加熱設備電源電路263.9 本章小結26第4章 軟件設計274.1 stm8集成開發(fā)環(huán)境

13、介紹274.1.1 st toolset274.1.2 cosmic c編譯器294.2 軟件設計流程304.2.1 主程序工作原理314.2.2 主狀態(tài)機工作流程324.3 分塊系統(tǒng)的設計344.3.1 觸摸按鍵程序的設計344.3.2 紅外遙控程序設計374.3.3 傳感器的溫度采集394.3.4 系統(tǒng)加熱控制設計414.4 本章小結42第5章 制作與仿真調(diào)試435.1 使用的儀器儀表及工具435.2 硬件制作與調(diào)試435.2.1 電路板的設計435.2.2 系統(tǒng)硬件調(diào)試445.3 軟件調(diào)試455.3.1 調(diào)試與錯誤分析455.3.2 調(diào)試結果與心得485.4 本章小結48第6章 總結與展

14、望496.1 設計總結496.2 前景展望50致謝51參考文獻52附錄53前言在寒冷的冬天最開心之事莫過于得到春天般的溫暖。在科技不發(fā)達的年代人們已經(jīng)想到各種辦法在冬天進行取暖，如：燒材取暖、炕上取暖，進而演變成目前各式各樣的由科技催生的產(chǎn)品取暖器步入千家萬戶。綜合來看，每年都會由于各種原因而造成暖器所帶來的事故。因此在21世紀這種科技高度發(fā)展的今天急需運用新技術研發(fā)出一種安全、高效、節(jié)能的取暖器產(chǎn)品來解決這種狀況，觸摸式取暖器的研發(fā)不僅是技術上的突破，也給對當今取暖器市場注入了新的活力，它給用戶帶來了溫暖和舒適安全的享受，大大豐富了人們冬天的生活條件。不斷的追求新技術的應用是每個行業(yè)都關注與

15、研究的重點。2013年的冬季來臨之際，新一代的取暖器設備觸摸式取暖器應運而生。該產(chǎn)品一經(jīng)投入市場就吸引了廣大用戶的眼光，它全新的操控流程、人性化的使用感受得到人們的廣泛親睞。經(jīng)市場論證，該產(chǎn)品已顛覆傳統(tǒng)的形式給大家?guī)砹藴嘏南硎?，其獨特的性能也使其能搶得市場先機。觸摸式取暖器的研發(fā)也是一個大膽的嘗試，其取暖過程中自動化控制程度較高。傳感器對溫度的采集，經(jīng)過分析是否達到預設溫度，再進行溫度的調(diào)控，這與傳統(tǒng)的取暖器有著很大的不同，傳統(tǒng)的取暖器不停的加熱電阻進行溫度的不斷傳送，沒有這種溫度的調(diào)控。該產(chǎn)品不僅是對自身設備的一種保護，更保護了用戶的安全與感受。該產(chǎn)品的研究思想也能應用到其他家居產(chǎn)品上來

16、。iii第1章 緒論1.1 課題背景與現(xiàn)狀時代總是大步的前行，在科技高速發(fā)展的今天誰站在了科技的前端誰就能占據(jù)市場。各行各業(yè)都在面對日趨日益的競爭，大家都在尋求新的出路，特別是電子科技類的公司，不斷的運用新技術來推陳出新才是最好的發(fā)展之路。取暖器是一個普通的家用家電設備，在冬天有著一個很大的應用市場，特別是在寒冷的北方，應該來說是家居必備。傳統(tǒng)的取暖器（圖1-1）實現(xiàn)了溫度的采集與擴散，其對四周的溫度是一個不斷加熱的過程，存在著諸多的隱患，而本產(chǎn)品觸摸式取暖器（圖1-2）基于此缺陷上進行了大膽的革新，其不僅實現(xiàn)了傳統(tǒng)取暖器的功能，也能實現(xiàn)對溫度的自動調(diào)控，很大程度上滿足了用戶的需求。同時，該取

17、暖器還搭配了紅外控制模塊，無需接觸取暖器，在一定的距離之內(nèi)，通過手中的遙控器就能對取暖器進行設置，達到自己預期的目的。其獨特的自動鎖、時鐘顯示、模式切換都是該產(chǎn)品的亮點。圖1-1觸摸式取暖器 圖1-2傳統(tǒng)取暖器目前該產(chǎn)品已經(jīng)得到市場的認證，其技術也會被不斷的應用到相關的領域。在本文中，會詳細的介紹該產(chǎn)品極其運用的相關技術。57計算機信息工程學院畢業(yè)設計說明書1.2 開發(fā)平臺與產(chǎn)品觸摸式取暖器故名思議就是配置了觸摸按鍵的取暖器，當今我們的生活中與觸摸設置息息相關，如：手機、平板電腦、音樂播放器等等。本產(chǎn)品的出現(xiàn)更加接近了我們的生活，其運用了stm8單片機的特性設置了表面電容式觸摸按鍵，表面電容按

18、鍵由一個連接到設備的單端銅電極組成，它不必非常靈敏，因為他僅僅需要感應是否有手指按下或者釋放。該產(chǎn)品就很好的運用了該技術，當然它的魅力不僅在于此，它給我們的生活帶來了諸多的可行性。近年來，基于stm系列單片機的應用開發(fā)越來越多的深入到我們的日常生活中來。如：智能家居、醫(yī)療設備、公共建設等各個方面。其低成本、開發(fā)周期短、產(chǎn)品可延續(xù)性強的優(yōu)越性都是不言而喻的。stm8系列單片機在這些方面表現(xiàn)出了更強的適應力，我們利用其官方提供的資料能更好的進行相關方面的學習與開發(fā)。硬件方面的主要設計就是電路的設計，我們除了觸摸模塊利用了stm8單片機的特性，還應用了irda紅外器件對紅外控制模塊進行了設計，此舉大

19、大的方便了用戶的操作。軟件方面我們利用了cocmic官方提供的cxstm8環(huán)境結合st visual develop環(huán)境進行c語言的編程設計，以此來實現(xiàn)觸摸控制。為了實現(xiàn)該方面的工作，環(huán)境的配置是前提，必須首先向cosmic公司申請注冊信息，以郵件的方式向該公司發(fā)送注冊信息，收到回復后將郵件所回復的注冊信息復制到注冊文件夾中去。這樣可以得到一年的免費應用權，利用該軟件進行項目的開發(fā)與學習。該編譯環(huán)境有著強大的編譯能力，識別錯誤能力很強，能使程序員第一時間發(fā)現(xiàn)錯誤并去糾正。利用st公司的仿真器進行仿真學習，能觀察到程序進程，各步驟變量與參數(shù)的變化，更加利于產(chǎn)品的開發(fā)。該產(chǎn)品就是基于這些技術的前提

20、下而研發(fā)的，簡便安全的操作深得廣大用戶喜愛，傾倒后自動斷電的設置與兒童鎖加大了該產(chǎn)品的安全性，對流式加熱空氣中的溫度也使用戶感覺更加舒適。1.3 設計需求為了達到使產(chǎn)品的成功實現(xiàn)，需要做大量的工作。最主要的是實現(xiàn)觸摸控制，關系到軟、硬件兩個方面的設計。其市場目的顯而易見，對傳統(tǒng)的取暖設備進行更新，順應廣大用戶的需求，實現(xiàn)高效、節(jié)能、人文關懷的理念。對于該課題的研究就具有很深刻的學習意義，意法半導體的stm8系列8位mcu為工業(yè)生產(chǎn)以及家電應用提供了良好的解決方案，學習該方面的內(nèi)容能應用到我們生活中來，與日常生產(chǎn)息息相關。最新的mcu結合了3級流水線的架構，使stm8s 系列mcu具有最優(yōu)益的性

21、能。對其開發(fā)環(huán)境的學習也比較直觀易用，縮短了產(chǎn)品的上市時間。由于環(huán)境的不斷惡化、能源危機的加重，顯然傳統(tǒng)的燃火取暖、純電阻加熱取暖會進一步加重該情況的惡化，所以能夠?qū)崿F(xiàn)對溫度的調(diào)節(jié)控制的取暖器產(chǎn)品具有其現(xiàn)實意義，它具有以下幾個方面的優(yōu)點：（） 全新的體驗觸摸式按鍵這是本產(chǎn)品最大的亮點，取代了以往的按鈕設置，防止了按鈕由于塌陷、破裂等帶來的不便，該觸摸式按鍵無需按到一定的力度使兩電極融合，只需表面電容感應到是否有手指的接觸，從而延長了按鍵的生命周期。（） 更加安全節(jié)能的保護閃防傾倒設置和兒童鎖為該產(chǎn)品提供了一層安全保障。采用重力感應技術設計了防傾倒裝置，取暖器在不經(jīng)意間或其他不可知情況下傾倒時，

22、該產(chǎn)品會自動斷開電源，防止意外發(fā)生也節(jié)約了能源。兒童鎖是為了防止不知情人員隨意調(diào)控按鍵，造成不必要的麻煩，一但鎖定后，其他操作無效，除非解鎖。（） 溫度的隨心所欲這個技術和空調(diào)、冰箱等溫度的設置有幾乎相同的道理。首先設置一個自己預期的溫度，由溫度傳感器收集外界溫度信息，當外界溫度低于此設置溫度，取暖器開始供熱，直到達到該預設溫度，然后停止加熱。（） 時間的任意掌握這包含了定時開關機，在24小時內(nèi)可以設定任意時間進行開關機，照顧了用戶的體驗。同時該取暖器還配備了實時時鐘，可以知道當時的具體時間。（） 分時段工作本產(chǎn)品可以按時間段進行工作。在24小時內(nèi)可以按外界的溫度設定出自己所預期的溫度，然后取

23、暖器進行自動調(diào)節(jié)，免除用戶每次使用時進行設置的煩惱。綜上所述，本課題的主要內(nèi)容是：l 第二章會對觸摸式取暖器的設計方案進行深入的分析，以實現(xiàn)滿足要求的可行性方案。l 第三章對觸摸式取暖器的各組成部分進行概述，梳理清其組成框架及其各部分的主要原理，以及對硬件電路進行設計，包括控制電路及電源電路等各個方面的設計。l 第五章對軟件方面的設計，利用相關編譯環(huán)境實現(xiàn)觸摸程序，包括溫度的調(diào)節(jié)與校正、時間的調(diào)節(jié)與校正、溫度的采集等。l 第六章對所設計的產(chǎn)品進行安裝配置與調(diào)試、進行仿真、檢查其存在的不足并修正。1.4 本章小結本章主要從當今取暖器市場現(xiàn)狀與課題設計現(xiàn)狀展開了分析，揭示了傳統(tǒng)取暖器存在的缺點，進

24、而提出了該設計的思想，從而付諸產(chǎn)品的實現(xiàn)，其特點決定了其優(yōu)勢也是意料之中的。之后也規(guī)劃了一下本文后期的內(nèi)容。第2章 設計方案2.1 設計概述本產(chǎn)品設計屬于單片機應用的開發(fā)。進行該產(chǎn)品設計最關鍵、最重要的一步是單片機控制總體方案的選擇與確定。它的好壞，直接決定了整個取暖器的性能及用戶體驗感受。主要是根據(jù)用戶的需求、硬件的性能以及技術等方面而確定總體方案的設計。產(chǎn)品設計方法大致如下：根據(jù)預期的要求，首先確定出采用何種單片機已使其有更好的性能、更易于開發(fā)且效益最優(yōu)；再者是根據(jù)所選的主控芯片，搭配相應的元件，使之能夠配套操作；電路的設計也是決定一個電子產(chǎn)品好壞的依據(jù)，軟件是實現(xiàn)一切操作的前提，我們將會

25、在接下來的兩章詳細分析。除此之外我們在確定總體方案之前，還得考慮其可行性與現(xiàn)實意義。此產(chǎn)品為一家用電器，滿足用戶的需求是其根本的目的。對于如何才可以達到預期的效果，這就對我們的設計方案提出了一系列相關的問題。溫控系統(tǒng)是我們在此著重研究的，所謂的溫控就是其可以而不需要人為的操作自動感受外界溫度的變化而做出相應的控制。用戶能夠根據(jù)自身需求對預期溫度進行設置，當溫度傳感器采集到的室外溫度未達到預設的溫度值時，通過單片機的控制使加熱部件工作，從而達到預期溫度并穩(wěn)定在這個值附近；若室外溫度已經(jīng)達到了預先設置好的溫度，則通過單片機控制使加熱部件停止工作。實現(xiàn)觸摸按鍵的技術是通過單片機檢測相應的變化來感知觸

26、摸，電阻的變化通過傳感器件感知，經(jīng)過觸摸其表面時，它的電阻值發(fā)生相應的變化。觸摸表面也有要求，通過pcb實現(xiàn)，觸摸面要有良好的尺寸和形狀。當用戶接觸到觸摸面時，電平信號發(fā)生改變，根據(jù)該信號，可獲得一個直流電壓，此電壓隨著電容的改變而變化，通過檢測此電壓就可產(chǎn)生觸摸/不觸摸的信號。2.2 方案比較方案一：選用c8051f系列芯片為內(nèi)核，外圍電路包括外部晶振、電容式傳感器、led液晶顯示模塊、觸摸按鍵、紅外器件、蜂鳴器、溫度傳感器。優(yōu)點：外圍電路無需a/d轉(zhuǎn)換模塊，方便了硬件的設計，缺點：c8051f系列微控制芯片內(nèi)部a/d比較少，價格較高，造成成品的增加?！?】方案二：選用stm32f10x系列

27、芯片為內(nèi)核，外圍電路包含電容式傳感器、a/d轉(zhuǎn)換模塊、觸摸按鍵、led顯示模塊、紅外器件、蜂鳴器。優(yōu)點：stm32f10x系列芯片內(nèi)置溫度傳感器，有著很好的實時功能、優(yōu)異的功耗控制，易于開發(fā)。缺點：硬件設施要求較高，外圍電路設計過于復雜，成本偏高。方案三：選用stm8s105k4單片機作為內(nèi)核，外圍電路包括觸摸按鍵、a/d轉(zhuǎn)換模塊、irda紅外器件、led液晶模塊、溫度傳感器、蜂鳴器。優(yōu)點：stm8s105k4芯片抗干擾能力強、內(nèi)置高精度rc振蕩器以及電可擦除可編程只讀存儲器、開發(fā)方便、系統(tǒng)成本較低，性價比較高。圖2-1 外圍電路框架圖綜合來看，從硬件電路設計、軟件編程、功耗、性價比、開發(fā)周期

28、等方面來看，方案三達到最優(yōu)，故在此產(chǎn)品中我們采用方案三進行研發(fā)設計。2.3 設計要求本產(chǎn)品設計的核心是stm8s105k4單片機的應用的開發(fā)，在此之前我們學習了該單片機的相關知識，其在st visual develop和cosmic cxstm8環(huán)境下進行編寫和仿真調(diào)試。故涉及到量大方面的內(nèi)容：一，硬件電路的設計；二，軟件的編程實現(xiàn)。我們在后面兩章會詳細介紹到。本設計中的工作主要有如下五個方面：l 傳感器對溫度的采集和測量l 分時間段的對溫度控制l 溫度控制電路板的設計l 觸摸按鍵的程序處理l 紅外遙控電路的設計在實際的應用中，我們需要產(chǎn)品達到手動模式（即觸摸模式）和遙控模式兩種模式的自由切換

29、，它內(nèi)容具體如下：1.手動模式：這就是所謂的觸摸模式，當用戶親自操作時，當人體觸摸到接觸鍵盤表面時，控制芯片檢測到有效觸摸信號傳給單片機，控制芯片在接收到該觸摸信號之后，執(zhí)行相應的功能操作，并做出相應的反應表示確認。2.遙控模式：該模式即使用遙控器進行相應的操作，給用戶帶來了便利。遙控器發(fā)出的紅外線信號，被紅外線接收頭接收到，經(jīng)檢測后，送至單片機處理，單片機收到相應的遙控信號后，執(zhí)行相應的功能操作，并做出相應的回應表示確認。3.預置溫度后，溫度傳感器通過檢測到周圍環(huán)境溫度，溫度信號經(jīng)感應后送單片機進行a/d轉(zhuǎn)換。一方面，溫度值送至顯示電路顯示，另一方面，根據(jù)按鍵的操作以及預期溫度的設定，通過控

30、制繼電器控制加熱體的開啟與關閉，并能保持在溫度范圍之內(nèi)，以達到預設的目標溫度。2.4 本章小結本章為一過渡章節(jié)，為引出接下來的硬件、軟件的設計。首先主要將幾種方案進行了簡要的分析，確定出了其該選用的核心芯片及外圍設備，在各個角度的考慮前提下，我們最終確定了實現(xiàn)較為簡便、經(jīng)濟效益最優(yōu)的方案。最后，我們對方案的配置也作了具體介紹。第3章 各組成部分概述及硬件設計3.1 stm8s系列單片機3.1.1 stm8s系列單片機概述stm8s系列產(chǎn)品（表3-1）是意法半導體于2009年推出的針對工業(yè)生產(chǎn)和電子電器研發(fā)的微型控制芯片。表3-1stm8s系列產(chǎn)品型號系列型號stm8s105xx stm8s10

31、5k4, stm8s105k6, stm8s105s4, stm8s105s6, stm8s105c4, stm8s105c6 stm8s系列產(chǎn)品創(chuàng)造了8位微控制器的嶄新時代，它的cpu性能可以達到20 mips、電壓范圍在2.95至5.5v 之間，提供了當前的8位單片機控制系統(tǒng)向更低的電壓值轉(zhuǎn)變。130nm非易失性存儲器嵌入到最新產(chǎn)品中，它是現(xiàn)有8位微控制芯片的存儲技術比較先進的，并且可達到30萬次擦寫極限的eeprom數(shù)據(jù)寫入操作。它包括10位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的功能，可達16條通道，使數(shù)模轉(zhuǎn)換時間小于3微秒；配置可用于捕獲/對比、馬達控制和pwm功效的先進的16位控制定時器。其余外設還包含

32、can2.0b接口、spi端口、一個i2c端口、兩個通信接口。stm8s系列微型控制芯片與stm32系列32位的微型控制芯片的外設定義相同。這種外設定義的相同幫助了不同產(chǎn)品之間進行相互兼容，使產(chǎn)品的設計更靈活變通。它使用的代碼也能夠移植到stm32研發(fā)平臺上，使之獲得更高的操作性能。除此之外，使用stm8s裝配和包裝也完全兼容的引腳，提供給開發(fā)者更多的自由發(fā)揮空間，優(yōu)化了引腳數(shù)量以及周邊績效。另外，平臺化設計決策也與引腳的兼容有很大的關聯(lián)，它能夠節(jié)省上市時間，并優(yōu)化產(chǎn)品的升級進程。3.1.2 stm8s主要特點:（）速度達20 mips的高性能內(nèi)核（）抗干擾能力強，品質(zhì)安全可靠（）130納米的

33、制造工藝，性價比優(yōu)異（）4k128k的程序空間范圍, 芯片引腳20腳80腳（）系統(tǒng)成本低，內(nèi)置高精度rc振蕩器和電可擦可編程只讀存儲器（）開發(fā)容易，擁有本地化工具支持此外，stm8s系列產(chǎn)品包括“stm8s20x增強型產(chǎn)品”和“stm8s10x入門型產(chǎn)品”，如表3-2所示：表3-2 stm8s產(chǎn)品入門級與增強型對照表相同點不同點4128k字節(jié)flashstm8s20x增強型產(chǎn)品線：stm8核心：24mhz多達64字節(jié)sram多達2k字節(jié)內(nèi)置eepromcan2.0b第二個uartuart（lin/7816/irda）400khz多主i2c接口多達32個16位定時器8位基本定時器10mhz的 s

34、pi獨立型和窗口型2個看門狗1/2/4khz的蜂鳴器接口stm8s10x入門型產(chǎn)品：stm8核心：16mhz多達2k字節(jié)sram內(nèi)置eeprom多達1k字節(jié)自動喚醒單元16khz或128khz內(nèi)部rc振蕩器10位的adc高達16位通道swim單線調(diào)試模塊由上表我們可以清晰的看出stm8s系列的基本型（入門級）產(chǎn)品和增強型產(chǎn)品的相同點與區(qū)別，我們用戶可以根據(jù)自身需求選擇合適的產(chǎn)品進行開發(fā)利用。3.1.3 stm8s主要應用:l 汽車電子系統(tǒng)的安全傳感器，執(zhí)行器，微控制器，自動導航系統(tǒng)，車輛控制，汽車收音機l 電機控制，空調(diào)，感應，測量儀器，不間斷電源等工業(yè)應用l 家電，家庭自動化，加熱/通風空調(diào)

35、，電視機等家用設備l 電動玩具、通信設備、自動販賣機、監(jiān)視設備等消費電子l 血壓測量儀、血糖測量儀、自動監(jiān)控儀器、緊急求助裝置等醫(yī)療設備。3.1.4 stm8s開發(fā)套件st 單片機套件是st公司為stm8系列微型控制芯片和stm32微型控制芯片的初學者而設計的，適合于各種不同學習、開發(fā)的需求，用戶能夠全方面地感受到stm8s和stm32各自的優(yōu)缺點，在使用或?qū)W習中能很好地在8位系統(tǒng)和32位系統(tǒng)之間進行切換，滿足學習者由低端到中高端的使用和開發(fā)學習需求。這個開發(fā)套件是三合一的套件，它包括stm8s105s6t6體驗板、stm32f103c8t6體驗板以及一個st-link調(diào)試器，它是一個可在線升

36、級的固件。每個組成部分在該三合一套件中的都能夠拿來單獨利用，特別是st-link調(diào)試器可以供使用者拿來調(diào)試自己的板子，從而給用戶帶來很大的活動空間。在此我們著重介紹一下st-link仿真器（圖3-1），它是此仿真學習過程中必不可少的一個套件，有以下幾個特點：所有的jtag仿真接口的stmf3210xxx系列微控制芯片和所有的swim仿真接口的stm8s系列微控制芯片都被支持配備usb 2.0全速接口，直接通過usb接口供電在相關環(huán)境配合下可供stmf3210xxx系列微控制器的開發(fā)調(diào)試stm8s系列微控制器的開發(fā)調(diào)試配合了stvd集成環(huán)境stm8s微控制芯片和stmf3210xxx的編程配合了

37、stvp編程軟件來實現(xiàn)可通過相應的引腳向stm32目標板提供3.3v的電源且不超過100ma可支持固件的在線升級以此支持未來的產(chǎn)品的開發(fā)應用圖3-1 st-link仿真套件此外，其也有其獨特的開發(fā)環(huán)境，在此我們不作詳述，第四章的軟件設計章節(jié)，我們會對其開發(fā)環(huán)境及如何編碼作詳細的介紹。3.1.5 stm8s105k4mcu圖3-2 stm8s105k4芯片引腳圖由芯片圖及其特性分析可知，該設計中利用到stm8s105k4芯片作為核心，它具備32位引腳、25個gpio數(shù)目、23個外部中斷引腳、8個定時器輸出比較/輸入捕獲通道、3個定時器互補輸出、7個數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換通道、12個高吸收電流i/o口、1

38、6k字節(jié)的中密度閃存程序存儲器、1024字節(jié)的電可擦可編程只讀存儲器（eeprom）、ram為2048字節(jié)，其外設有tim1高級控制定時器、tim2與tim3通用定時器、tim4基本定時器、兩線式串行總線與串行外設接口、異步收發(fā)傳輸器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及看門狗組成。圖3-3 stm8s105xx模塊框圖由于其內(nèi)置的rc振蕩器具有高精度，故其外圍電路的設計無需振蕩電路的復位，下面我們對預期要求的功能（觸摸控制、紅外遙控、實時時鐘、感應溫度、蜂鳴器提示等方面）以及電源電路的設計作詳細的說明。3.2 觸摸按鍵的設計3.2.1 rc觸摸感應簡述伴隨著科技的發(fā)展，電容式觸摸感應控制在需要用戶接口的實際應用中

39、逐漸替代了傳統(tǒng)的按鍵或機電開關。順應當今市場的需求，意法半導體公司已經(jīng)開發(fā)了一個觸摸感應軟件應用庫，使得任意一款8位的stm8系列微控制芯片都可以成為一個電容式觸摸按鍵的核心芯片所使用。該公司開發(fā)的觸摸感應軟件庫通過對由觸摸電極電容和一個電阻組成的rc網(wǎng)絡充/放電時間的控制，可以檢測到人手的觸摸。根據(jù)電極電容的改變，帶來了rc網(wǎng)絡充/放電時間的變化，從而檢測出來該時間的變化，然后經(jīng)過濾波等步驟，最后經(jīng)過特定的i/o端口，或者同步串行外設接口等發(fā)送給主機系統(tǒng)。每個通道只需要一個電阻可實現(xiàn)觸摸檢測功能，因此，需要軟件庫組件bom表，其成本價格較低，經(jīng)濟效益良好。接下來我們詳細介紹一下該設計中利用的

40、觸摸感應軟件庫中的rc感應原理及觸摸按鍵的設計。3.2.2 rc感應原理rc感應原理就是通過檢測人體觸摸到的電極電容的細微改變，從而感應到對電容式觸摸感應器件的觸摸，實質(zhì)就是通過監(jiān)控由一個電阻和電極電容構成rc網(wǎng)絡的充電/放電時間周期來檢測人手的觸摸。任意一個因為電極電容的改變而引起的rc時間的改變被檢測出來后經(jīng)過濾波最終通過專門的i/o接口或spi/i2c接口傳送給主機系統(tǒng)。該原理使用了最小量化的元器件，只需在每一個觸摸通道上連接一個電阻就能夠?qū)崿F(xiàn)該功能。cu-pb電極發(fā)出的電場穿過主要由玻璃或者塑料構成的電介質(zhì)接觸面板，當一個手指觸摸到面板上時由于人體和周邊環(huán)境的耦合會增加電極的電容值少量

41、幾個pf，增加的電容值就會通過觸摸感應庫而被檢測出來。一個固定的電阻r對電極電容c進行周期性地充/放電。電容的取值又以下幾個參數(shù)決定：1. 電極面積(a)；2. 絕緣體相對介電常數(shù)(r)3. 空氣的相對濕度(0)4. 以及兩個電極之間的距離(d)由下列公式可得出電容值：圖3-4 rc網(wǎng)絡上的壓降在vin上加以固定的電壓值，vout上的電壓值就會隨著c值的變化而發(fā)生相應變化，如下圖變化曲線所示：圖3-5 電壓隨測量充電時間變化圖通過對vout的電壓達到最大值vth時所需要充電時間tc的計算，就可以得到相應的c值。在觸摸感應的設計中，有兩部分組成電容值c，它們包括：固定電容，即電極電容cx以及人手

42、或身體接觸或者靠近電極時，它們帶來的感應電容ct。為了確保能夠檢測到人手觸摸信號，應當保證電極電容足夠的小和精確。平時人手觸摸與否，帶來的電極電容變化也就是在5pf左右的范圍內(nèi)波動。利用這一原理，我們就可以檢測到電極是否有手指的觸摸。圖3-6人體觸摸感應圖3.2.3 觸摸感應的硬件設計首先我們給出一個簡單的實例來說明一下觸摸感應的實現(xiàn)（圖3-7）。由r1，r2和電容電極cx以及手指電容ct并聯(lián)的5pf左右的電容構成的一個rc網(wǎng)絡，經(jīng)過對這個rc網(wǎng)絡充/放電時長的檢測，就可以測量到人體的觸摸。另外，全部的電極共同使用一個負載i/o引腳，電阻r1和r2應當盡可能的靠近微控制芯片而放置。作為主要電容

43、的r1用于調(diào)控觸摸測量的靈敏度，其阻值在幾百歐幾兆歐之間。阻值為10k的電阻r2可用來減少噪聲對其影響，用戶可以按照需要進行選擇。圖3-7電容觸摸感應實現(xiàn)舉例通過對以上的分析，我們也根據(jù)產(chǎn)品需求，按照觸摸原理設計出了觸摸式取暖器的按鍵，其原理圖如下所示：圖3-8（a）取暖器觸摸按鍵原理圖圖3-8（b） 取暖器觸摸按鍵原理圖如圖所示，（a）圖線路分別連接到stm8s105k4控制芯片對應的接口上。對不同的按鍵進行編寫程序定義：tk1、tk2分別控制溫度和時間的加減以及溫度的微調(diào)；tk3實現(xiàn)時間校正/溫度微調(diào)的切換；tk4為兒童鎖按鍵，一但按下整機所有操作即被鎖定，只有通過tk4+tk8進行解鎖才

44、能進行之后的操作；tk5為開關機按鍵；tk6定時自動開機，每多按一次定時時間增加半小時；tk7為手動/自動切換按鍵；tk8定時自動關機，每多按一次定時時間增加半小時，同時它還協(xié)調(diào)tk5實現(xiàn)解鎖功能。3.3 irda紅外通訊模塊的設計3.3.1 irda簡介irda，即國際紅外數(shù)據(jù)協(xié)會英文的簡寫，該協(xié)會自成立后不斷擬定出了許多有關紅外通訊的協(xié)議，有偏向低功耗方面的，有偏向傳輸速度方面的，也有兩者統(tǒng)籌的。以紅外線作為傳播介質(zhì)是紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕緦傩?。紅外線是一種人體肉眼看不見電磁波，它的波長一般在750nm1mm之間。紅外數(shù)據(jù)傳輸通常使用的是波長在0.75m到25m之間的紅外波段內(nèi)的近紅外線。ir

45、da協(xié)會為了保證不同廠家生產(chǎn)的紅外產(chǎn)品能相互兼容獲得最優(yōu)的通訊效益，它規(guī)定生產(chǎn)廠商所采用的紅外波長需在850nm900nm之間。紅外傳輸由于受到很多種條件的制約，所以它的傳輸距離在幾厘米至幾十米不等，發(fā)射的角度也有一定的限制，一般在0到15之間。不同的紅外器件或者不同的應用方案，其接收靈敏度和發(fā)射強度也會因此而產(chǎn)生不同。另外，紅外通信在使用時只能以半雙工的方式進行傳輸。按照紅外傳輸?shù)幕灸Ｐ停▓D3-9）可以劃分出不同類型的irda設備。按照irda器件的傳輸速度的不同，能夠把它們劃分為fir、sir、vfir三種類型。如tfdu6102屬于fir類型紅外器件；vishay的紅外收發(fā)器以及tfd

46、u4300屬于sir類型紅外器件；而tfdu8108屬于vfir類型紅外器件。按照irda器件使用功耗的不同，能夠?qū)⑺鼈儎澐譃闃藴市图t外器件和低功耗型紅外器件。標準型器件，一般采用5v的直流電源，它的傳輸距離比較大，在30厘米到幾十米不等。低功耗型器件，一般采用1.8v至3.6v的直流電源，它的傳輸距離比較小，大約在20cm之間。因此，一個irda紅外器件的功能可以清楚的從上面所描述的三種方法中區(qū)分開來。圖3-9 紅外傳輸?shù)幕灸Ｐ蛨D3.3.2 irda器件的構成與簡介1. 紅外發(fā)送器件紅外發(fā)送器件一般都是由鎵、砷等材料制成的具有紅外發(fā)射功能的二極管，它的發(fā)射強度受其發(fā)射角度和能夠通過的led

47、電流的影響，與通過的電流成正比、發(fā)射角度成反比；紅外傳輸距離與發(fā)射強度的平方成正比，強度越大，發(fā)射距離也就越遠。有一些生產(chǎn)廠家也會將紅外驅(qū)動電路內(nèi)置在紅外發(fā)送器件中，如圖3-10所示：圖3-10 內(nèi)置驅(qū)動電路的紅外發(fā)射器2. 紅外檢測器件紅外光敏接收管是紅外檢測器件的主要組成部分，紅外檢測器件有內(nèi)置放大器的（圖3-11），有獨立接收管裝置的，也有包含調(diào)制解調(diào)器與集成放大器的。若紅外檢測器件內(nèi)部包含放大器與解調(diào)器的通常還內(nèi)置帶通濾波器，這種器件通常應用于固定載波頻率。紅外檢測器件的好壞衡量標準主要是其接收信號的靈敏度，它的傳輸距離與靈敏度成正比，靈敏度越高，產(chǎn)生的誤碼率也就會越低。圖3-11 內(nèi)

48、部集成放大器的紅外檢測器件3. 紅外收發(fā)器件紅外收發(fā)器件（圖3-12）包含發(fā)射器與接收器。一般情況下，它的發(fā)射部分配置了驅(qū)動器，接收部分包含一個放大器，而且在內(nèi)部還集成了關斷控制邏輯。關斷控制邏輯通過關斷來控制信號的接收，避免了引入干擾信號；當不進行紅外信號傳輸時，相關的引腳接收到命令傳后給該控制邏輯，將器件電源的供給關斷，從而降低功耗。在使用過程中必須在發(fā)光二極管的引腳處接入合適阻值的限流電阻。很多的紅外收發(fā)器配置有屏蔽層，該層能夠通過串聯(lián)一個磁珠之后再接地，而不需要直接接地，這樣避免了引入了干擾而影響收發(fā)器的接收靈敏度。圖 3-12（a）紅外發(fā)射電路圖 圖3-12（b）紅外接收電路4. 紅

49、外編/解碼器件紅外的編/解碼，即為實現(xiàn)紅外信號的調(diào)制/解調(diào)。如十六分之三編/解碼，就是將一個有效數(shù)字位時間段，平均的等分為16個小的時間段，用在連續(xù)3個小的時間段內(nèi)有無脈沖來表示調(diào)制解調(diào)信息。紅外編/解碼器件，一般要使用自帶的振蕩電路或者從外部線路接入時鐘進行調(diào)制解調(diào)。圖3-13紅外信號經(jīng)過調(diào)制/解調(diào)發(fā)出5. 紅外接口器件紅外接口器件用以完成紅外傳輸系統(tǒng)與pc機、網(wǎng)絡系統(tǒng)或微控制器之間的連接。設計中經(jīng)常使用到uart串行異步收發(fā)器件、usb接口轉(zhuǎn)換器件等。usb接口器件，用以完成紅外收發(fā)器件與pc機之間的usb口連接。紅外通信的傳輸速率通常在2.4kbps到4mbps之間，內(nèi)部包括紅外編/解碼

50、器以及4kb的先進先出緩存裝置，它有20或28引腳的封裝，能夠直接和標準的紅外收發(fā)器件相聯(lián)。3.3.3 紅外遙控電路的設計通過以上的對紅外通信相關知識的學習，我們?yōu)樵摦a(chǎn)品設計的通信電路如圖3-14所示：圖3-14 紅外遙控模塊原理圖單片機自身本不包含紅外通信機制接口，但是它可以通過單片機的串行接口以及片外紅外發(fā)射和接收電路來實現(xiàn)紅外通信，本設計采用ir38s一體化紅外接收頭來設置電路板上的紅外接收器，vout腳接至單片機urat腳，進行信號的傳輸，它將接收到的紅外遙控器的脈沖進行幅度調(diào)制轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大電路的控制進行處理后傳至單片機。另外，通過vcc給芯片提供5v電源，gnd接地處理。3.

51、4 led顯示器3.4.1 tm1668概述顯示屏是機器與外界交流的窗口，通過它用戶可以得知當前機器所處的工作狀態(tài)，所以在很多電子產(chǎn)品上都安裝了顯示屏，其中l(wèi)ed顯示屏作為一種低成本、方便開發(fā)而被大范圍應用。led技術就是通過控制半導體二極管發(fā)光，根據(jù)發(fā)光二極管的亮/滅來顯示圖像、文字、動畫等信息。本產(chǎn)品用到了tm1668顯示驅(qū)動芯片（圖3-15），它是一種自帶鍵盤掃描接口，內(nèi)置映射型發(fā)光二極管的顯示器驅(qū)動控制芯片。內(nèi)部集成有數(shù)據(jù)鎖存器、單片機數(shù)字接口、鍵盤掃描接口、led高壓驅(qū)動器以及八級灰度調(diào)度電路、內(nèi)置低電壓復位電路及上電復位電路、內(nèi)部rc振蕩等電路。通過軟件設置來實現(xiàn)芯片的段位，可根據(jù)

52、不同的led數(shù)碼顯示屏來適當?shù)倪x取13*4或10*7的段位進行配置，同時也可以在不同的顯示場合根據(jù)需求調(diào)節(jié)led灰度，用來實現(xiàn)降低功耗的要求。圖3-15 tm1668內(nèi)部功能框圖3.4.2 tm1668特性說明l 采用功率cmos工藝l 10段*7位13段*4位的顯示模式l 占空比8級可調(diào)的灰度調(diào)節(jié)電路l 鍵掃描（10*2bit）l 串行接口（clk、dio、stb）l 內(nèi)置rc振蕩方式（頻率為450khz左右）l 內(nèi)置上電復位電路l 具有sop24、sdip24、ssop24、skdip24的封裝形式該芯片的管腳定義如圖3-16所示：圖3-16 tm1668的管腳定義圖3.4.3 主要應用由

53、于tm1668性價比較高，通常被應用在dvd、家庭影院等電子用品的顯示屏驅(qū)動。廚衛(wèi)用電器也有較多的應用，如電磁爐、微波爐、太陽能熱水器等的狀態(tài)和溫度顯示，另外工業(yè)儀器、儀表的顯示也應用較多。3.4.4 顯示電路的設計圖3-17 led顯示電路原理圖給予tm1668的vdd加5v的邏輯電源電壓，din、clk 、ncs#腳分別與時鐘的sda、scl、ncs相連并接至單片機，其中din腳在時鐘上升沿時將串行數(shù)據(jù)從低位開始輸入；clk端口也連到單片機，在上升沿時讀取串行數(shù)據(jù)、下降沿時進行輸出數(shù)據(jù)；ncs#為片選，也直接連至單片機，在上升或下降沿初始化串行接口，隨后等待接收指令。seg1seg10為段

54、輸出，也用作鍵的掃描，它們分別接至八段數(shù)碼顯示管和發(fā)光二極管，grid1grid7均為位輸出、n管開漏輸出，也直接連至八段數(shù)碼顯示管和發(fā)光二極管，他們共同實現(xiàn)顯示功能；gnd則直接接地。特別注意，tm1668是共陰數(shù)碼管驅(qū)動芯片，如果驅(qū)動共陽的數(shù)碼管，則需要變通連線的方式，在設計中要會靈活的運用。3.5 實時時鐘3.5.1 hym1302概述 hym1302（圖3-18）是一款低功耗、高性能的、內(nèi)置ram、可慢速充電的實時時鐘芯片。它包含了31字節(jié)的非易失性靜態(tài)ram以及實時時鐘/日歷。它與微處理芯片之間進行通信經(jīng)由一個簡單的串行接口完成。圖3-18hym1302內(nèi)部框圖實時時鐘（日歷）可以對

55、從秒至年的時間進行計數(shù)，對于月的天數(shù)小于31的，在月末的時候進行自動日期調(diào)整，閏年的時候進行自動校正。時鐘方式可以根據(jù)用戶需求自己選定24小時格式或區(qū)分am/pm（上午/下午）的12小時格式。31字節(jié)的非易失性靜態(tài)ram可以用來保存一些臨時的重要數(shù)據(jù)。hym1302使用的同步串行通信，簡化了它與微處理芯片的通信機制。時鐘與ram之間的通信僅需三根線：復位線、i/o數(shù)據(jù)線以及sclk串行時鐘。數(shù)據(jù)以一個字節(jié)每次的單字節(jié)形式或多達31字節(jié)的多字節(jié)形式進行傳輸。hym1302實時時鐘可以在非常低的功耗下正常工作，即使小于1w的功率消耗也能保存時鐘信息和數(shù)據(jù)。3.5.2 hym1302特點l 對秒、分

56、、時、日、周、月、年進行精確計數(shù)且能判斷是否為閏年l 配置暫存高速數(shù)據(jù)的31字節(jié)非易失性raml 低功耗：電壓2.0v時功耗小于300nal 以單字節(jié)或多字節(jié)方式進行數(shù)據(jù)的傳送l 與單片機之間的互相通信僅需簡單的三線接口l ttl兼容（vcc=5v）l 工業(yè)溫度控制范圍大（-40+85）l 能完全可兼容dallas的實時時鐘l 封裝形式：sop8和dip8（引腳如圖3-19）圖3-19 hym1302引腳圖表3-3 hym1302芯片引腳功能表管腳序號符號功能1vcc2主用電源2x132.768khz晶體3x232.768khz晶體4gnd接地5rst復位6i/o數(shù)據(jù)輸入/輸出7sclk串行時鐘輸入8vcc1備用電源3.5.3 hym1302應用l 儀表等，如：電子手表、電度表、ic卡水表l 移動電話、電腦l 電視機、播放器l 稅控機3.5.4 時鐘模塊的電路設計除了在顯示模塊中介紹到的sck、sda、ncs與顯示驅(qū)動器tm1668對應的相連接外，時鐘模塊采用了雙電源系統(tǒng)，在vcc提供主電源外，vbat腳連接一個可充放電鋰電池，如lir2032，它的額定電壓是3.6v，充滿電后電壓可最高達到4.15v，放電終止電壓為2.7v。把該鋰電池作為一個備份電源，它保證了在突發(fā)情況下或者沒有主電源供電時而保存時間信息及數(shù)據(jù)，并不