基于STM32嵌入式系统的智能控制网络终端设计

2010-05-18 18:33:55来源: 电子元器件应用

0 引言

  智能网络终端是实现智能化管理的嵌入式终端设备。通常具有安全门禁系统和自动化控制的基本功能。本文重点介绍基于STM32的智能嵌入式终端的网络控制功能的设计和实现。

1 智能网络通信实现方案

  将嵌入式系统与Internet连接起来实现远距离信息获取和控制功能的本质是嵌入式系统本身能够实现TCP/IP网络通信协议。该协议的解决方案总体上可分为两大类。第一类是直接在嵌入式设备上实现TCP/IP,使之直接连上Internet。这实质上是由MCU及内部固化TCP/IP协议的芯片组成应用系统的核心,MCU可以直接拨号上网,这种方法的硬件电路相对简单,也不需要中间环节的支持。但是由于使用了TCP/IP协议芯片,因此需要大容量的程序存储器,而且要求MCU有较高的运行速度。同时,应用程序设计师还必须熟悉TCP/IP协议,且软件设计复杂,工作量大。目前,此方案的典型代表有SX-stack、Sciko公司的S7600A芯片;第二类是使嵌入式设备经过通信转换后,再通过公用的TCP/IP转接口(网关Gateway)与Intemet相连。目前有以下几种方式:

  (1)通过使用独立于微控制器MCU的专用的网络接口芯片来完成单片机与网关间的协议转换,并以此作为链接到Internet的桥梁。例如韩国WIZnet公司的W5100芯片;

  (2)用单片机控制以太网网卡进行数据传输,此时必须加载TCP/IP协议到单片机中;

  (3)用代理协议来完成与网关间的协议转换。

  本设计采用独立于微控制器MCU的专用网络接口芯片来实现TCP/IP协议,微处理器选择STM32F103VB,网络芯片选择W5100。二者通过SH接口进行连接,其连接示意图如图1所示。

2 硬件平台的设计

  2.1  总体设计

  本系统的硬件可分为采集模块、处理模块、键盘和显示模块、传输模块、控制模块和供电模块等。其中采集模块负责采集信息;处理模块负责控制整个系统的工作,处理和存储采集到的信息,控制模块则可以进行相应的控制;键盘和显示模块负责显示相关信息以提示现场人员操作;网络传输模块负责信息与数据服务器进行信息交互;供电模块负责为整个系统供电。图2所示是系统的结构框图。通过这种结构可以自主开发出一套高性价比、低成本、低功耗、开发周期短、运行速度快、可靠性高、功能齐全、扩展性强的网络控制终端。

      2.2  硬件实现

  本系统的处理器模块选用ST公司刚刚推出不久的、基于ARM CortexTM-M3内核的新一代嵌入式STM32芯片。这是一款专为嵌入式应用而开发的内核。它带有把中断之间延迟降到6个CPU周期的嵌套向量中断控制器,允许在每一个写操作中修改单个数据位的独立位操作,可进行分支指令预测、单周期乘法、硬件除法且有高效的Thumb 2指令集。这些改良技术使Cortex-M3内核具有优异的代码密度、实时性和低功耗性能。所有这些新功能都同时具有目前最优的功耗水平,非常适合应用于长时间工作的终端控制系统。

  本系统由+12 V电源输入,同时经过LM2575和78L09稳压后分别得到5 V和9 V电压,5 V再经过SPX1117M3-3.3电压稳压转换后得到3.3 V,这样3.3 V、5 V和9V电压即能够很好地满足内核、外设和外部电路的供电。系统时钟源可采用外部晶振,内部PLL电路可以调整系统时钟,使系统运行速度更快。为了提供性能优越的电源监控性能,这里选取了专门的MAX811系统监视复位芯片,该芯片可以通过手动控制系统的复位,同时还可以实时监控系统电源,一旦系统电源低于系统复位阀值,电路中的MAX811将产生一个140ms的复位脉冲信号来对系统进行复位。

  系统网络模块选用的W5100芯片是一款多功能的单片网络接口芯片。它内部集成有10/100Mbps以太网控制器,可支持自动应答(全双工/半双工模式),主要用于高集成、高稳定、高性能和低成本的嵌入式系统。使用W5100可以实现没有操作系统的Internet连接。W5100与IEEE802.310BASE-T和802.3u 100BASE-TX兼容。此外,W5100内部集成有全硬件的、经过多年市场验证的TCP/IP协议栈、以太网介质传输层(MAC)和物理层(PHY)。其硬件TCP/IP协议可支持TCP、UDP、ICMP、IGMP、IPv4、ARP、PPPoE和IGMP。同时可支持4个独立的端口(Socket)通信,其内部16 K字节的发送,接收缓冲区可快速进行数据交换,其最大通信速率可达25 Mbps。利用W5100提供的多种总线(并行总线和SPI总线)接口方式可以很方便地与各种MCU连接。可以说,W5100器件的推出,大大简化了硬件电路设计,并可使微控制器系统在没有操作系统的支持下实现单芯片接人Internet的理想。一般情况下,只需设置寄存器和存储器,就可以通过W5100芯片进行Internet奎接。

  在设计中,STM32F103与W5100可通过SPI接口进行连接。STM32F103作为SPI主设备,W5100作为SPI从设备,并由STM32F103为W5100提供通信时钟,二者的接口连接图如图3所示。

     

[1] [2]

关键字:STM32F103x  嵌入式系统  网络终端

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2010/0518/article_2572.html
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