摘要 由于傳統(tǒng)的氣相色譜儀外圍接口電路存在不通用缺陷，且控制核心單片機無法滿足現(xiàn)代氣相色譜儀對多維圖譜大量數(shù)據(jù)處理的要求。針對上述問題，研究了一種基于STM32F101VB微處理器的氣相色譜儀控制電路。該微處理器使用高性能的ARM Cortcx—M3 32位的RISC內核，具有增強I/O端口和APB總線的功能，適用于氣相色譜儀的新型控制核心。該設計滿足了現(xiàn)代氣相色譜儀對通用接口和多維大量數(shù)據(jù)處理的要求。

關鍵詞 STM32F101VB微處理器;外圍電路;氣相色譜儀控制核心

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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(tǒng)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(wěn)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(shù)字家電、工業(yè)控制等領域。電源電路如圖1所示。

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(tài)響應性能、時鐘源的穩(wěn)定性、電源監(jiān)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(jiān)控芯片CAT1025JI-30，以提高系統(tǒng)的可靠性，電路原理如圖2所示。

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(shù)據(jù)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。

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(fā)送端和接收端分別與圖中的TX、RX相連。

人機接口是系統(tǒng)的重要部分。用戶通過對人機接口界面的操作來實現(xiàn)對系統(tǒng)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(xiàn)對系統(tǒng)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(shù)240×128 dot。適配Intel8080操作時序電路，8 bit并口數(shù)據(jù)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。

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(fā)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(xié)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(guī)格。其自動協(xié)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。

2 系統(tǒng)測試

將設計好的氣相色譜儀與電腦進行聯(lián)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(lián)機實驗可看出，與傳統(tǒng)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(shù)據(jù)的采集、傳輸和處理以及對儀器的遠程控制，且對數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的快速處理，還可使其具有豐富的通用接口，并實現(xiàn)對儀器的遠程控制。STM32F101VB適用于作為現(xiàn)代氣相色譜儀的控制核心，也證明了該系統(tǒng)設計的可行性。