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设计报告
课程名称：
嵌
入
式
课
程
设
计
学
院：
电气与信息工程学院
专业班级：
通信工程
XX
班
XX
号
学生姓名：
XXX
指导教师：
XXXX
完成时间：
2013
年
06
月
23
日
报告成绩：
评阅意见：
评阅教师
日期
第
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页
目录
摘要
.
...........................
............................................
3
1
、芯片及操作系统简介
.
................................
......................
4
1.1
、微处理器（
STM32F107
）简
介
..........................
................
4
1.2
、以太网芯片资料
............................................ .........
4
1.3
、<
/p>
ucosII
简介
.
....................................
....................
5
1.4
、系统结构框图
.............................................
..........
6
2
、部分电路原理图及其原理
.
..............................
....................
6
2.1
、
STM32F107
最小系统电路图
.
.................
..........................
6
2.2
、以太网部分原理及电路原理图
.......................................
..
7
2.3
、以太网的
RMll
模式描述
.
.............................................
8
2.4
、烟气浓度检测模块原理
.........................................
.....
11
3
、系统软件设计
< br>.
...................................
........................
12
总结
.
..
..................................................
..................
16
参考文献
.
..................................................
................
16
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基于嵌入式技术的烟气检测监控系统的设计
摘要
随着工业现代化的飞速发展，给
人们带来的便利和健康，同时也给环境带来了重大的
威胁，工业生产过程中排放的大量的
废气，严重污染了环境和影响的人们的健康，为了减
少废气排放对人们造成的影响，即需
要对烟气进行监控。本设计研制了以嵌入式技术
ucos
II
为核心的烟气检测监控系统，
着重阐述了系统的总体结构、
工作原理和基于
STM32F107
微处理
器芯片的嵌入式技术，给出了系统硬件设计和软件控制的设计方法成功实现了嵌入
式技术
和以太网互联，该设计在用于检测监控烟气排放是否符合烟气排放标准中，达到预
期效果
，在实际应用中具有广阔的前景。
关键字：
< br>嵌入式技术；
ucosII
；
S
TM32F107
；烟气检测监控
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1
、芯片及操作系统简介
1.1
、
微处理器（
STM32F107
）简介
STM32F107
是意法半导体推出全新
STM32
互连型
（
Connec
tivity
）
系列微控制器中
的一款
性能较强产品，此芯片集成了各种高性能工业标准接口，且
STM32
< br>不同型号产
品在引脚和软件上具有完美的兼容性，可以轻松适应更多的应用。
新
STM32
的
标准外设包括
10
个定时器、两个
12
位
1-Msample/s
AD(
模数转换器
)
(
快速交替模式下
2M
sample/s)
、
两个
12
位
DA(
数模转换器
)
、
两个
I2C
接口、
五个
USART
接
口和三个
SPI
端口和高质量数字音频接口
IIS
，另外
STM32F107
拥有全速
USB
（
OTG
）
接口，两路
CAN2.0B
接口，以及以太网
10/100
MAC
模块。此芯片可以满足工业、医疗、
楼宇自动化、家庭音响和家电市场多种产品需求
。
STM32F107VX
（
32
位
RISC
性能
处理器）
1
、
32
位
ARM
Cortex-M3
结构优化
2
、
72MHz
运行频率，
< br>1.25DMIPS/MHz
3
、硬件除法和单周期乘法
4
、快速可嵌套中断，
6~12
个时钟周期
5
、具有
MPU
保护设定访问规则
6
、
64K~256KB
Flash
，
高达
< br>64KB
的
SRAM
1.2
、以太网芯片资料
DP83848C
由美国国家半导体（
NS
）公司生产的集成以太网控制芯片，芯片是一种
10/100Mbit
/s
单路物理层以太网收发器器件，支持
10/100M
的以太网通信，同时也支
持
MII
和
RMI
接口模式，集成度高，具有全功能、低功
耗等性能。由于远超过
IEEE
规
格的
电缆长度性能，以及为
10BASE-T
和
100BASE-TX
以太网协议的应用提供低成本解
决方
案的特性，该器件在基于高端外围设备、工业控制、工厂自动化、通用的嵌入式
应用等领
域中广泛采用，
并确保与基于其他标准的以太网产品相互兼容及实现互操作。
该芯片的主要特性如下：
1
、低功率
3.3V
、
0.18&
微米
CMOS
技术
2
、低功耗
< 270mW
(
典型值
)
3
、
3.3V MAC
接口
4
、对
10/100 Mb/s
速度的
Auto-MDIX
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5
、能量检测模式
25 MHz
时钟输出
SNI
接口
(
可配置
)RMII
版本
1.2
6
、接口
(
可配置
)MII
串行管理接口
(MDC
和
MDIO)IEEE 802.3u MII
7
、
IEEE 802.3u
自动
-
谈判及并行检测
8
、
IEEE 802.3u
ENDEC
、
10BASE-T
收发器及滤波器
9
、综合式
ANSI X3.263
标准
TP-PMD
物理子层，具备
自适应均衡和基线漂移补偿
长达
137
米的无故障工作
10
、可编程
LED
支持链路、
10 /100 Mb/s
模式、主动和冲突检测
11
、完全
PHY
状态的单一寄存器存取
12
、
10/100
Mb/s
信息包
BIST
(
内部自检
)
1.3
、
ucosII
简介
μ
C/OS-II
是一种可移植的，可
植入
ROM
的，可裁剪的，抢占式的，实时多任务操
作系统内核。它被广泛应用于微处理器、微控制器和数字信号处理器。
μ
C/OS-II
的前身是
μ
C/OS
，最早出自于
1992
年美国嵌入式系统专家
Jean
se
在《嵌入式系统编程》杂志的
5
月和
6
月刊上刊登的文章连载，并把
μ
C/OS
的源码发布在该杂志的
B B S
上。
μ
C/OS
和
μ
C/OS-II
是专门为计算机的嵌入式应用设计的，
绝大部分代码是用
C
语言编写的。
C
PU
硬件相关部分是用汇编语言编写的、总量约
200
行的汇编语言部分
被压缩到最低限度，
为的是
便于移植到任何一种其它的
CPU
上。
用户只要有标准的
ANSI
的
C
交叉编译器，
有汇编器、
连接器等软件工具，
就可以将
μ
C/OS-II
嵌入到开发的产
品
中。
μ
C/OS-II
具有执行效率
高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点，
最小内核可编译至
2KB
。
μ
C/OS-II
已经移植到了几乎所有知名的
CPU
上。
严格地说
uC/OS-II
只是一个实
时操作系统内核，它仅仅包含了任务调度，任务管
理，时间管理，内存管理和任务间的通
信和同步等基本功能。没有提供输入输出管理，
文件系统，网络等额外的服务。但由于<
/p>
uC/OS-II
良好的可扩展性和源码开放，这些非
必须的功能完全可以由用户自己根据需要分别实现。
uC/OS-II
目标是实现一个基于优先级调度的抢占式的实
时内核，并在这个内核之
上提供最基本的系统服务，如信号量，邮箱，消息队列，内存管
理，中断管理等。
uC/OS-
II
以源代码的形式发布，是开源软件
,
但并不意味着它是免费软件。你可
以将其用于教学和私下研究（
peaceful research
）
；但是如果你将其
用于商业用途，
那么你必须通过
Micrium
获得商用许可。
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1.4
、系统结构框图
系统机构框图如图
1.1<
/p>
所示。
烟气浓度
检测模块
STM32F107
（
ucosII
）
以太网
传输模块
液
晶
显
示
模
块
图
1.1
系统结构框图
2
、部分电路原理图及其原理
2.1
、
STM32F107
最小系统电路图
如图
2.1
所示，为
STM32F107
单片机的
最小系统原理图。
图
2.1
最小系统图
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2.2
、以太网部分原理及电路原理图
如图
2.
2
所示，为以太网传输部分电路原理图。
图
2.2
以太网部分电路原理图
DP83848C
配合
RMII
< br>标准接口提供了一种连接方案，
可以减少
MAC
至
PHY
接口所需
要的
引脚数目。该方案使得设计工程师在保持
IEEE802.3
规
范中所有特性的同时，降低系
统设计成本。正因为如此，
DP8
3848C
能够更好地适应工业控制和工厂自动化，以及通用
嵌
入式系统等应用场合。
硬件配置
DP83848C
的
X1(34)
脚上提供
50 MHzCMOS
电平的振荡
信号。在上电和复位时，强制
DP83848
C
进入
RMII
模式。方法是通过在
< br>RX_DV/MII_MODE(39
脚
)
接入一个上拉电阻。
。
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2.3
、以太网的
RMll
模式描述
RMII
模式在保持物理层器件现有特性的前提下减少了
PHY
的连接引脚。
RMII
由参考时钟
REF_CLK
、发送使能
TX_EN
、发送数据
TXD[1
：
0]
、接收数据
RXD[1
：
0]
、载波侦听
/
接收数据
有效
CRS_DV
和接收错误
RX_E
R(
可选信号
)
组成。在此基础上，<
/p>
DP83848C
还增加了
RX_DV<
/p>
接收数据有效信号。
1
、
REF_CLK
——参考时钟
REF_CLK
是一个连续时钟，可以为
CRS_DV
、
RXD[1
：
O]
、
TX_EN
、
TXD[1
< br>：
O]
、
RX_DV
和
RX_ER
提供时序参考。
REF_CLK
由
MAC
层或外
部时钟源源提供。
REF_CLK
频率应为
50 MHz
±
50
×
10-6
，占空比介于
35%
和
65%
之间。在
RMII
模式下，数据以
50 MHz
的时钟频率一<
/p>
次传送
2
位。因此，
RMII
模式需要一个
50 MHz
有源振荡器
(
而不是晶振
)
连接到器件的
X1
脚。
2
、
TX_EN
——发送使能
TX_EN
表示
MAC
层正在将要传输的双位数据放到
TXD[1
：
O]
上。
TX_EN
应被前导符的首
个半字节同步确认，且在所有待传双位信号载入
过程中都保持确认。跟随一帧数据的末
2
位之后的首个
REF_CLK
上升沿之前，
MAC
需对
TX_EN
取反。
T
X_EN
的变化相对于
REF_CLK
是同步的。
3
、
TXD[1
：
0]
——发送数据
TXD[1
：
O]
的变换相对于
REF_CLK
是同步的。
TX_EN
有效后，
PHY
以
TXD[1
：
0]
作为发
送端。
< br>
在
10 Mbps
模式下，由
于
REF_CLK
的频率是在
10Mb
ps
模式中数据速率的
10
倍。因此<
/p>
TXD[1
：
0]
上的值必须在
10
个脉冲期间保持稳定，确保
DP83848C
能够每隔
10
个周期进行
采样。发送时序如图
5
所
示，发送延时情况如表
l
所列。其中，
PMD
为物理介质关联层
(physical media
depen-dent)
接口。
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