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摘 要：电子控制系统，顾名思义就是通过电子控制操作实现相对应LED显示屏出现内容。它已被广泛应用于日常生活中各个领域，如电脑，家电，数字仪表等，并已成为人们直观地了解和控制系统运行状态的重要依据。它带来的方便了人们的生活，并成为现代人们的生活和工作的必需品。本设计是硬件电路控制显示模拟系统，所有仪器仪表的控制显示系统都是以此为基础而扩展的。因此，研究电子控制系统硬件电路的设计有着非常现实的意义。本设计选用STM32F103C8T6作为电子主控制器，同时配合各模块完成本设计的要求。可以通过按键控制OLED屏幕的显示，同时利用按键进行部分参数的修改，同时加入蜂鸣器报警以及数码管显示部分。
关键词：电子控制; 硬件电路; 仪器仪表; 系统设计
一、主控制器最小系统电路
一个完整的嵌入式电子控制系统，控制芯片当然占着举足轻重的作用，所以经过对本设计要求和各个方面的分析，确定使用STM32F103C8T6这款微控制芯片，处理速度快，外设资源也丰富，而且可以实现超低功率消耗。这款芯片引脚48个足够本设计使用，以连接的外部设备相对比较多，所以用它做控制器是有很多好处的，其中高达20KB的RAM，能够使我们的代码流程运行，其内置的高速全双工的同步SPI通信总线，IIC总线，和外设通信方便快捷。串口通信，也是非常常用的通信方式，开发者在设计调试过程中一般会使用串口进行系统的调试工作。内置12位ADC模数转换器，可以将本设计测得的气体流速模数转换。于此同时该芯片内部有独立于CPU运行的数据转存器DMA，可以不占用CPU实现数据的高速传输。该芯片和电源电路、晶振电路、复位电路、组成了单片机的最小系统。如图为STM32F103C8T6的最小系统电路图。
二、复位电路
如果出现了程序紊乱、系统错误或想着重新启动一下系统。比如出现了程序出错、在不明干扰下出现了偏离历程的现象或者系统上电情况，这时候就需要一个复位电路来重启单片机系统。让程序重头读取、运行。这样可以解决意外的问题或者快速重启等问题。
复位电路的原理是单片机NRST引脚接收到1.5-4.5ms的低电平信号，所以NRST引脚通过上拉电阻接电源正极，通过电容接地。单片机上电时对电容充电，复位引脚处于低电平实现上电复位。手动按键按下时，电容放电，复位引脚接地，实现手动对单片机复位。复位电路图如图所示：
三、晶振电路
需要添加组件来计量时间，所以添加晶振电路用来作为硬件和软件的基准时间，本系统设计采用8M的外部晶振作为单片机系统的时钟源，经过内部倍频后为主控芯片提供最高72MHZ的系统时钟。晶振是可以理解为STM32的脉搏，是单片机的驱动之源，为单片机提供精准时钟。在使用任何一个寄存器配置之前都要先打开寄存器对应的时钟，这样的好处是如果暫时不使用这个寄存器，可以先把时钟关掉，从而可以降低系统的功耗，达到节能低功耗的目的。
STM32时钟有3个时钟源提供时钟：1，HSI：8MHZ的内部时钟信号，是STM32单片机内部自带的时钟，但是精度不是很精准;2，HSE：高速的外部晶振，通常使用频率大小为8--12MHZ的晶振，这个高速晶振非常准确;3，LSE：一宽低速的外部晶振，晶振频率为37.768KHZ，通常是在单片机断电的情况下，低功耗为单片机提供时钟，一般用过RTC的精准计时。本次设计的晶振电路使用的是石英晶体振荡器。该晶振器通过利用石英晶体的特性制作成的谐振器件。石英晶振具有很好的精准度、便宜实惠的价格、易于使用的优势。
四、显示电路
OLED驱动芯片采用的为SSD1306，通讯方式可以根据BS0、BS1和BS2选择6080，8080，SPI，IIC等通讯方式，并行通讯方式会占用比较多的IO引脚，又因为屏幕显示一般传输信息量比较大，所以外设电路设计为SPI和单片机通信。OLED外围设计电路模块即节省了引脚也有极高的传输速率，节省了硬件的资源的使用。利用控制芯片CH455G驱动共阴极三位数码管作为显示部分电路。SCL 用于提供串行时钟，控制芯片CH455G 在其上升沿从 SDA 输入数据，在其下降沿从 SDA 输出数据。该驱动芯片具有4个数据寄存器，分别存储位选信号以及段选信号。方便高效的控制LED的显示。并且数码管价格便宜，坚固耐用，使用寿命长，可达6万到10万小时。
五、电源蜂鸣器电路
需要电源为DC180V、DC24V、DC12V、DC3.3V，为了适应仪器仪表的局限性以及长期稳定性，本设计加入了电源适配电路，不再外加电池供电，直接利用插头接到AC220V电路中，因此需要通过不同型号的变压器、整流器以及稳压芯片的配合，实现这些电平的转换。DC180V、 DC24V作为仪器仪表的备用的电源，DC3.3V作为本设计的主控制器的电源。报警模块采用9012三极管驱动的K76有源蜂鸣器进行报警，K76蜂鸣器是一个由直流电压供电的集成电子发声器，有源自激型蜂鸣器的工作发声原理是：通过振荡系统的放大取样电路的直流电源输入在谐振装置作用下产生声信号。当测定温度超过设定温度时，单片机将PB1口置1开始报警。
结 论：
电子控制系统需要对硬件电路进一步进行开发研究，同时在程序设计上也缺乏灵活性。只有不断地改进并完善控制系统，才能真正的将本设计的仪器仪表的电子控制系统应用到实际中。比如在未来可以运用NB-IOT技术，将系统电路的数据上传至后台服务器，对各个电子系统建立档案，对其进行数据跟踪调查;同时可以增加更多的显示内容，使其更加人性化。
参考文献
[1]王志宏.基于 DHT11的实验室多点温湿度报警系统设计[M].太原：太原理工大学出版社.2011.40～50
[2] 李维提，郭强.液晶显示应用技术[M].北京：电子工业出版社.2006. 20～35
锡林郭勒职业学院 026000
关键词：电子控制; 硬件电路; 仪器仪表; 系统设计
一、主控制器最小系统电路
一个完整的嵌入式电子控制系统，控制芯片当然占着举足轻重的作用，所以经过对本设计要求和各个方面的分析，确定使用STM32F103C8T6这款微控制芯片，处理速度快，外设资源也丰富，而且可以实现超低功率消耗。这款芯片引脚48个足够本设计使用，以连接的外部设备相对比较多，所以用它做控制器是有很多好处的，其中高达20KB的RAM，能够使我们的代码流程运行，其内置的高速全双工的同步SPI通信总线，IIC总线，和外设通信方便快捷。串口通信，也是非常常用的通信方式，开发者在设计调试过程中一般会使用串口进行系统的调试工作。内置12位ADC模数转换器，可以将本设计测得的气体流速模数转换。于此同时该芯片内部有独立于CPU运行的数据转存器DMA，可以不占用CPU实现数据的高速传输。该芯片和电源电路、晶振电路、复位电路、组成了单片机的最小系统。如图为STM32F103C8T6的最小系统电路图。
二、复位电路
如果出现了程序紊乱、系统错误或想着重新启动一下系统。比如出现了程序出错、在不明干扰下出现了偏离历程的现象或者系统上电情况，这时候就需要一个复位电路来重启单片机系统。让程序重头读取、运行。这样可以解决意外的问题或者快速重启等问题。
复位电路的原理是单片机NRST引脚接收到1.5-4.5ms的低电平信号，所以NRST引脚通过上拉电阻接电源正极，通过电容接地。单片机上电时对电容充电，复位引脚处于低电平实现上电复位。手动按键按下时，电容放电，复位引脚接地，实现手动对单片机复位。复位电路图如图所示：
三、晶振电路
需要添加组件来计量时间，所以添加晶振电路用来作为硬件和软件的基准时间，本系统设计采用8M的外部晶振作为单片机系统的时钟源，经过内部倍频后为主控芯片提供最高72MHZ的系统时钟。晶振是可以理解为STM32的脉搏，是单片机的驱动之源，为单片机提供精准时钟。在使用任何一个寄存器配置之前都要先打开寄存器对应的时钟，这样的好处是如果暫时不使用这个寄存器，可以先把时钟关掉，从而可以降低系统的功耗，达到节能低功耗的目的。
STM32时钟有3个时钟源提供时钟：1，HSI：8MHZ的内部时钟信号，是STM32单片机内部自带的时钟，但是精度不是很精准;2，HSE：高速的外部晶振，通常使用频率大小为8--12MHZ的晶振，这个高速晶振非常准确;3，LSE：一宽低速的外部晶振，晶振频率为37.768KHZ，通常是在单片机断电的情况下，低功耗为单片机提供时钟，一般用过RTC的精准计时。本次设计的晶振电路使用的是石英晶体振荡器。该晶振器通过利用石英晶体的特性制作成的谐振器件。石英晶振具有很好的精准度、便宜实惠的价格、易于使用的优势。
四、显示电路
OLED驱动芯片采用的为SSD1306，通讯方式可以根据BS0、BS1和BS2选择6080，8080，SPI，IIC等通讯方式，并行通讯方式会占用比较多的IO引脚，又因为屏幕显示一般传输信息量比较大，所以外设电路设计为SPI和单片机通信。OLED外围设计电路模块即节省了引脚也有极高的传输速率，节省了硬件的资源的使用。利用控制芯片CH455G驱动共阴极三位数码管作为显示部分电路。SCL 用于提供串行时钟，控制芯片CH455G 在其上升沿从 SDA 输入数据，在其下降沿从 SDA 输出数据。该驱动芯片具有4个数据寄存器，分别存储位选信号以及段选信号。方便高效的控制LED的显示。并且数码管价格便宜，坚固耐用，使用寿命长，可达6万到10万小时。
五、电源蜂鸣器电路
需要电源为DC180V、DC24V、DC12V、DC3.3V，为了适应仪器仪表的局限性以及长期稳定性，本设计加入了电源适配电路，不再外加电池供电，直接利用插头接到AC220V电路中，因此需要通过不同型号的变压器、整流器以及稳压芯片的配合，实现这些电平的转换。DC180V、 DC24V作为仪器仪表的备用的电源，DC3.3V作为本设计的主控制器的电源。报警模块采用9012三极管驱动的K76有源蜂鸣器进行报警，K76蜂鸣器是一个由直流电压供电的集成电子发声器，有源自激型蜂鸣器的工作发声原理是：通过振荡系统的放大取样电路的直流电源输入在谐振装置作用下产生声信号。当测定温度超过设定温度时，单片机将PB1口置1开始报警。
结 论：
电子控制系统需要对硬件电路进一步进行开发研究，同时在程序设计上也缺乏灵活性。只有不断地改进并完善控制系统，才能真正的将本设计的仪器仪表的电子控制系统应用到实际中。比如在未来可以运用NB-IOT技术，将系统电路的数据上传至后台服务器，对各个电子系统建立档案，对其进行数据跟踪调查;同时可以增加更多的显示内容，使其更加人性化。
参考文献
[1]王志宏.基于 DHT11的实验室多点温湿度报警系统设计[M].太原：太原理工大学出版社.2011.40～50
[2] 李维提，郭强.液晶显示应用技术[M].北京：电子工业出版社.2006. 20～35
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