一、概述
嵌入式技术在工业中有着广泛的应用。实验箱采用的STM32系列单片机基于高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用而专门设计的ARM Cortex-M3内核。在目前的消费电子、工业控制、医疗电子等多个行业有着广泛的应用。是电类相关专业和信息类相关专业的专业基础课，对STM32系列单片机的学习、理解和应用是相关专业不可或缺的一项重要技能。
该STM32实验箱的主芯片采用STM32F103ZET6，实验资源包括了显示、传感、控制、通信等功能模块，预留出所有的功能引脚方便学生的进一步扩展。本综合实验教学平台功能模块齐全，能实现的实验丰富多样，包括基本实验、扩展实验及三级项目实验；可用于‘专科生’、‘本科生’、‘研究生’的STM32综合实验教学。实验课的重点放在对基本功能模块的应用开发上，学生可以通过实验箱学习具体的功能模块使用和扩展，进而进行综合的实验设计。
二、实验箱基本参数
（1）工作电源：15V 3A
（2）工作环境：温度：-10℃~+40℃，相对湿度：≤85%（25℃）
（3）外形尺寸：520*340*130mm
（4）过电保护：实验箱内有保险丝，若电压过大，保险丝会熔断，实验箱将断电
三、实验箱组件配置及参数
本实验箱分为‘核心板’、‘底板’、‘标准模块’三个部分。
核心板以一枚STM32F103ZET6型MCU处理器做为主控芯片,配备256K x 16 SRAM，1 Gbit x 8 或者2Gbit x 8 NAND Flash，16Mbit(2MByte)NOR Flash。该核心板留有SW下载口，串口1下载接口和一个程序测试LED灯，既可以插在底板上作为实验箱核心控制器，也可以将其拔下作为最小系统使用，以备用户开发。
底板集成了实验箱的各种功能外设。野火5.0寸液晶电容屏，OV7670摄像头，金属齿轮微型舵机，直流电机，步进电机，16*16点阵，Zigbee实验开发模块，GPRS开发模块，WiFi开发模块，蓝牙，语音开发模块，LED灯，数码管以及矩阵按键，独立按键。串口转USB通信，RS-485通信，串口通讯，CAN总线协议通信，USB协议通讯，SD卡存储，TF卡存储。左下角为电源区，15V最大输出4A，5V最大输出3A，3.3V最大输出700mA。中下方有主控芯片STM32F103ZET6引脚引出区，按照常用功能分为三个区，PWM引脚通道区，AD/DA，供学生做自己的开发。
标准模块指尺寸相同（3mm*4mm）的传感器模块。本实验箱中包含红外遥控器接收模块，温湿度传感器接收模块，18B20温度测量模块，继电器模块，烟雾传感器模块，人体红外检测模块，此外还引出了IIC总线模块接口和SPI总线模块接口，留给用户自行开发符合实验箱接口定义的功能模块。
（1）电容触摸屏
野火5.0寸液晶电容屏分辨率：800*480 5inch，电容触摸屏，支持5点触控，从SD卡中,BMP整屏刷图3.4帧/秒纯色整屏刷新40帧/秒，采用FSMC功能，808016位数据接口，触摸屏采用IIC接口。
（2）Zigbee模块
核心处理器为CC2530，协议栈为Zstack协议。工作电压2.0-3.6V，工作频率：2400M-2483.5M，最大发射功率：0dBm传输速率：≦250K，休眠功耗：约2uA发射接收功耗：约30mA。
（3）GPRS模块
SIM900A是2频的GSM/GPRS模块，工作频段为：EGSM 900MHz和DCS1800MHz.GPRS 数据下行传输：最大85.6 kbps，GPRS 数据上行传输：最大42.8 kbps，串口传输速率支持1200bps到115200bps，可以通过串口发送AT指令和数据。
（4）Wi-Fi模块
EMW3162 模块按照功能，可以分为两部分： RF 和 MCU。RF 负责射频信号的收发；MCU 负责 Wi-Fi 协议栈的运行，外设的控制等； EMW3162模块上MCU为搭载Cortex-M3内核的STM32F205 微处理器（64pin），MCU主频达120MHz，内置1Mbytes的Flash，128Kbytes的RAM。
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（5）蓝牙模块
蓝牙模块，是一款高性能主从一体蓝牙串口模块，可以同各种带蓝牙功能的电脑、蓝牙主机、手机、PDA、 PSP 等智能终端配对，该模块支持非常宽的波特率范围： 4800~1382400，并且模块兼容 5V 或 3.3V 单片机系统，可以很方便与您的产品进行连接。使用非常灵活、方便。该模块非常小巧（16mm*32mm），模块通过 6 个 2.54mm 间距的排针与外部连接。
（6）摄像头模块
OV7670 总共有 656*488 个像素，其中 640*480 个有效（即有效像素为 30W）支持 VGA(即分辨率640*480)、CIF，和从 CIF 到 40*30 的各种尺寸输出VGA 图像最高达到 30 帧/秒。
（7）烟雾传感器模块
MQ-2气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。
MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。其特点：
① 在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度
② 对液化气、丙烷、氢气的灵敏度较高
③ 长寿命、低成本简单的驱动电路即可
该传感器需要施加2个电压：加热器电压（VH）和测试电压（VC）。其中VH用于为传感器提供特定的工作温度。VC 则是用于测定与传感器串联的负载电阻（RL）上的电压（VRL）。这种传感器具有轻微的极性， VC需用直流电源。在满足传感器电性能要求的前提下，VC和VH可以共用同一个电源电路。为更好利用传感器的性能，需要选择恰当的RL值。
（8）人体红外模块
该模块探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。全自动感应:人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。 光敏控制（可选择，出厂时未设）：可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。 温度补偿(可选择，出厂时未设)：在夏天当环境温度升高至30～32℃，探测距离稍变短，温度补偿可作一定的性能补偿。其特点：
① 工作电压：DC5V至20V
② 静态功耗：65微安
③ 电平输出：高3.3V，低0V
④ 延时时间：可调(0.3秒~18秒)
⑤ 封锁时间：0.2秒
⑥ 触发方式：L不可重复，H可重复，默认值为H(跳帽选择)
⑦ 感应范围：小于120度锥角，7米以内
⑧ 工作温度：-15~+70度
（9）温湿度传感器
DHT11是一款湿温度一体化的数字传感器。该传感器包括一个电阻式测湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。通过单片机等微处理器简单的电路连接就能够实时的采集本地湿度和温度。DHT11与单片机之间能采用简单的单总线进行通信，仅仅需要一个I/O口。传感器内部湿度和温度数据40Bit的数据一次性传给单片机，数据采用校验和方式进行校验，有效的保证数据传输的准确性。DHT11功耗很低，5V电源电压下，工作平均最大电流0.5mA。
DHT11的技术参数如下：
工作电压范围：3.3V-5.5V，工作电流：平均0.5mA，输出：单总线数字信号，测量范围：湿度20~90％RH，温度0~50℃，精度：湿度±5%，温度±2℃，分辨率：湿度1%，温度1℃
DS18B20 单线数字温度传感器，即“一线器件”，其具有独特的优点：
① 采用单总线的接口方式与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20 的双向通讯。单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。
② 测量温度范围宽，测量精度高DS18B20 的测量范围为 -55℃ ~+ 125℃ ; 在 -10~+ 85℃范围内，精度为 ± 0.5℃。
③ 在使用中不需要任何外围元件。
（10）继电器模块
继电器（relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
它可以分为电气量继电器（如电流、电压、频率、功率等）和非电气量继电器（如温度、压力、速度等）两大类，具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小
等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥感、测量和通信等装置中。
继电器模块使用的是CBT-RelaySwitch 型号的模块，处理器芯片为 STM32，接口为 UART(TTL 电平)，动作时间 ≤8ms，释放时间≤5ms，最大切换电压
250VAC/30VDC，最大切换电流 10A，最大切换功率1250VA/150W。
（11）音频模块
VS1053 MP3 模块一款高性能音频编解码模块，该模块采用VS1053B 作为主芯片，支持： MP3/WMA/OGG/WAV/FLAC/MIDI/AAC 等音频格式的解码，并支持：OGG/WAV 音频格式的录音，支持高低音调节以及 EarSpeaker 空间效果设置，功能十分强大。
该音频模块包括高性能编解码芯片：VS1053B，1 个 LINE IN/MIC 选择接口，1 个咪头，1 个电源指示灯（蓝色），1 个 1.8V 稳压芯片，1 个 3.3V 稳压芯片，1 路 IIS 输出接口，1 路电源及 SPI 控制接口，1 路 3.5mm LINE IN 接口，支持双声道输入录音，1 路 3.5mm 音频输出接口，可直接插耳机。
（12）红外遥控传感器模块
红外遥控是一种无线、非接触控制技术，具有抗干扰能力强，信息传输可靠，功耗低，成本低，易实现等显著优点，被诸多电子设备特别是家用电器广泛采用，并越来越多的应用到计算机系统中。红外遥控的编码方式目前广泛使用的是：PWM(脉冲宽度调制)的 NEC 协议和Philips PPM(脉冲位置调制) 的 RC-5 协议的。实验箱配套的遥控器使用的是NEC 协议，其特征如下：
① 8 位地址和 8 位指令长度；
② 地址和命令2 次传输（确保可靠性）
③ PWM 脉冲位置调制，以发射红外载波的占空比代表“0”和“1”；
④ 载波频率为38Khz；
⑤ 位时间为1.125ms 或 2.25ms；
（13）步进电机、舵机、直流电机模块
实验箱上采用的步进电机是Risym的4相 5线 5V的步进电机，型号为28BYJ-48-5V。实际为一减速步进电机。
具体参数：直径：28mm 电压：5V 步进角度：5.625 x 1/64 减速比：1/64
5线4相 可以用普通uln2003芯片驱动，也可以接成2相使用 可以配套开发板使用，直接插接，方便使用 步进电机在开发板上使用。
舵机型号为GOTECK GS-9025MG，是依靠金属模拟舵机。
参数如下：尺寸:23*12*29mm失速扭矩：2.5kg/cm（6V）；2.3kg/cm（4.8V）
工作速度：0.10sec/60°(6V); 0.11sec/60°（4.8V）连接线：180mm(JR) 工作电压：4.8V-6V
重量：约22g 包装重量：28g
直流电机采用青檬电子设计的直流调速电机，带光电码盘检测功能。电机工作电压可以从3V到30V。 阻转电流=电压/线圈电阻。14V时空转转速4300rpm，其他电压下的转速可大致按比例计算。
电机尾部带编码器,共输出两路正交（相位相差90°）脉冲信号。分辨率334,意味着电机每旋转一周输出334个周期脉冲。如果把每一路脉冲的上沿和下沿都利用起来，相当于四倍频，分辨率可以达到334×4=1336。
四、实验箱配置表：
|
序号 |
名 称 |
型 号 |
数 量 |
备 注 |
|
1. |
实验箱主板 |
|
1个 |
|
|
2. |
实验箱核心板 |
|
1个 |
核心板处理器：STM32F103ZET6 3片FLASH和1片RAM |
|
3. |
J-Link下载器 |
|
1个 |
PC机箱实验箱主控MCU下载程序 支持所有ARM7/ARM9内核的芯片，以及cortex M3，包括Thumb模式 |
|
4. |
USB连接线 |
|
1个 |
连接PC机和J-Link下载器用 |
|
5. |
串口线 |
|
1个 |
PC机和主控板通讯 |
|
6. |
Micro USB转Std-A USB |
|
1个 |
PC机和主控板通讯 |
|
7. |
ST-Link下载器 |
|
1个 |
支持全系列STM32 SWD 4线接口调试，接口定义在外壳上 |
|
8. |
WiFi模块 |
EMW3162 |
1个 |
参数详见上述 |
|
9. |
Zigbee模块 |
|
2个 |
参数详见上述 |
|
10. |
GPRS模块 |
SIM900A |
1个 |
参数详见上述 |
|
11. |
电容触摸屏 |
野火5.0寸 |
1个 |
参数详见上述 |
|
12. |
摄像头 |
OV7670 |
1个 |
参数详见上述 |
|
13. |
实验箱电源线 |
|
1套 |
功率：60W电压：15V 实验箱总体功耗<500mA |
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14. |
蓝牙模块 |
HC05 |
1个 |
参数详见上述 |
|
15. |
烟雾传感器模块 |
|
1个 |
参数详见上述 |
|
16. |
人体红外模块 |
|
1个 |
参数详见上述 |
|
17. |
温湿度传感器模块 |
DS18B20 |
1个 |
参数详见上述 |
|
18. |
温湿度模块 |
DHT11 |
1个 |
参数详见上述 |
|
19. |
继电器模块 |
CBT-RelaySwitch |
1个 |
参数详见上述 |
|
20. |
音频模块 |
|
1个 |
参数详见上述 |
|
21. |
红外遥控传感器模块 |
|
1个 |
参数详见上述 |
|
22. |
直流电机模块 |
|
1个 |
参数详见上述 |
|
23. |
舵机 |
GOTECK GS-9025MG |
1个 |
参数详见上述 |
|
24. |
步进电机模块 |
|
1个 |
参数详见上述 |
五、实验项目
STM32实验箱以一枚STM32F103型MCU处理器做为主控芯片。开机默认情况下，主控MCU烧录了实验箱整机测试程序，老师和学生可以在不借助PC机的情况下直接进行实验箱的整机功能测试。
实验指导书根据学习的阶层分为基本实验和扩展实验。学生根据学时情况和个人掌握的知识情况分阶段学习。
1.基本实验
实验1：开发环境的搭建及空工程建立
实验2：按键控制LED闪烁
实验3：定时器精确定时
实验4：串口收发通信
实验5：DMA数据传输
实验6：片上ADC采集实验
2.扩展实验部分
扩展实验1： 普通流水灯
扩展实验2： 8段数码管
扩展实验3： I2C总线读取EEPROM
扩展实验4： PWM实验
扩展实验5： 片外AD实验
扩展实验6： 光敏检测
扩展实验7： DHT11温湿度
扩展实验8： SPI读取Flash
扩展实验9： 18B20温度传感器
扩展实验10：人体红外传感器
扩展实验11：烟雾传感器
扩展实验12：继电器
扩展实验13：蜂鸣器
扩展实验14：Zigbee模块
扩展实验15：蓝牙通信
扩展实验16：GPRS模块
扩展实验17：WiFi模块
扩展实验18：直流电机
扩展实验19：舵机
扩展实验20：步进电机
扩展实验21: 液晶屏
扩展实验22: 摄像头
扩展实验23：USB通信
扩展实验24：CAN总线通信
扩展实验25：SD卡
扩展实验26：片外DA
扩展实验27：音频模块
扩展实验28：网口模块
