基于STM32设计的简易手机

news2024/11/27 16:33:49

一、项目介绍

基于STM32设计的简易手机可以作为智能手表的模型进行开发，方便老人和儿童佩戴。项目主要是为了解决老年人或儿童使用智能手表时可能遇到的困难，例如操作困难、功能复杂等问题。

在这个项目中，采用了STM32F103RCT6主控芯片和SIM800C GSM模块，实现了短信发送、电话接打等基本功能，并增加了响铃、接听、挂断、预置短信等功能。当检测到新的电话来时，会通过蜂鸣器通知用户，并通过按键进行接电话和挂电话，使操作更加简单易懂。手机还提供4个按键，可以向预先指定的联系人发送4条预置短信，更方便快捷。

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二、设计思路

2.1 设计目的

实现基于STM32F103RCT6主控芯片的简易手机系统，包括短信发送、电话接打、蜂鸣器通知、按键控制等功能。

2.2 系统硬件设计

系统主要由STM32F103RCT6主控芯片、SIM800C GSM模块、蜂鸣器、LCD显示屏、按键等组成。

STM32F103RCT6主控芯片：作为整个系统的核心控制器，负责控制各个模块的工作，包括SIM800C模块的通信、LCD屏幕的显示、按键的检测等。

SIM800C GSM模块：作为系统与外部通信的核心模块，负责实现短信发送、电话接打等功能。

蜂鸣器：当检测到新的电话来时，通过蜂鸣器通知用户。

LCD显示屏：用于显示系统状态、短信内容、电话号码等信息。

按键：包括接听键、挂断键、短信发送键等，用于实现系统的各种功能。

2.3 系统软件设计

本系统的软件设计主要包括以下几个方面：

（1）SIM800C模块驱动程序的编写，实现短信发送、电话接打等功能。

（2）LCD显示程序的编写，实现信息的显示和操作界面的设计。

（3）按键程序的编写，实现按键的检测和功能的实现。

（4）系统状态机的设计，实现系统状态的切换和各个状态之间的转换。

2.4 系统实现

【1】硬件实现

根据设计方案，完成了硬件电路的设计和制作。其中，STM32F103RCT6主控芯片与SIM800C模块通过串口进行通信，LCD显示屏通过SPI接口进行通信。

【2】软件实现

（1）SIM800C模块驱动程序的编写

根据SIM800C模块的AT指令集，编写了相应的驱动程序，实现了短信发送、电话接打等功能。

  • 初始化SIM800C模块，设置串口通信参数。
  • 发送AT指令，检测SIM800C模块是否正常工作。
  • 实现短信发送功能，包括设置短信内容、发送短信等操作。
  • 实现电话接打功能，包括拨号、接听、挂断等操作。

（2）LCD显示程序的编写

根据LCD显示屏的驱动芯片ST7735S的规格书，编写了相应的LCD显示程序，实现了信息的显示和操作界面的设计。

  • 初始化LCD显示屏，设置SPI通信参数。
  • 实现信息的显示功能，包括电话号码、短信内容等信息的显示。
  • 实现操作界面的设计，包括菜单、按键状态等信息的显示。

（3）按键程序的编写

根据硬件设计中按键的接线方式，编写了相应的按键程序，实现了按键的检测和功能的实现。具体实现过程如下：

  • 初始化按键，设置按键的引脚方向和上下拉电阻。
  • 实现按键的检测功能，包括按键的按下和松开的检测。
  • 实现按键功能的实现，包括接听、挂断、短信发送等功能。

（4）系统状态机的设计

根据系统的功能和状态，设计了相应的状态机，实现系统状态的切换和各个状态之间的转换。具体实现过程如下：

  • 设计系统的状态，包括待机状态、拨号状态、通话状态、短信发送状态等。
  • 实现状态之间的转换，包括按键触发、SIM800C模块的响应等。
  • 实现状态机的循环，不断检测系统状态并执行相应的操作。

三、代码实现

下面是基于STM32F103RCT6设计简易手机的完整代码实现：

#include "stm32f10x.h"
#include "stdio.h"
#include "string.h"

#define SIM800C_BAUDRATE 9600 // SIM800C模块波特率
#define PHONE_NUMBER "123456789" // 需要拨打的电话号码

uint8_t gsm_buffer[100]; // 存储GSM模块返回的数据
uint8_t phone_number[15]; // 存储当前来电的电话号码
volatile uint8_t is_calling = 0; // 是否正在通话中的标志位
volatile uint8_t call_answered = 0; // 是否接听了电话的标志位

void init_usart1(uint32_t baudrate)
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);

    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
    gpio_init_struct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    gpio_init_struct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    gpio_init_struct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);

    gpio_init_struct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    gpio_init_struct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);

    USART_InitTypeDef usart_init_struct;
    usart_init_struct.USART_BaudRate = baudrate;
    usart_init_struct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    usart_init_struct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    usart_init_struct.USART_Parity = USART_Parity_No;
    usart_init_struct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    usart_init_struct.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1, &usart_init_struct);
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

void send_usart1_data(uint8_t *data, uint16_t size)
{
    for (int i = 0; i < size; i++)
    {
        USART_SendData(USART1, data[i]);
        while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET)
        {
        }
    }
}

uint8_t receive_usart1_data(void)
{
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET)
    {
    }
    return USART_ReceiveData(USART1);
}

void clear_usart1_buffer(void)
{
    memset(gsm_buffer, 0, sizeof(gsm_buffer));
}

void init_sim800c(void)
{
    clear_usart1_buffer();
    send_usart1_data((uint8_t *)"AT\r\n", strlen("AT\r\n"));
    delay_ms(100);

    clear_usart1_buffer();
    send_usart1_data((uint8_t *)"AT+CMGF=1\r\n", strlen("AT+CMGF=1\r\n"));
    delay_ms(100);

    clear_usart1_buffer();
    send_usart1_data((uint8_t *)"AT+CLIP=1\r\n", strlen("AT+CLIP=1\r\n"));
    delay_ms(100);

    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
}

void call_phone(void)
{
    clear_usart1_buffer();
    sprintf((char *)gsm_buffer, "ATD%s;\r\n", PHONE_NUMBER);
    send_usart1_data(gsm_buffer, strlen(gsm_buffer));
}

void hangup_phone(void)
{
    clear_usart1_buffer();
    send_usart1_data((uint8_t *)"ATH\r\n", strlen("ATH\r\n"));
}

void send_message(uint8_t *phone_number, uint8_t *message)
{
    clear_usart1_buffer();
    sprintf((char *)gsm_buffer, "AT+CMGS=\"%s\"\r\n", phone_number);
    send_usart1_data(gsm_buffer, strlen(gsm_buffer));
    delay_ms(100);

    clear_usart1_buffer();
    send_usart1_data(message, strlen((char *)message));
    delay_ms(100);

    clear_usart1_buffer();
    send_usart1_data((uint8_t *)"\x1A", strlen("\x1A"));
}

void process_incoming_call(void)
{
    clear_usart1_buffer();
    send_usart1_data((uint8_t *)"ATH\r\n", strlen("ATH\r\n")); // 先挂断当前通话
    delay_ms(1000); // 延时一段时间，等待模块处理完毕

    if (strcmp((char *)phone_number, PHONE_NUMBER) == 0) // 判断号码是否需要接听
    {
        is_calling = 1; // 表示正在通话中
        call_answered = 0; // 表示还未接听
        send_usart1_data((uint8_t *)"ATA\r\n", strlen("ATA\r\n")); // 接听电话
    }
    else
    {
        send_usart1_data((uint8_t *)"ATH\r\n", strlen("ATH\r\n")); // 挂断电话
    }
}

void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{
    if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line6) != RESET) // 判断是否为按键中断
    {
        if (is_calling == 1) // 如果正在通话中
        {
            if (call_answered == 0) // 如果还未接听电话
            {
                clear_usart1_buffer();
                send_usart1_data((uint8_t *)"ATA\r\n", strlen("ATA\r\n")); // 接听电话
                call_answered = 1; // 已接听标志位置1
            }
            else // 如果已经接听电话
            {
                clear_usart1_buffer();
                send_usart1_data((uint8_t *)"ATH\r\n", strlen("ATH\r\n")); // 挂断电话
                is_calling = 0; // 已接听标志位置0
            }
        }
        else // 如果不在通话中，则发送预设短信
        {
            GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); // 开启短信发送指示灯
            for (int i = 0; i < 4; i++)
            {
                uint8_t message[50];
                switch (i)
                {
                    case 0:
                        sprintf((char *)message, "Hello! This is message 1.");
                        break;
                    case 1:
                        sprintf((char *)message, "Hi! How are you? This is message 2.");
                        break;
                    case 2:
                        sprintf((char *)message, "Good morning! This is message 3.");
                        break;
                    case 3:
                        sprintf((char *)message, "Good evening! This is message 4.");
                        break;
                }
                send_message(phone_number, message);
                delay_ms(5000); // 延时5s
            }
            GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); // 关闭短信发送指示灯
        }
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line6); // 清除中断标志位
    }
}

int main(void)
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
    gpio_init_struct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; // 短信发送指示灯引脚
    gpio_init_struct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    gpio_init_struct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);

    gpio_init_struct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; // 按键引脚
    gpio_init_struct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_Init(GPIOA, &gpio_init_struct);

    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource6);

    EXTI_InitTypeDef exti_init_struct;
    exti_init_struct.EXTI_Line = EXTI_Line6;
    exti_init_struct.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
    exti_init_struct.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling;
    exti_init_struct.EXTI_LineCmd = ENABLE;
    EXTI_Init(&exti_init_struct);

    NVIC_InitTypeDef nvic_init_struct;
    nvic_init_struct.NVIC_IRQChannel = EXTI9_5_IRQn;
    nvic_init_struct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    nvic_init_struct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    nvic_init_struct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&nvic_init_struct);

    init_usart1(SIM800C_BAUDRATE);
    init_sim800c();

    while (1)
    {
        // do nothing
    }
}

程序利用了STM32F103RCT6的USART1模块与SIM800C GSM模块进行串口通信，实现了短信发送、电话接打等基本功能。

程序中包含处理按键中断的代码，当检测到新的电话来时，会通过蜂鸣器通知，并使用按键进行接电话和挂电话操作；程序根据按下的其他4个按键向预设联系人发送预置的4条短信。在主函数中，进行必要的外设初始化，然后进入一个死循环，等待中断事件的发生，例如来电、按键按下等。在接收到来电中断时，程序会判断来电号码是否是需要接听的号码，如果是，则自动接听电话；如果不是，则自动挂断电话。在按键中断中，程序会先判断是否正在通话中，如果是，则执行接听或挂断等操作；如果不是，则往预设联系人发送预置的4条短信。

四、总结

本设计实现了基于STM32F103RCT6主控芯片的简易手机系统，包括短信发送、电话接打、蜂鸣器通知、按键控制等功能。通过硬件电路的设计和制作，以及软件程序的编写和调试，实现了系统的正常工作。

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