基于STM32的LED調(diào)光系統(tǒng)的設(shè)計

1、嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計說明書基于STM32的LED調(diào)光系統(tǒng)的設(shè)計學(xué) 院 電子信息工程學(xué)院 專業(yè)班級 電子信息工程(1)班 學(xué)生姓名 黃日志 學(xué)生學(xué)號 201230085232 指導(dǎo)教師 朱俊杰 提交日期 2015-1-7 摘 要 LED調(diào)光系統(tǒng)的控制核心采用ARM系列微處理器STM32，實現(xiàn)LED驅(qū)動的智能控制。ARM系列微處理器的應(yīng)用越來越廣泛，其采用當(dāng)前最先進(jìn)的設(shè)計理念，使得性能大大提升。能使我們在微控制器、集成開發(fā)軟件、編程語言等知識的學(xué)習(xí)和掌握水平，使我們在微控制器設(shè)計、軟件編程等方面的應(yīng)用能力得到全面訓(xùn)練和提高。本文主要通過設(shè)計一個利用ARM芯片實現(xiàn)對LED燈的燈光和閃爍的控制，達(dá)到設(shè)計

2、的要求。Abstract LED control core optical system with ARM series microprocessor STM32, the realization of intelligent LED driver control. ARM series microprocessor is used more and more widely, the design concept of the most advanced&

3、#160;its use, making the performance is greatly improved. Will enable us to the master and the level controller, integrated development software, programming language, the learning of knowledge, make our application ability in micro co

4、ntroller design,software programming and other aspects of the comprehensive training and improve. This paper mainly through the realization of the LED lamp lights and flashing control design using a ARM chip, to meet the design require

5、ments.關(guān)鍵詞: LED；STM32;調(diào)光系統(tǒng)第一章 緒 論1.1 課題的目的和意義 LED顯示屏作為一種新的顯示器件，近年來得到了廣泛的應(yīng)用。隨著技術(shù)的不斷更新，LED顯示屏正朝著全彩化的方向發(fā)展。設(shè)計了一種LED顯示屏控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以ARMCortex-M3內(nèi)核芯片STM32F10作為控制中心，以實現(xiàn)對LED燈的燈光和閃爍。 LED顯示屏是利用LED點陣模塊或像素單元組成的一種現(xiàn)代平面顯示屏幕，具有發(fā)光效率高、使用壽命長、視角范圍大、色彩豐富以及對室內(nèi)外環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點。目前的LED顯示屏控制系統(tǒng)多采用ARM處理器來完成整個系統(tǒng)的功能，這種控制系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理速度上存在很大的局限，

6、影響顯示效果的連續(xù)性?；诖?，在分析了STM32微處理器總線結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上，提出了STM32的控制系統(tǒng)方案，該方案充分了利用STM32微處理器的靈活的儲器控制技術(shù)和可編程邏輯器件的靈活性，提高了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的速度，而且簡化了電路結(jié)構(gòu)，方便調(diào)試。1.2 研究概況與發(fā)展趨勢（1） 研究概況近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)及集成電路技術(shù)的發(fā)展，嵌入式技術(shù)日漸普及，在通訊、網(wǎng)絡(luò)、工控、醫(yī)療、電子等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。嵌入式系統(tǒng)無疑成為當(dāng)前最熱門最有發(fā)展前途的IT應(yīng)用領(lǐng)域之一。STM32控制LED技術(shù)是將計算機(jī)作為一個信息處理部件,嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中的一種技術(shù),也就是說,它將軟件固化集成到硬件系統(tǒng)中,將硬

7、件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)一體化。嵌入式具有軟件代碼小、高度自動化和響應(yīng)速度快等特點,因而進(jìn)入21世紀(jì)后其應(yīng)用越來越廣泛,例如,各種家用電器如電冰箱、自動洗衣機(jī)、數(shù)字點電視機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等廣泛應(yīng)用這種技術(shù)。（2） 發(fā)展趨勢 信息時代，數(shù)字時代使得STM32控制LED系統(tǒng)獲得了巨大的發(fā)展契機(jī)，為STM32控制LED系統(tǒng)市場展現(xiàn)了美好的前景，從中我們可以看出未來STM32控制LED系統(tǒng)的幾大發(fā)展趨勢：   1STM32控制LED系統(tǒng)是嵌入式開發(fā)是一項系統(tǒng)工程，因此要求嵌入式系統(tǒng)廠商不僅要提供嵌入式軟硬件系統(tǒng)本身，同時還需要提供強(qiáng)大的硬件開發(fā)工具和軟件包支持；  

8、0;   2未來的STM32控制LED系統(tǒng)設(shè)備為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的要求，必然要求硬件上提供各種網(wǎng)絡(luò)通信接口； 3精簡系統(tǒng)內(nèi)核、算法，降低功耗和軟硬件成本等。1.3 本文的主要工作和內(nèi)容安排（1） 主要工作 設(shè)置一個STM32控制LED系統(tǒng)，利用ARM芯片實現(xiàn)對LED燈的燈光和閃爍的控制（2） 內(nèi)容安排 1. 查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，熟悉所選ARM芯片; 2. 總體設(shè)計方案規(guī)劃，實現(xiàn) ; 3. 系統(tǒng)硬件設(shè)計，熟悉I/O接口，定時器的工作原理; 4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計，包括流程圖和程序; 5. 撰寫設(shè)計報告。. 第二章 正文2.1設(shè)計要求 利用ARM芯片實現(xiàn)對LED燈的燈光和閃爍

9、的控制 1用定時器TIM2通道2控制LED1燈的閃爍，每1s亮一次，再過1s每一次，其中LED1接在PA1腳上； 2.對周期進(jìn)行設(shè)置，控制通用定時器TIM1的1通道，實現(xiàn)1KHz的不同占空比波形，用于控制LED2亮度的明暗漸變，其中LED2接在實驗板的PA8腳上。（PWM脈沖寬度調(diào)制）2.2設(shè)計內(nèi)容（1）STM32處理器功能介紹 控制系統(tǒng)電路中的MCU（微控制器）選用了STM32系列高性能單片機(jī)。STM32具有MCU應(yīng)用領(lǐng)域的32位處理器的性能，STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計的ARM Cortex-M3內(nèi)核。按性能分成兩個不同的系列：S

10、TM32F103“增強(qiáng)型”系列和STM32F101“基本型”系列。增強(qiáng)型系列時鐘頻率達(dá)到72MHz，是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品；基本型時鐘頻率為36MHz，以16位產(chǎn)品的價格得到比16位產(chǎn)品大幅提升的性能，是16位產(chǎn)品用戶的最佳選擇。兩個系列都內(nèi)置32K到128K的閃存，不同的是SRAM的最大容量和外設(shè)接口的組合。時鐘頻率72MHz時，從閃存執(zhí)行代碼，STM32功耗36mA，是32位市場上功耗最低的產(chǎn)品，相當(dāng)于0.5mA/MHz。STM32的高性能Cortex-M3內(nèi)核為1.25DMips/MHz；含有一流的外設(shè)：1us的雙12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/秒的SPI，18MHZ的

11、I/O翻轉(zhuǎn)速度；在72MHz時消耗36mA，待機(jī)時下降的2uA。 內(nèi)核：ARM32位Cortex-M3 CPU，最高工作頻率72MHz，1.25DMIPS/MHz。單周期乘法和硬件除法。 存儲器：片上集成32-512KB的Flash存儲器。6-64KB的SRAM存儲器。  時鐘、復(fù)位和電源管理：2.0-3.6V的電源供電和I/O接口的驅(qū)動電壓。POR、PDR和可編程的電壓探測器（PVD）。4-16MHz的晶振。內(nèi)嵌出廠前調(diào)校的8MHz RC振蕩電路。內(nèi)部40 kHz的RC振蕩電路。用于CPU時鐘的PLL。帶校準(zhǔn)用于RTC的32kHz的

12、晶振。  低功耗：3種低功耗模式：休眠，停止，待機(jī)模式。為RTC和備份寄存器供電的VBAT。 調(diào)試模式：串行調(diào)試（SWD）和JTAG接口。（2） I/O接口初始化每個GPI/O端口有兩個32位配置寄存器(GPIOx_CRL，GPIOx_CRH)，兩個32位數(shù)據(jù)寄存器(GPIOx_IDR和GPIOx_ODR)，一個32位置位/復(fù)位寄存器(GPIOx_BSRR)，一個16位復(fù)位寄存器(GPIOx_BRR)和一個32位鎖定寄存器(GPIOx_LCKR)。   GPIO端口的每個位可以由軟件分別配置成多種模式：輸入浮空、輸入上拉、輸入下拉、模擬輸入、開漏輸出、推

13、挽式輸出、推挽式復(fù)用功能、開漏復(fù)用功能。每個I/O端口位可以自由編程，然而I/0端口寄存器必須按32位字被訪問(不允許半字或字節(jié)訪問)。GPIOx_BSRR和GPIOx_BRR寄存器允許對任何GPIO寄存器的讀/更改的獨立訪問；這樣，在讀和更改訪問之間產(chǎn)生IRQ時不會發(fā)生危險。下圖給出了一個I/O端口位的基本結(jié)構(gòu)。（3） 設(shè)計方案 1.用定時器TIM2通道2控制LED1燈的閃爍，每1s亮一次，再過1s每一次，其中LED1接在PA1腳上；為了實現(xiàn)特定頻率的產(chǎn)生，為了方便看到效果，將LED2的控制腳作為了頻率輸出引腳,產(chǎn)生的頻率不能過高，會造成看不到閃爍變換，所以，將設(shè)計頻率設(shè)定為12.5Hz，P

14、B1引腳默認(rèn)是作為通用IO口使用，為了產(chǎn)生特定頻率，利用了該引腳可以復(fù)用為TIM2_CH2，根據(jù)手冊，需要用到局部復(fù)用映射，才能將TIM2_CH2映射到PB1。在定時器2的初始化中，用到了輸出比較2模式的翻轉(zhuǎn)設(shè)置。也就是當(dāng)TIM2_CCR2=TIM3_CNT時，翻轉(zhuǎn)輸出的電平。以產(chǎn)生需要的頻率，TIM2_CCR2的值決定了翻轉(zhuǎn)的頻率。當(dāng)TIM2_CCR2=TIM3_CNT時，產(chǎn)生一次電平翻轉(zhuǎn)，并在中斷服務(wù)程序里重新完成對TIM2_CCR2的裝載。依次往復(fù)，產(chǎn)生了所需要的12.5Hz的頻率。 2.對周期進(jìn)行設(shè)置，控制通用定時器TIM1的1通道，實現(xiàn)1KHz的不同占空比波形，用于控制LED2亮度的

15、明暗漸變，其中LED2接在實驗板的PA8腳上。 由于TIM1計數(shù)器的時鐘頻率是72MHz，希望各通道輸出頻率為1KHZ，根據(jù)3倍預(yù)分頻后，時鐘頻率為24MHz，根據(jù)公式ftim1=TIM1CLK/(TIM1_Period+1),可得到TIM1預(yù)分頻的值為24000，根據(jù)公式通道輸出占空比=TIM1_CCR2/(TIM1_Period+1),可以得TIM1_Pulse的計數(shù)值，逐步改變這個值，可以控制占空比，從而獲得LED2亮度明暗漸變的效果。3. 設(shè)計總結(jié)這次嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計我們歷時兩個星期，在做本次課程設(shè)計的過程中，我感觸最深的當(dāng)屬查閱大量的設(shè)計資料了。為了讓自己的設(shè)計更加完善，查閱這方面

16、的設(shè)計資料是十分必要的，同時也是必不可少的。我們是在做嵌入式課程設(shè)計，但我們不是藝術(shù)家，他們可以拋開實際盡情在幻想的世界里翱翔，而我們一切都要有據(jù)可依，有理可尋，不切實際的構(gòu)想永遠(yuǎn)只能是構(gòu)想，永遠(yuǎn)無法升級為設(shè)計。                  其次，在這次課程設(shè)計中，我們運(yùn)用到了以前所學(xué)的專業(yè)課知識，如：C語言、模擬和數(shù)字電路知識等。雖然過去從未獨立應(yīng)用過它們，但在學(xué)習(xí)的過程中帶著問題去學(xué)我發(fā)現(xiàn)效率很高，這是我做這次課程設(shè)計的又一收獲。要做好一個課程設(shè)計，就必須做到：在設(shè)計程序之前，對所用嵌入式的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個系統(tǒng)的了解。在設(shè)計程序時，不能妄想一次就將整個程序設(shè)計好，反復(fù)修改、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計的必經(jīng)之路。在設(shè)計課程過程中遇到問題是很