嵌入式系統(tǒng)流水燈、按鍵、定時(shí)器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓 名：學(xué) 號(hào)：學(xué) 院：專(zhuān) 業(yè)：班 級(jí)：指導(dǎo)教師：實(shí)驗(yàn)1、流水燈實(shí)驗(yàn)1.1實(shí)驗(yàn)要求編程控制實(shí)驗(yàn)板上LED燈輪流點(diǎn)亮、熄滅，中間間隔一定時(shí)間。1.2原理分析實(shí)驗(yàn)主要考察對(duì)STM32F10X系列單片機(jī)GPIO的輸出操作。參閱數(shù)據(jù)手冊(cè)可知，通過(guò)軟件編程，GPIO可以配置成以下幾種模式：輸入浮空輸入上拉輸入下拉模擬輸入開(kāi)漏輸出推挽式輸出推挽式復(fù)用功能開(kāi)漏式復(fù)用功能根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，應(yīng)該首先將GPIO配置為推挽輸出模式。由原理圖可知，單片機(jī)GPIO輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)74HC244緩沖器，連接LED燈。由于74HC244的OE1和OE2都接地，為相同電平，故A端電平與Y端電平相同且LED燈共陽(yáng)

2、，所以，如果要點(diǎn)亮LED，GPIO應(yīng)輸出低電平。反之，LED燈熄滅。1.3程序分析軟件方面，在程序啟動(dòng)時(shí)，調(diào)用SystemInit()函數(shù)（見(jiàn)附錄1），對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘等關(guān)鍵部分進(jìn)行初始化，然后再對(duì)GPIO進(jìn)行配置。GPIO配置函數(shù)為SZ_STM32_LEDInit()（見(jiàn)附錄2），函數(shù)中首先使能GPIO時(shí)鐘：RCC_APB2PeriphClockCmd(GPIO_CLKLed, ENABLE);然后配置GPIO輸入輸出模式：GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP；再配置GPIO端口翻轉(zhuǎn)速度：GPIO_InitStructure.GPIO_Sp

3、eed = GPIO_Speed_50MHz；最后將配置好的參數(shù)寫(xiě)入寄存器，初始化完成：GPIO_Init(GPIO_PORTLed, &GPIO_InitStructure)。初始化完成后，程序循環(huán)點(diǎn)亮一個(gè)LED并熄滅其他LED，中間通過(guò)Delay()函數(shù)進(jìn)行延時(shí)，達(dá)到流水燈的效果（程序完整代碼見(jiàn)附錄3）。實(shí)驗(yàn)程序流程圖如下：硬件方面，根據(jù)實(shí)驗(yàn)指南，將實(shí)驗(yàn)板做如下連接：1.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)二、按鍵實(shí)驗(yàn)2.1實(shí)驗(yàn)要求利用STM32讀取外部按鍵狀態(tài)，按鍵按下一次產(chǎn)生一次外部中斷在中斷處理函數(shù)中使按鍵所對(duì)應(yīng)的燈亮起。2.2原理分析實(shí)驗(yàn)主要考察對(duì)STM32F10X系列單片機(jī)GPIO外部中斷功能

4、的使用。STM32F107VCT一共有5組GPIO，分別是PA15:0、PB15:0、PC15:0、PD15:0、PE15:0。STM32的所有GPIO都可以作為中斷輸入源，單片機(jī)通過(guò)復(fù)用的方式使其對(duì)處理器來(lái)說(shuō)來(lái)自 GPIO 的一共有 16 個(gè)中斷Px15:0。具體實(shí)現(xiàn)是PA0、PB0、PC0、PD0和PE0共享一個(gè)GPIO中斷；PA1、PB1、 PC1、PD1和PE1共享一個(gè)GPIO中斷；PA15、PB15、PC15、PD15和PE15共享一個(gè)GPIO中斷。以下圖片為以EXTI0為例的外部中斷/事件線(xiàn)路映像：要產(chǎn)生中斷，必須先配置好并使能中斷線(xiàn)。根據(jù)需要的邊沿檢測(cè)設(shè)置2個(gè)觸發(fā)寄存器，同時(shí)在中

5、斷屏蔽寄存器的相應(yīng)位寫(xiě)1允許中斷請(qǐng)求。當(dāng)外部中斷線(xiàn)上發(fā)生了期待的邊沿時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求，對(duì)應(yīng)的掛起位也隨之被置1。在掛起寄存器的對(duì)應(yīng)位寫(xiě)1，將清除該中斷請(qǐng)求。要把IO口作為外部中斷輸入，有以下幾個(gè)步驟：(1) 初始化 IO 口為輸入。這一步設(shè)置要作為外部中斷輸入的IO口的狀態(tài)，可以設(shè)置為上拉/下拉輸入，也可以設(shè)置為浮空輸入，但浮空的時(shí)候外部一定要帶上拉，或者下拉電阻。否則可能導(dǎo)致中斷不停的觸發(fā)。在干擾較大的地方，就算使用了上拉/下拉，也建議使用外部上拉/下拉電阻，這樣可以一定程度防止外部干擾帶來(lái)的影響。(2) 開(kāi)啟IO口復(fù)用時(shí)鐘，設(shè)置IO口與中斷線(xiàn)的映射關(guān)系。STM32的IO口與中斷線(xiàn)的對(duì)

6、應(yīng)關(guān)系需要配置外部中斷配置寄存器EXTICR，這樣我們要先開(kāi)啟復(fù)用時(shí)鐘，然后配置IO口與中斷線(xiàn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。才能把外部中斷與中斷線(xiàn)連接起來(lái)。(3) 開(kāi)啟與該IO口相對(duì)的線(xiàn)上中斷/事件，設(shè)置觸發(fā)條件。這一步，我們要配置中斷產(chǎn)生的條件，STM32可以配置成上升沿觸發(fā)，下降沿觸發(fā)， 或者任意電平變化觸發(fā)，但是不能配置成高電平觸發(fā)和低電平觸發(fā)。這里根據(jù)自己的實(shí)際情況來(lái)配置。同時(shí)要開(kāi)啟中斷線(xiàn)上的中斷，這里需要注意的是：如果使用外部中斷，并設(shè)置該中斷的EMR位的話(huà)，會(huì)引起軟件仿真不能跳到中斷，而硬件上是可以的。而不設(shè)置EMR，軟件仿真就可以進(jìn)入中斷服務(wù)函數(shù)，并且硬件上也是可以的。建議不要配置EMR位。(4)

7、 配置中斷分組（NVIC），并使能中斷。這一步，我們就是配置中斷的分組以及使能，對(duì)STM32的中斷來(lái)說(shuō)，只有配置了 NVIC 的設(shè)置，并開(kāi)啟才能被執(zhí)行，否則是不會(huì)執(zhí)行到中斷服務(wù)函數(shù)里面去的。(5) 編寫(xiě)中斷服務(wù)函數(shù)。這是中斷設(shè)置的最后一步，中斷服務(wù)函數(shù)，是必不可少的，如果在代碼里面開(kāi)啟了中斷，但是沒(méi)編寫(xiě)中斷服務(wù)函數(shù)，就可能引起硬件錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致程序崩潰。所以在開(kāi)啟了某個(gè)中斷后，應(yīng)為該中斷編寫(xiě)服務(wù)函數(shù)。在中斷服務(wù)函數(shù)里面編寫(xiě)要執(zhí)行的中斷后的操作，并很據(jù)情況判斷是否要對(duì)中斷產(chǎn)生的標(biāo)志位進(jìn)行清零。由原理圖可知，按鍵未按下時(shí)，GPIO讀到的為高電平，按鍵按下后，IO口接地，產(chǎn)生一個(gè)電平跳變，所以外部中

8、斷觸發(fā)方式應(yīng)該設(shè)置為下降沿觸發(fā)。2.3程序分析LED燈的點(diǎn)亮與實(shí)驗(yàn)一中相同，不過(guò)多贅述。程序首先對(duì)按鍵進(jìn)行初始化，初始化函數(shù)為GPIO_KEY_Config()（見(jiàn)附錄4），配置過(guò)程與實(shí)驗(yàn)一中GPIO配置基本一致。由于此處GPIO需要采集外界按鍵信號(hào)，故GPIO模式應(yīng)該為調(diào)整為內(nèi)部上拉電阻輸入GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU。然后執(zhí)行GPIO中斷初始化函數(shù)KEY_EXIT_Init()（見(jiàn)附錄5），首先將連接按鍵的IO口與EXTI線(xiàn)鏈接到一起：GPIO_EXTILineConfig(GPIO_KEY1_EXTI_PORT_SOURCE,G

9、PIO_KEY1_EXTI_PIN_SOURCE)；然后將觸發(fā)方式設(shè)置為下降沿觸發(fā)并寫(xiě)入中斷配置寄存器，并使能中斷：EXTI_InitStructure.EXTI_Line = GPIO_KEY1_EXTI_LINE;EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling; EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;EXTI_Init(&EXTI_InitStructure)。之后進(jìn)行中斷分組

10、配置及中斷優(yōu)先級(jí)配置，函數(shù)為InterruptConfig()（見(jiàn)附錄6）。配置過(guò)程較為復(fù)雜，涉及到搶占優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)的概念。程序首先將所有外部中斷歸為NVIC_PriorityGroup_2,即2位搶占優(yōu)先級(jí)和2位響應(yīng)優(yōu)先級(jí)：NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2)；然后將所有外部中斷信號(hào)的搶占優(yōu)先級(jí)規(guī)定為0、1、2，使其可以相互區(qū)別，并將配置好的參數(shù)寫(xiě)入對(duì)應(yīng)寄存器中，完成配置：NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = GPIO_KEY1_EXTI_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC

11、_IRQChannelPreemptionPriority = 0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = GPIO_KEY2_EXTI_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;NVIC_Init(&NVIC_

12、InitStructure);NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = GPIO_KEY3_EXTI_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure)。初始化完成后，程序進(jìn)入等待按鍵中斷觸發(fā)狀態(tài)，一旦按鍵按下，則進(jìn)入中斷服務(wù)函數(shù)EXTI9_5_IRQHandler()（見(jiàn)附錄7）中。在函數(shù)中對(duì)LED燈進(jìn)行點(diǎn)亮、熄滅操作，并重置中斷產(chǎn)生標(biāo)志位。實(shí)驗(yàn)流程圖如下（主函數(shù)代碼見(jiàn)附錄8）：硬件連接方式如下圖所示：2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)

13、三、定時(shí)器實(shí)驗(yàn)3.1實(shí)驗(yàn)要求利用STM32的通用定時(shí)器 TIM5 產(chǎn)生一個(gè)1S的中斷，在中斷函數(shù)中實(shí)現(xiàn) LED1、LED2、LED3、LED4同時(shí)翻轉(zhuǎn)的效果。3.2原理分析實(shí)驗(yàn)主要考察對(duì)STM32F10X系列單片機(jī)定時(shí)器的使用。實(shí)驗(yàn)中使用的STM32F107單片機(jī)有多達(dá)10個(gè)定時(shí)器，包括：多達(dá)4個(gè)16位定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有多達(dá)4個(gè)用于輸入捕獲/輸出比較/PWM 或脈沖計(jì)數(shù)的通道和增量編碼器輸入1個(gè)16位帶死區(qū)控制和緊急剎車(chē)，用于電機(jī)控制的 PWM 高級(jí)控制定時(shí)器2個(gè)獨(dú)立的看門(mén)狗定時(shí)器（獨(dú)立的和窗口型的）系統(tǒng)時(shí)間定時(shí)器：24 位自減型計(jì)數(shù)器2個(gè) 16 位基本定時(shí)器用于驅(qū)動(dòng)DAC根據(jù)時(shí)鐘樹(shù)可知，系

14、統(tǒng)時(shí)鐘經(jīng)過(guò)分頻之后，進(jìn)入TIM5的時(shí)鐘模塊入口，在經(jīng)過(guò)預(yù)分頻處理，才供給TIM5作時(shí)鐘使用。預(yù)分頻器的系數(shù)為：TIMx_PSC，當(dāng)TIMx_PSC = 0時(shí)表示不分頻，則TIM5定時(shí)器的時(shí)鐘用CK_CNT =模塊入口時(shí)鐘72MHz；當(dāng)TIMx_PSC = 1時(shí)表示不分頻，則TIM5定時(shí)器的時(shí)鐘用CK_CNT=模塊入口時(shí)鐘36MHz；以此類(lèi)推。公式為：CK_CNT =fCK_PSC/(PSC15:0+1)，其中PSC最大為65535。其次是TIM5計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值的設(shè)置，TIM5計(jì)數(shù)器以CK_CNT為時(shí)鐘計(jì)數(shù)，向下計(jì)數(shù)到0或向上計(jì)數(shù)到設(shè)定值（TIMx_ARR）則產(chǎn)生中斷。以向上計(jì)數(shù)為例，從 0 開(kāi)始

15、計(jì)數(shù)到設(shè)定值TIMx_ARR 時(shí)產(chǎn)生中斷。要產(chǎn)生一秒一次中斷則要使計(jì)數(shù)器的值乘以預(yù)分頻的值=系統(tǒng)時(shí)鐘72MHz，其中計(jì)數(shù)器的值和預(yù)分頻值都必須小于65535。我們使預(yù)分頻值為7200，計(jì)數(shù)器值為10000，則7200 * 10000 = 72,000,000即72M。其中拆分方法很多35000*2000 = 72,000,000，只要注意計(jì)數(shù)器的值和預(yù)分頻值都必須小于65535即可。當(dāng)計(jì)數(shù)值溢出后，會(huì)改變計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位，并產(chǎn)生定時(shí)器中斷，實(shí)驗(yàn)中使用其產(chǎn)生中斷來(lái)進(jìn)行LED燈翻轉(zhuǎn)。3.3程序分析LED初始化部分與實(shí)驗(yàn)一相同，完成初始化后，點(diǎn)亮所有LED燈。定時(shí)器配置函數(shù)為T(mén)IM5_Init()（見(jiàn)

16、附錄6）。配置函數(shù)首先使能計(jì)數(shù)器時(shí)鐘：RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE)；然后自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)值，計(jì)數(shù)從0開(kāi)始：TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = (100 - 1)；再對(duì)計(jì)時(shí)器進(jìn)行預(yù)分頻系數(shù)設(shè)置：TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = (7200 - 1)；并將計(jì)數(shù)器設(shè)置為向上計(jì)數(shù)：TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up；最后寫(xiě)入計(jì)時(shí)器配置寄存器，完成配置：TIM_TimeBaseI

17、nit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure)。配置完成后，還要對(duì)計(jì)數(shù)器溢出標(biāo)志位進(jìn)行清零，并打開(kāi)溢出中斷，使能計(jì)數(shù)器以開(kāi)始計(jì)數(shù)。TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_Update);TIM_ITConfig(TIM5, TIM_IT_Update, ENABLE);TIM_Cmd(TIM5, ENABLE)。定時(shí)器配置完成并使能后，計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)設(shè)的計(jì)數(shù)值之后，產(chǎn)生中斷信號(hào)。系統(tǒng)在進(jìn)行相關(guān)配置后可以響應(yīng)定時(shí)器產(chǎn)生的中斷，中斷配置函數(shù)為NVIC_Configuration()（見(jiàn)附錄7）。函數(shù)首先將中斷向量表首地址置于0x0

18、8000000：NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, 0x0000)；然后使能TIM5中斷：NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;最后將配置參數(shù)寫(xiě)入中斷控制寄存器，完成配置：NVIC_Init(

19、&NVIC_InitStructure)。一旦中斷產(chǎn)生，系統(tǒng)會(huì)對(duì)中斷產(chǎn)生響應(yīng)，暫停所有正在執(zhí)行的低優(yōu)先級(jí)任務(wù)且將任務(wù)信息和數(shù)據(jù)壓入對(duì)應(yīng)對(duì)戰(zhàn)區(qū)，并進(jìn)入中斷服務(wù)函數(shù)TIM5_IRQHandler()（見(jiàn)附錄8）中進(jìn)行處理。在中斷服務(wù)函數(shù)中判斷并清除了中斷標(biāo)志位，以便定時(shí)器下一次計(jì)數(shù)中斷產(chǎn)生。函數(shù)中調(diào)用了LED_Spark()函數(shù)（見(jiàn)附錄9），實(shí)現(xiàn)了LED的閃爍。程序流程圖如下：硬件連接方式如下圖所示：實(shí)驗(yàn)四、按鍵中斷控制LED燈定時(shí)閃爍4.1實(shí)驗(yàn)要求綜合實(shí)驗(yàn)一、二、三，利用STM32讀取外部按鍵狀態(tài)，按鍵按下一次產(chǎn)生一次外部中斷在中斷處理函數(shù)中使按鍵所對(duì)應(yīng)的燈閃爍，閃爍間隔通過(guò)定時(shí)器定時(shí)控制。其中，SKEY1控制LED1以1S為間隔，閃爍3次，SKEY2控制LED2以2S為間隔閃爍3次，SKEY3控制LED3以3S為間隔，閃爍3次。4.2原理分析實(shí)驗(yàn)需要用到STM32的GPIO輸入輸出操作，GPIO外部中斷和內(nèi)部定時(shí)器中斷。在以上三個(gè)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)各個(gè)部分都已經(jīng)進(jìn)行過(guò)詳盡的解釋?zhuān)@里不再贅述。此實(shí)驗(yàn)需要將以上實(shí)驗(yàn)做綜合，并對(duì)時(shí)序進(jìn)行調(diào)整。難點(diǎn)為，對(duì)GPIO外部中斷和定時(shí)器內(nèi)部中斷的處理，即如何確定兩種不同中斷的優(yōu)先級(jí)。這里的使用的方法是，將所有按鍵外部中斷置于中斷分組2，即NVIC_PriorityGroup_2中。將所有按鍵中斷搶