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：專業(yè)：班級(jí)指導(dǎo)教師：實(shí)驗(yàn) 1、流水燈實(shí)驗(yàn)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。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

2、Y 端電平相同且 LED 燈共陽(yáng)，所以，如果要點(diǎn)亮 LED，GPIO 應(yīng)輸出低電平。反之，LED 燈熄滅。程序分析SystemInit()函數(shù)（1），對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘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_InitSt

3、ructure.GPIO_Speed = 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)實(shí)驗(yàn)要求STM32函數(shù)中使按鍵所對(duì)應(yīng)的燈亮起。原理分析實(shí)驗(yàn)主要考察對(duì) STM32F10XGPIO 外部中斷功能的使用。STM32F107VCT 一共有

4、5 組 GPIO，分別是 PA15:0、PB15:0、PC15:0、PD15:0PE15:0STM32GPIO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)PA0PB0PC0PD0PE0GPIOPB1PC1、PD1PE1共享一個(gè) GPIOPB15PC15PD15PE15共享一個(gè) GPIO 中斷。以下圖片為以 EXTI0 為例的外部中斷/事件線路映像：要產(chǎn)生中斷，必須先配置好并使能中斷線。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)外部中斷在掛起寄存器的對(duì)應(yīng)位寫(xiě)1，將清除該中斷請(qǐng)求。IO 口作為外部中斷輸入，有以

5、下幾個(gè)步驟：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。開(kāi)啟 IO 口復(fù)用時(shí)鐘，設(shè)置 IO 口與中斷線的映射關(guān)系。STM32 的 IO 口與中斷線的對(duì)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來(lái)。開(kāi)啟與該 IO/置中斷產(chǎn)生的條件，STM32并設(shè)置該中斷的 EMR 位的話，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

6、數(shù)，并且硬件上也是可以的。建議不要配置 EMR 位。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。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，所以外部中斷觸發(fā)方式應(yīng)該設(shè)置為下降沿觸發(fā)。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

7、與實(shí)驗(yàn)一中 GPIO 配置GPIOGPIOGPIO_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 線到一起：GPIO_EXTILineConfig(GPIO_KEY1_EXTI_PORT_SOURCE,GPIO_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_Ini

8、tStructure.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

9、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 01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_IRQChannelPreemptionPriority = 0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd =

10、ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = GPIO_KEY2_EXTI_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = GPIO_KEY3_EXTI_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority =

11、 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)三、定時(shí)器實(shí)驗(yàn)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。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 STM3

12、2F107 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216 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_T=模塊入口時(shí)

13、鐘 當(dāng)TIMx_PSC= 1時(shí)表示不分頻，則TIM5 定時(shí)器的 時(shí) 鐘 用CK_T= 模 塊 入 口 時(shí) 鐘36MHz ； 以 此 類 推 。 公 式 為 ： CK_T=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_T 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 始計(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)分頻值為計(jì)數(shù)器值為則720

14、0*10000=72,000,00072M。其中拆分方法很多35000*2000 = 72,000,000，分頻值都必須小于 65535LED 燈翻轉(zhuǎn)。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 TIM5_Init()（見(jiàn)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

15、 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_TimeBaseInit(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_ITConf

16、ig(TIM5, TIM_IT_Update, ENABLE);TIM_Cmd(TIM5, ENABLE)。為 NVIC_Configuration()（見(jiàn)附錄7）。函數(shù)首先將中斷向量表首地址置0 x08000000：NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, 0 x0000)； 然 后 使 能 TIM5 中 斷 ： NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;NVIC_InitStructure

17、.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(&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

18、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)閃爍實(shí)驗(yàn)要求STM32LED1 以 1S3LED2 以 2S 3 次，SKEY3 控制 LED3 以 3S3 次。原理分析2OOGPIO 外部中斷和定時(shí)器部中斷的處理，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。將所有按鍵中斷搶占優(yōu)先級(jí)置為 0，即最高級(jí)別中斷， 響應(yīng)優(yōu)先級(jí)置分別置為 1、2、3，相互區(qū)別。將定時(shí)器中斷搶占優(yōu)先級(jí)置為 1， 相應(yīng)優(yōu)先級(jí)社會(huì)中低于按鍵中斷，使其可以被按鍵信號(hào)中斷計(jì)時(shí)，并刷新 LED 閃爍狀態(tài)。程序分析LED主函數(shù)如下：int main(void)/* LED 初始化 */ LED_config();/* LED 閃爍 */ Led_Turn_on_all(); Delay(3000000);Led_Turn_off_all();Delay(3000000);Led_Tur