嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用-基于STM32和RT-Thread 課件全套 機(jī)械 第1-11章 嵌入式系統(tǒng)概述- 設(shè)備管理

嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用第1章嵌入式系統(tǒng)概述1嵌入式系統(tǒng)基本概念2嵌入式系統(tǒng)硬件3嵌入式系統(tǒng)軟件4本章總結(jié)5課后作業(yè)嵌入式系統(tǒng)定義和特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)發(fā)展嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)本節(jié)小結(jié)1.1嵌入式系統(tǒng)基本概念1.定義1.1.1嵌入式系統(tǒng)定義和特點(diǎn)IEE（國際電機(jī)工程師協(xié)會(huì)）定義：“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行的裝置”(devicesusedtocontro1，monitor，orassisttheoperationofequipment，machineryorplants)國內(nèi)定義：以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，以應(yīng)用為中心，軟件硬件可剪裁，適合應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。2.特點(diǎn)1.1.1嵌入式系統(tǒng)定義和特點(diǎn)（1）技術(shù)密集：嵌入式系統(tǒng)是以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。（2）以應(yīng)用為中心：嵌入式系統(tǒng)是針對(duì)各行業(yè)的具體應(yīng)用而開發(fā)的專用系統(tǒng)，不具備通用性，升級(jí)換代也和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行，具有較長(zhǎng)的生命周期。（3）軟硬件可剪裁：嵌入式系統(tǒng)的軟件和硬件都必須高效率地設(shè)計(jì)，結(jié)合具體應(yīng)用，量體裁衣，去除冗余，力爭(zhēng)在相同的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能。（4）高可靠高實(shí)時(shí)性：嵌入式系統(tǒng)一般嵌入到具體設(shè)備中，對(duì)可靠性、成本、體積、功耗、電磁兼容等有嚴(yán)格要求，嵌入式軟件存儲(chǔ)在微控制器中，要求具有高可靠性和高實(shí)時(shí)性。1.嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷史1.1.2嵌入式系統(tǒng)發(fā)展嵌入式系統(tǒng)從無操作系統(tǒng)、簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，發(fā)展到面向Internet階段。（1）無操作系統(tǒng)：使用8位的CPU芯片來執(zhí)行一些單線程的程序，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能相對(duì)單一，處理效率較低，存儲(chǔ)容量較小，幾乎沒有用戶接口。使用簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉，曾經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了非常廣泛的應(yīng)用，但卻無法滿足現(xiàn)今對(duì)執(zhí)行效率、存儲(chǔ)容量等要求較高的智能控制、信息家電等場(chǎng)合的需要。（2）簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)：20世紀(jì)80年代，隨著微電子工藝水平的提高，IC制造商開始把嵌入式應(yīng)用中所需要的微處理器、I／O接口、串行接口以及RAM、ROM等部件統(tǒng)統(tǒng)集成到一片VLSI中，制造出面向I／0設(shè)計(jì)的微控制器，并一舉成為嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中異軍突起的新秀。與此同時(shí)，嵌入式系統(tǒng)的程序員也開始基于一些簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)開發(fā)嵌入式應(yīng)用軟件，大大縮短了開發(fā)周期、提高了開發(fā)效率。1.嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷史1.1.2嵌入式系統(tǒng)發(fā)展嵌入式系統(tǒng)從無操作系統(tǒng)、簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，發(fā)展到面向Internet階段。（3）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：20世紀(jì)9O年代，在分布控制、柔性制造、數(shù)字化通信和信息家電等巨大需求的牽引下，嵌入式系統(tǒng)進(jìn)一步飛速發(fā)展，而面向?qū)崟r(shí)信號(hào)處理算法的DSP產(chǎn)品則向著高速度、高精度、低功耗的方向發(fā)展。隨著硬件實(shí)時(shí)性要求的提高，嵌入式系統(tǒng)的軟件規(guī)模也不斷擴(kuò)大，逐漸形成了實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)，并開始成為嵌入式系統(tǒng)的主流。（4）面向網(wǎng)絡(luò)：21世紀(jì)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)代，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，其與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)等的結(jié)合日益緊密，為嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展帶來了巨大的機(jī)遇，同時(shí)也對(duì)嵌入式系統(tǒng)廠商提出了新的挑戰(zhàn)。目前，嵌入式技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合正在推動(dòng)著嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展。1.嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷史1.1.2嵌入式系統(tǒng)發(fā)展傳統(tǒng)應(yīng)用：MCU作為主控新應(yīng)用：MCU+RF+Sensor+Algorithm2007~20132013~至今2.嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)1.1.2嵌入式系統(tǒng)發(fā)展（1）小型化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化（2）云計(jì)算、可重構(gòu)、虛擬化等技術(shù)被進(jìn)一步應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)（3）嵌入式軟件開發(fā)平臺(tái)化、標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)可升級(jí)、代碼可復(fù)用更受重視（4）低功耗、綠色環(huán)保和信息安全性1.1.3嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用1.消費(fèi)電子嵌入式系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于智能消費(fèi)電子，如智能手機(jī)、平板電腦、家庭音響、玩具等。2.工業(yè)控制嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)設(shè)備中應(yīng)用廣泛，如打印機(jī)、工業(yè)過程控制、數(shù)字機(jī)床、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)等。3.醫(yī)療設(shè)備嵌入式系統(tǒng)已在醫(yī)療設(shè)備中取得廣泛應(yīng)用，如血糖儀、血氧計(jì)、人工耳蝸、心電監(jiān)護(hù)儀等。4.家庭智能管理系統(tǒng)家庭智能管理系統(tǒng)將是嵌入式系統(tǒng)未來最大的應(yīng)用領(lǐng)域之一，如水、電、煤氣表的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表，以及安全防水、防盜系統(tǒng)、智能家居系統(tǒng)等。1.1.3嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用5.環(huán)境工程嵌入式系統(tǒng)在環(huán)境工程中的應(yīng)用也很廣泛，如水文資源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、防洪體系及水土質(zhì)量檢測(cè)、堤壩安全、地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)、實(shí)時(shí)氣象信息網(wǎng)、水源和空氣污染監(jiān)測(cè)。6.機(jī)器人嵌入式芯片的發(fā)展將使機(jī)器人在微型化、高智能方面優(yōu)勢(shì)更加明顯，同時(shí)會(huì)大幅度降低機(jī)器人的價(jià)格，使其在工業(yè)領(lǐng)域和服務(wù)領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用。1.1.3嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用嵌入式學(xué)以致用，科技報(bào)國1.1.4嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)本節(jié)小結(jié)1.掌握嵌入式系統(tǒng)定義；2.理解嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)；3.了解嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷史及趨勢(shì)；4.理解嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用；5.了解嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)。嵌入式系統(tǒng)硬件架構(gòu)嵌入式處理器1.2嵌入式系統(tǒng)硬件ARM微控制器本節(jié)小結(jié)1.2.1嵌入式系統(tǒng)硬件架構(gòu)1.2.2嵌入式處理器2.嵌入式處理器分類1.2.2嵌入式處理器3.ARM微控制器1.2.2嵌入式處理器3.ARM微控制器構(gòu)架核心v1ARM1v2ARM2v2aARM2As,ARM3v3ARM6,ARM600,ARM610,ARM7,ARM700,ARM710v4StrongARM,ARM8,ARM10v4TARM7TDMI,ARM720T,ARM740T,ARM9TDMI,ARM920T,ARM940Tv5TEARM9E-S,ARM10TDMI,AEM1020Ev6ARM1136J(F)-S,ARM1176JZ(F)-S,ARM11v6T2ARM1156T2(F)-Sv7ARMCortex-M0/3/4/7,ARMCortex-R4/5/7/8,ARMCortex-A5/7/8/9/15/17v8ARMCortex-M23/33,ARMCortex-R52,ARMCortex-A32/35/53/55/57/72/73/751.2.2嵌入式處理器3.ARM微控制器系列核心架構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域Cortex-ACortex-A8/9/55/73/75ARMv7/8用于高檔消費(fèi)電子和無線產(chǎn)品，可運(yùn)行大型操作系統(tǒng)。Cortex-RCortex-R5/52ARMv7/8用于實(shí)時(shí)性高的產(chǎn)品，運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。Cortex-MCortex-M3/4/7ARMv7中低檔控制應(yīng)用，是當(dāng)前8//16單片機(jī)的換代產(chǎn)品。本節(jié)小結(jié)1.掌握嵌入式系統(tǒng)硬件架構(gòu)；2.了解ARM微控制器架構(gòu)。嵌入式系統(tǒng)軟件架構(gòu)嵌入式系統(tǒng)編程思想1.3嵌入式系統(tǒng)軟件本節(jié)小結(jié)1.3.1嵌入式系統(tǒng)軟件架構(gòu)嵌入式系統(tǒng)軟件架構(gòu)是嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的綱領(lǐng)，規(guī)定了軟件的組成部分及層級(jí)關(guān)系，良好的軟件架構(gòu)不僅能夠保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，而且結(jié)構(gòu)清晰，便于代碼復(fù)用，能夠極大地提高了開發(fā)效率，在嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中具有舉足輕重的地位。三種常見的嵌入式系統(tǒng)軟件架構(gòu)有順序執(zhí)行的前后臺(tái)架構(gòu)、基于前后臺(tái)的時(shí)間片輪詢架構(gòu)和多任務(wù)操作系統(tǒng)架構(gòu)。1.3.1嵌入式系統(tǒng)軟件架構(gòu)1.順序執(zhí)行的前后臺(tái)架構(gòu)溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求如下：（1）間隔50ms采集溫度信息；（2）通過LCD顯示溫度；（3）可通過按鍵設(shè)置溫度報(bào)警閾值；（4）溫度超過閾值進(jìn)行聲光報(bào)警。1.3.1嵌入式系統(tǒng)軟件架構(gòu)1.順序執(zhí)行的前后臺(tái)架構(gòu)1.3.1嵌入式系統(tǒng)軟件架構(gòu)2.基于前后臺(tái)的時(shí)間片輪詢架構(gòu)1.3.1嵌入式系統(tǒng)軟件架構(gòu)3.多任務(wù)操作系統(tǒng)架構(gòu)1.3.1嵌入式系統(tǒng)軟件架構(gòu)4.如何選擇在一些邏輯清晰、功能單一的應(yīng)用中適合選擇順序執(zhí)行的前后臺(tái)架構(gòu)，這個(gè)軟件架構(gòu)往往能夠滿足大部分需求，如電飯煲、電磁爐、燈光控制等。在一些資源缺乏的單片機(jī)并且對(duì)系統(tǒng)可靠性要求較高的情況下，建議采用基于前后臺(tái)的時(shí)間片輪詢架構(gòu)，因?yàn)檫@種架構(gòu)的系統(tǒng)耗費(fèi)比較小，但需要對(duì)時(shí)間片進(jìn)行深思熟慮的劃分。在一些功能復(fù)雜、邏輯控制較為困難的系統(tǒng)中，適合選擇多任務(wù)操作系統(tǒng)架構(gòu)，比如視頻監(jiān)控系統(tǒng)、無人機(jī)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等應(yīng)用場(chǎng)景。1.3.2嵌入式系統(tǒng)編程思想分層模塊化只能上層調(diào)用下層的函數(shù)接口，且不能不能跨層調(diào)用；模塊與模塊之間相互獨(dú)立；模塊功能只能增加，不能更改本節(jié)小結(jié)1.掌握嵌入式系統(tǒng)三種軟件架構(gòu)；2.理解嵌入式系統(tǒng)編程思想。1.4本章總結(jié)1.5課后作業(yè)1.繪制本章內(nèi)容思維導(dǎo)圖。2.結(jié)合生活生產(chǎn)，列舉嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，并描述嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)。3.結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)硬件架構(gòu)。4.制定學(xué)習(xí)計(jì)劃。謝謝欣賞THEEND嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用第2章STM32軟硬件基礎(chǔ)1STM32概述2最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)3開發(fā)環(huán)境搭建4本章總結(jié)5課后作業(yè)STM32產(chǎn)品系列及命名規(guī)則STM32L431性能2.1STM32概述STM32L431外部結(jié)構(gòu)本節(jié)小結(jié)1.STM32產(chǎn)品系列2.1.1STM32產(chǎn)品系列及命名規(guī)則豐富的產(chǎn)品線面向不同應(yīng)用1.STM32產(chǎn)品系列2.1.1STM32產(chǎn)品系列及命名規(guī)則1.STM32產(chǎn)品系列2.1.1STM32產(chǎn)品系列及命名規(guī)則1.STM32產(chǎn)品系列2.1.1STM32產(chǎn)品系列及命名規(guī)則1.STM32產(chǎn)品系列2.1.1STM32產(chǎn)品系列及命名規(guī)則2.STM32命名規(guī)則2.1.1STM32產(chǎn)品系列及命名規(guī)則1.STM32L4系列性能2.1.2STM32L431性能2.STM32L431系列性能2.1.2STM32L431性能2.STM32L431系列性能2.1.2STM32L431性能2.1.3STM32L431外部結(jié)構(gòu)電源：Vxxx，共11個(gè)引腳復(fù)位：NRST時(shí)鐘控制：OSCxxx啟動(dòng)配置：BOOT0輸入輸出口：Pxx本節(jié)小結(jié)1.掌握常用STM32系列MCU主頻；2.掌握STM32命名規(guī)則；3.了解STM32L4性能；4.了解STM32外部結(jié)構(gòu)。最小系統(tǒng)概念最小設(shè)計(jì)示例2.2最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)本節(jié)小結(jié)2.2.1最小系統(tǒng)概念2.2.2最小系統(tǒng)示例2.2.2最小系統(tǒng)示例1.電源2.2.2最小系統(tǒng)示例2.時(shí)鐘2.2.2最小系統(tǒng)示例2.時(shí)鐘時(shí)鐘提供時(shí)序，微控制器根據(jù)時(shí)序運(yùn)行。無源晶振：2個(gè)引腳；內(nèi)部無電源，需CPU內(nèi)部振蕩器才能產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)；便宜有源晶振：4個(gè)引腳；內(nèi)部有震蕩電路，通電直接輸出時(shí)鐘信號(hào)；稍貴。不起振：萬用表測(cè)OSC_IN和OSC_OUT兩端電壓，低于1/2

VCC。程序下載失??！2.2.2最小系統(tǒng)示例3.復(fù)位4.下載2.2.2最小系統(tǒng)示例5.啟動(dòng)啟動(dòng)模式選擇引腳啟動(dòng)模式說明BOOT1BOOT0X0從Flash啟動(dòng)Flash被選為啟動(dòng)區(qū)域01從系統(tǒng)存儲(chǔ)器啟動(dòng)系統(tǒng)存儲(chǔ)器被選為啟動(dòng)區(qū)域11從SRAM啟動(dòng)SRAM被選為啟動(dòng)區(qū)域具有BOOT0和BOOT1引腳的MCU啟動(dòng)模式配置2.2.2最小系統(tǒng)示例5.啟動(dòng)具有BOOT0，無BOOT1引腳的MCU啟動(dòng)模式配置BOOT0nBOOT1FLASH_OPTR[23]nBOOT0FLASH_OPTR[27]nSWBOOT0FLASH_OPTR[26]Flash空啟動(dòng)模式0XX10從Flash啟動(dòng)XX10X從Flash啟動(dòng)0XX11從系統(tǒng)存儲(chǔ)器啟動(dòng)11X1X從系統(tǒng)存儲(chǔ)器啟動(dòng)X100X從系統(tǒng)存儲(chǔ)器啟動(dòng)10X1X從SRAMX000X從SRAM本節(jié)小結(jié)1.掌握STM32最小系統(tǒng)概念；2.熟練設(shè)計(jì)STM32最小系統(tǒng)。裸機(jī)開發(fā)環(huán)境RT-Thread開發(fā)環(huán)境2.3開發(fā)環(huán)境搭建本節(jié)小結(jié)2.3.1裸機(jī)開發(fā)環(huán)境1.軟件下載2.軟件安裝報(bào)錯(cuò)——安裝程序所在路徑包含中文3.軟件測(cè)試2.3.2RT-Thread開發(fā)環(huán)境1.軟件下載2.軟件安裝3.軟件測(cè)試本節(jié)小結(jié)1.掌握裸機(jī)開發(fā)環(huán)境搭建；2.掌握RT-Thread開發(fā)環(huán)境搭建。2.4本章總結(jié)2.5課后作業(yè)1.繪制本章內(nèi)容思維導(dǎo)圖。2.瀏覽STM32官網(wǎng)，了解STM32系列MCU分類及性能。3.設(shè)計(jì)STM32最小系統(tǒng)。謝謝欣賞THEEND嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用第3章通用輸入輸出1GPIO概念及應(yīng)用場(chǎng)景2IO內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及工作模式3GPIO應(yīng)用實(shí)例45課后作業(yè)本章總結(jié)GPIO概念GPIO應(yīng)用場(chǎng)景3.1GPIO概念及應(yīng)用場(chǎng)景本節(jié)小結(jié)3.1.1GPIO概念輸入輸出（IO，Input/Output）是微控制器最基本的外設(shè)功能之一。GPIO（GeneralPurposeInputOutput）即通用功能輸入輸出，是相對(duì)于復(fù)用功能輸入輸出AFIO（AlternateFunctionInputOutput）而言的。GPIO一般用于輸出開關(guān)信號(hào)（高電平/低電平或1/0），接受開關(guān)信號(hào)輸入。AFIO是IO的第二功能，根據(jù)功能不同其輸入輸出遵守一定的協(xié)議，如作為串口收發(fā)時(shí)，引腳電平根據(jù)收發(fā)數(shù)據(jù)變化，作為模擬輸入時(shí)，引腳接受的為實(shí)際電壓。3.1.1GPIO概念根據(jù)型號(hào)不同，STM32FL431處理器上IO端口和引腳多少不同。64引腳的STM32L431Rx只有A、B、C、D四個(gè)IO端口，其中A、B和C端口，每個(gè)端口有16個(gè)IO引腳，D端口只有1個(gè)IO引腳，共49個(gè)IO引腳。而100引腳的STM32L431Vx有A、B、C、D和E五個(gè)IO端口，每個(gè)端口有16個(gè)IO引腳，共80個(gè)IO引腳。每個(gè)引腳都可以用作GPIO，也可用作AFIO。3.1.2GPIO應(yīng)用場(chǎng)景監(jiān)測(cè)開關(guān)信號(hào)控制開關(guān)設(shè)備1.監(jiān)測(cè)開關(guān)信號(hào)3.1.2GPIO應(yīng)用場(chǎng)景開關(guān)信號(hào)即只有開和關(guān)兩種狀態(tài)的信號(hào)，如果開為高（低）電平，則關(guān)為低（高）電平，GPIO通過讀引腳電平狀態(tài)實(shí)現(xiàn)開關(guān)信號(hào)的監(jiān)測(cè)，當(dāng)讀到引腳狀態(tài)為1時(shí)，表明引腳輸入為高電平，此時(shí)可根據(jù)電路原理判斷輸入信號(hào)的開關(guān)狀態(tài)。GPIO搭配適當(dāng)電路可監(jiān)測(cè)任意開關(guān)信號(hào)，包括無源和有源開關(guān)信號(hào)。1.監(jiān)測(cè)開關(guān)信號(hào)3.1.2GPIO應(yīng)用場(chǎng)景（1）無源開關(guān)信號(hào)無源開關(guān)信號(hào)指?jìng)鞲衅鬏敵霰旧聿痪邆涓叩碗娖?，通常有公共端（COM）、常開（NO）和（或）常閉（NC）等連接線，正常狀態(tài)時(shí)，NO和COM斷路，NC和COM短路，當(dāng)傳感器檢測(cè)到異常時(shí)，NO和COM短路，NC和COM斷路。常見的無源信號(hào)有各種按鍵、接近開關(guān)、限位開關(guān)、液位開關(guān)、水浸傳感器輸出、溫度傳感器輸出、繼電器輸出等。1.監(jiān)測(cè)開關(guān)信號(hào)3.1.2GPIO應(yīng)用場(chǎng)景（2）有源開關(guān)信號(hào)有源開關(guān)信號(hào)指?jìng)鞲衅鬏敵霰旧砭邆涓叩碗娖?，相?yīng)傳感器通常包含電源正極（VCC）、電源負(fù)極（GND）和輸出（OUT），如果正常狀態(tài)時(shí)，OUT輸出高（低）電平，則異常狀態(tài)時(shí)OUT輸出低（高）電平。由于有源信號(hào)輸出具有極性，其輸出高電平電壓一般為5V、12V或24V，超出了MCU引腳承受能力，因此不能直接接到MCU的引腳，可采用光電耦合器進(jìn)行隔離。常見的有源信號(hào)有霍爾傳感器輸出、紅外傳感器輸出、火災(zāi)報(bào)警器輸出等。2.控制開關(guān)設(shè)備3.1.2GPIO應(yīng)用場(chǎng)景GPIO通過設(shè)置引腳電平高低實(shí)現(xiàn)外部設(shè)備或器件的開關(guān)控制，搭配適當(dāng)電路可控制任意設(shè)備開關(guān)，控控制方式需結(jié)合原理圖實(shí)現(xiàn)。本節(jié)小結(jié)掌握GPIO應(yīng)用場(chǎng)景；內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)工作模式3.2IO內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及工作模式本節(jié)小結(jié)3.2.1IO內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)3.2.1IO內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)1.保護(hù)二極管（鉗位二極管）兩個(gè)保護(hù)二極管可以防止引腳輸入電壓過高或過低，當(dāng)引腳電壓高于VDD時(shí)，上方的二極管導(dǎo)通，當(dāng)引腳電壓低于VSS時(shí)，下方的二極管導(dǎo)通，將輸入電壓鉗位在VCC和GND之間，防止不正常電壓輸入芯片導(dǎo)致芯片燒毀。3.2.1IO內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)2.上拉電阻和下拉電阻通過配置上拉電阻和下拉電阻的開關(guān)，可以控制引腳默認(rèn)的輸入狀態(tài)。開啟上拉電阻時(shí)，引腳默認(rèn)輸入電壓為高電平，稱為上拉輸入模式；開啟下拉時(shí)，引腳默認(rèn)輸入電壓為低電平，稱為下拉輸入模式；兩者都不開啟時(shí)，默認(rèn)輸入電壓不確定，直接用電壓表測(cè)量其引腳電壓為1點(diǎn)幾伏，稱為浮空輸入模式。引腳作為輸入時(shí)，一般要根據(jù)原理圖設(shè)置為“上拉輸入模式”或“下拉輸入模式”，使它有默認(rèn)狀態(tài)。3.2.1IO內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)3.TTL施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器（Schmidttrigger）是一種由電位觸發(fā)的觸發(fā)器（一般觸發(fā)器由時(shí)鐘沿觸發(fā)），它在輸入電壓遞減和遞增兩種不同變化方向有不同的閾值電壓，因此具有較強(qiáng)的抗干擾能力。施密特觸發(fā)器分為正向施密特觸發(fā)器和反向施密特觸發(fā)器，其符號(hào)及輸入輸出特性如圖3-3所示，橫軸為輸入，縱軸為輸出，STM32中采用的是正向施密特觸發(fā)器，對(duì)于正向施密特觸發(fā)器，當(dāng)輸入遞減至低于輸入低閾值（VIL）時(shí)，輸出變?yōu)榈碗娖剑╒OL），當(dāng)輸入遞增至高于輸入高閾值（VIH）時(shí)，輸出變?yōu)楦唠娖健?.2.1IO內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)3.TTL施密特觸發(fā)器3.2.1IO內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)4.輸入數(shù)據(jù)寄存器寄存器是MCU內(nèi)部用來存放指令和數(shù)據(jù)的有限存儲(chǔ)容量的高速存儲(chǔ)部件，其本質(zhì)是一種只包含存儲(chǔ)電路（由鎖存器或觸發(fā)器構(gòu)成）的時(shí)序邏輯電路。由于一個(gè)鎖存器或觸發(fā)器能存儲(chǔ)1位二進(jìn)制數(shù)，因此N位寄存器是由N個(gè)鎖存器或觸發(fā)器構(gòu)成的。3.2.1IO內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)4.輸入數(shù)據(jù)寄存器輸入數(shù)據(jù)寄存器是MCU用來保存輸入結(jié)果的寄存器，STM32每個(gè)端口都對(duì)應(yīng)有一個(gè)獨(dú)立的輸入寄存器，輸入寄存器為32位，但只用到低16位存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)16個(gè)引腳的輸入狀態(tài)，高16位保留。引腳輸入信號(hào)經(jīng)上拉電阻或下拉電阻后，輸入至TTL施密特觸發(fā)器，模擬信號(hào)被施密特觸發(fā)器轉(zhuǎn)化為高電平或低電平，然后以1（高電平）或0（低電平）的數(shù)字信號(hào)形式存儲(chǔ)至輸入數(shù)據(jù)寄存器的相應(yīng)位，讀輸入數(shù)據(jù)寄存器即可獲取引腳的輸入電平狀態(tài)。3.2.1IO內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)5.置位/復(fù)位寄存器置位/復(fù)位寄存器為32位寄存器，直接與輸出數(shù)據(jù)寄存器相連，用于設(shè)置數(shù)據(jù)寄存器每一位的值。置位/復(fù)位寄存器每?jī)晌粚?duì)應(yīng)輸出數(shù)據(jù)寄存器的一位，如置位/復(fù)位的第0位設(shè)置為1，則輸出數(shù)據(jù)寄存器的第0位被設(shè)置為1，置位/復(fù)位的第16位設(shè)置為1，則輸出數(shù)據(jù)寄存器的第0位被設(shè)置為0。6.輸出數(shù)據(jù)寄存器端口被設(shè)置成輸出模式后，可以從輸出數(shù)據(jù)寄存器相應(yīng)位讀寫數(shù)據(jù)來判斷和控制IO口的輸出狀態(tài)，與輸入數(shù)據(jù)寄存器一樣，輸出數(shù)據(jù)寄存器為32位，但只用到低16位，且只能以16位的方式讀取和設(shè)置，如要單獨(dú)設(shè)置某一位需通過置位/復(fù)位寄存器。3.2.1IO內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)7.P-MOS管和N-MOS管P-MOS管和N-MOS管組成的單元電路使IO具有了“推挽輸出”和“開漏輸出”兩種輸出模式。當(dāng)IO設(shè)置為推挽輸出模式時(shí)，如果設(shè)置輸出數(shù)據(jù)寄存器對(duì)應(yīng)位為1，則上方的P-MOS導(dǎo)通，下方的N-MOS截止，對(duì)外輸出高電平（3.3V），反之，如果設(shè)置輸出數(shù)據(jù)寄存器對(duì)應(yīng)位為0，則上方的P-MOS截止，下方的N-MOS導(dǎo)通，對(duì)外輸出低電平（0V）。3.2.1IO內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)7.P-MOS管和N-MOS管P-MOS管和N-MOS管組成的單元電路使IO具有了“推挽輸出”和“開漏輸出”兩種輸出模式。當(dāng)IO設(shè)置為開漏輸出模式時(shí)，則上方的P-MOS漏極開路，即P-MOS永遠(yuǎn)截止，此時(shí)如果設(shè)置輸出數(shù)據(jù)寄存器對(duì)應(yīng)位為1，P-MOS和N-MOS均截止，引腳對(duì)外呈現(xiàn)高阻態(tài)，若想讓引腳輸出高電平，則引腳必須外接上拉電阻，由上拉電阻提供高電平。如果設(shè)置輸出數(shù)據(jù)寄存器對(duì)應(yīng)位為0，則P-MOS截止，N-MOS導(dǎo)通，對(duì)外輸出低電平（0V）。3.2.2IO工作模式8種模式：上拉輸入下拉輸入浮空輸入模擬輸入推挽輸出開漏輸出復(fù)用推挽輸出復(fù)用開漏輸出本節(jié)小結(jié)1.理解STM32內(nèi)部電路原理；2.掌握IO工作模式。狀態(tài)指示燈按鍵控制LED3.3應(yīng)用實(shí)例本節(jié)小結(jié)3.3.1狀態(tài)指示燈1.電路原理及需求分析嵌入式系統(tǒng)中通常采用LED指示系統(tǒng)工作狀態(tài)，LED相關(guān)電路原理圖如圖所示，LED陽極接高電平，陰極經(jīng)限流電阻后接GPIO引腳，引腳輸出高電平LED熄滅，引腳輸出低電平，LED點(diǎn)亮。上電或復(fù)位后，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，初始化完成后，LED1先以0.5s的間隔閃爍3次，然后進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)，LED1以1s的間隔閃爍。3.3.1狀態(tài)指示燈2.實(shí)現(xiàn)過程（1）創(chuàng)建工程及最小系統(tǒng)配置。（2）引腳功能配置。（3）編程實(shí)現(xiàn)工程。3.3.2按鍵控制LED1.電路原理及需求分析采用按鍵控制LED，按鍵和LED相關(guān)電路原理圖如圖所示，按鍵一端接高電平，另一端經(jīng)限流電阻接GPIO引腳，下方電容和電阻構(gòu)成硬件消抖電路，按鍵松開時(shí)讀取引腳為低電平，按鍵按下時(shí)讀取引腳為高電平。3.3.2按鍵控制LED1.電路原理及需求分析（1）LED1（PA0）用于指示系統(tǒng)工作狀態(tài)。（2）按鍵K1通過輪詢的方式控制LED2，每按一次K1，LED2狀態(tài)發(fā)生一次改變。3.3.2按鍵控制LED2.實(shí)現(xiàn)過程（1）創(chuàng)建工程及最小系統(tǒng)配置。（2）引腳功能配置。（3）編程實(shí)現(xiàn)工程。本節(jié)小結(jié)1.掌握工程創(chuàng)建及最小系統(tǒng)配置；2.掌握GPIO輸出應(yīng)用方法；3.掌握GPIO輸入應(yīng)用方法。3.4本章總結(jié)3.5課后作業(yè)1.繪制本章內(nèi)容思維導(dǎo)圖。2.實(shí)現(xiàn)兩個(gè)實(shí)例功能，并總結(jié)實(shí)現(xiàn)過程。謝謝欣賞THEEND嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用第4章外部中斷1中斷基本概念2STM32外部中斷3EXTI應(yīng)用實(shí)例45課后作業(yè)本章總結(jié)HAL_GPIO_ReadPinHAL_GPIO_TogglePinHAL_GPIO_WritePin中斷概念本節(jié)小結(jié)4.1中斷基本概念中斷概念1.中斷中斷：MCU執(zhí)行主程序時(shí)，出現(xiàn)了某些意外或緊急事件，需要MCU緊急處理，此時(shí)主程序被打斷，MCU轉(zhuǎn)而處理緊急事件，處理完畢后再返回繼續(xù)執(zhí)行主程序的過程。中斷服務(wù)程序通常為一個(gè)函數(shù)，該函數(shù)實(shí)現(xiàn)緊急事件處理功能。中斷源16+67斷點(diǎn)程序指針：指向當(dāng)前主程序運(yùn)行指令的下一條指令中斷概念1.中斷中斷中斷處理刻不容緩大局意識(shí)中斷概念2.中斷向量

中斷服務(wù)程序在內(nèi)存中的入口地址稱為中斷向量，把系統(tǒng)中所有中斷向量集中起來放到存儲(chǔ)器的某一區(qū)域內(nèi)，這個(gè)存儲(chǔ)中斷向量的存儲(chǔ)區(qū)域稱為中斷向量表。3.嵌套向量中斷控制器嵌套向量中斷控制器（NVIC，NestedVectoredInterruptController）是STM32中斷系統(tǒng)的核心，其作用是為所有中斷提供優(yōu)先級(jí)，實(shí)現(xiàn)中斷嵌套。中斷概念4.中斷優(yōu)先級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)表示中斷的重要程度，STM32具有兩類優(yōu)先級(jí)，即搶占優(yōu)先級(jí)（preemptionpriority）和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)（subpriority），可通過中斷優(yōu)先級(jí)寄存器（NVIC_IPR）進(jìn)行分組配置。中斷優(yōu)先級(jí)寄存器采用8位表示優(yōu)先級(jí)，理論上可以配置256個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，實(shí)際上STM32只用了高4位，并可通過編程將這4位分組為搶占優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)。中斷優(yōu)先級(jí)用數(shù)字表示，數(shù)字越小，優(yōu)先級(jí)越高，中斷分組默認(rèn)配置為第4組。判斷中斷優(yōu)先級(jí)時(shí)先判斷搶占優(yōu)先級(jí)，搶占優(yōu)先級(jí)高，則該中斷優(yōu)先級(jí)高。如果搶占優(yōu)先級(jí)相同，則根據(jù)響應(yīng)優(yōu)先級(jí)判斷，如果響應(yīng)優(yōu)先級(jí)也相同，則根據(jù)中斷通道向量地址判斷。中斷概念4.中斷優(yōu)先級(jí)優(yōu)先級(jí)分組搶占優(yōu)先級(jí)響應(yīng)優(yōu)先級(jí)第0組：NVIC_PriorityGroup_0無4位/16級(jí)（0~15）第1組：NVIC_PriorityGroup_11位/2級(jí)（0~1）3位/8級(jí)（0~7）第2組：NVIC_PriorityGroup_22位/4級(jí)（0~3）2位/4級(jí)（0~3）第3組：NVIC_PriorityGroup_33位/8級(jí)（0~7）1位/2級(jí)（0~1）第4組：NVIC_PriorityGroup_44位/16級(jí)（0~15）無中斷概念5.中斷執(zhí)行順序

多個(gè)中斷發(fā)生時(shí)，MCU根據(jù)中斷優(yōu)先級(jí)確定中斷執(zhí)行順序，中斷執(zhí)行遵循如下規(guī)則：

（1）允許中斷嵌套，即優(yōu)先執(zhí)行搶占優(yōu)先級(jí)高的中斷。如執(zhí)行中斷A時(shí)，發(fā)生了搶占優(yōu)先級(jí)更高的中斷B，則暫停中斷A處理過程轉(zhuǎn)去處理中斷B，處理完中斷B后再繼續(xù)處理中斷A，這個(gè)過程稱為中斷嵌套。

中斷嵌套只與搶占優(yōu)先級(jí)有關(guān)，搶占優(yōu)先級(jí)不同，才能發(fā)生中斷嵌套。

（2）當(dāng)搶占優(yōu)先級(jí)相同時(shí)，根據(jù)中斷發(fā)生順序執(zhí)行，哪個(gè)中斷先發(fā)生，則先執(zhí)行哪個(gè)中斷，如果幾個(gè)搶占優(yōu)先級(jí)相同的中斷同時(shí)發(fā)生，則優(yōu)先執(zhí)行響應(yīng)優(yōu)先級(jí)高的中斷。中斷概念5.中斷執(zhí)行順序有三個(gè)中斷A、B、C和D，搶占優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)分別為（3,1）、（2,2）、（1,3）和（2,3），則根據(jù)中斷發(fā)生順序有以下幾種執(zhí)行情況：（1）當(dāng)4個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生時(shí)，中斷執(zhí)行順序?yàn)镃、B、D、A。（2）執(zhí)行中斷A時(shí)，發(fā)生了中斷B，由于中斷B的搶占優(yōu)先級(jí)更高，因此可以打斷中斷A，即發(fā)生中斷嵌套。（3）執(zhí)行中斷B時(shí)，發(fā)生了中斷D，由于中斷B和中斷D的響應(yīng)優(yōu)先級(jí)相同，不會(huì)產(chǎn)生嵌套，中斷B執(zhí)行完后，再執(zhí)行中斷D。如果中斷B和中斷D同時(shí)發(fā)生，由于中斷B的響應(yīng)優(yōu)先級(jí)更高，因此先執(zhí)行中斷B。本節(jié)小結(jié)理解中斷概念；掌握中斷優(yōu)先級(jí)分組；理解中斷執(zhí)行順序。EXTI主要特征EXTI內(nèi)部電路4.2STM32外部中斷EXTI應(yīng)用步驟本節(jié)小結(jié)4.2.1EXTI主要特征STM32外部中斷是通常指引腳電平變化引起的中斷，由NVIC和外部中斷事件控制器（EXTI,ExtendedInterruptsandEventsController）控制。EXTI負(fù)責(zé)管理所有的外部中斷和內(nèi)部異步事件，并產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。STM32外部中斷的主要特征如下：（1）可產(chǎn)生最多39和事件/中斷請(qǐng)求，包括25個(gè)可配置中斷和14個(gè)直接中斷；（2）每個(gè)事件/中斷具有獨(dú)立的屏蔽控制；（3）可配置中斷包括IO引腳中斷和部分其它外設(shè)中斷，支持上升沿或下降沿觸發(fā)，并且具有專用的狀態(tài)位用于指示中斷源。（4）直接中斷主要是部分外設(shè)產(chǎn)生的喚醒事件，用于喚醒設(shè)備，其狀態(tài)標(biāo)志由相應(yīng)外設(shè)提供。（5）所有中斷可通過軟件進(jìn)行模擬。4.2.2EXTI內(nèi)部電路4.2.2EXTI內(nèi)部電路EXTI之所有能夠?qū)崿F(xiàn)中斷控制，是因?yàn)槠渚哂袊?yán)謹(jǐn)合理的硬件電路，以STM32L4系列為例，其EXTI內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖4-2所示，主要由邊沿檢測(cè)電路、下降沿觸發(fā)選擇寄存器、上升沿觸發(fā)選擇寄存器、中斷屏蔽寄存器、掛起請(qǐng)求寄存器等構(gòu)成。下面以GPIO中斷為例講解其工作原理，欲產(chǎn)生GPIO中斷，首先應(yīng)配置下降沿觸發(fā)選擇寄存器或（和）上升沿觸發(fā)選擇寄存器，當(dāng)其相應(yīng)位配置為1時(shí)，邊沿檢測(cè)電路即可檢測(cè)到電平變化；然后配置中斷屏蔽寄存器相應(yīng)位為1，當(dāng)邊沿檢測(cè)電路檢測(cè)到電平變化時(shí)，即可將掛起請(qǐng)求寄存器相應(yīng)位置1，進(jìn)而引發(fā)中斷，CPU響應(yīng)該中斷后即可執(zhí)行響應(yīng)的中斷服務(wù)程序。綜上所述，中斷提供了一個(gè)完全由硬件自動(dòng)完成的程序執(zhí)行通道，不要軟件的參與，降低了CPU的負(fù)荷，提高了響應(yīng)速度，是利用硬件提升MCU處理事件能力的有效方法。4.2.3EXTI應(yīng)用步驟EXTI是最常用的功能之一，主要用于開關(guān)量監(jiān)測(cè)，采用STM32CubeIDE進(jìn)行開發(fā)時(shí)，EXTI的配置主要包括引腳功能選擇、工作模式詳細(xì)配置、NVIC設(shè)置和中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)四大步驟。1.引腳功能選擇以引腳PC0為例，首先選中PC0，然后設(shè)置其為GPIO_EXTI0。2.工作模式詳細(xì)配置4.2.3EXTI應(yīng)用步驟EXTI是最常用的功能之一，主要用于開關(guān)量監(jiān)測(cè)，采用STM32CubeIDE進(jìn)行開發(fā)時(shí)，EXTI的配置主要包括引腳功能選擇、工作模式詳細(xì)配置、NVIC設(shè)置和中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)四大步驟。3.NVIC設(shè)置4.中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)voidHAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_tGPIO_Pin){ /*判斷引腳*/ if(GPIO_Pin==User_Label) { /*具體功能實(shí)現(xiàn)*/ }}本節(jié)小結(jié)1.理解EXTI內(nèi)部電路原理；2.掌握EXTI應(yīng)用步驟。按鍵控制LED本節(jié)小結(jié)4.3應(yīng)用實(shí)例按鍵控制LED1.電路原理及需求分析采用按鍵控制LED，按鍵和LED相關(guān)電路原理圖如圖所示，按鍵一段接高電平，另一端經(jīng)限流電阻接GPIO引腳，下方電容和電阻構(gòu)成硬件消抖電路，按鍵松開時(shí)讀取引腳為低電平，按鍵按下時(shí)讀取引腳為高電平。按鍵控制LED1.電路原理及需求分析（1）LED1（PA0）用于指示系統(tǒng)工作狀態(tài)，上電或復(fù)位后，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，初始化完成后，LED1先以0.5s的間隔閃爍3次，然后進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)，LED1以1s的間隔閃爍。（2）按鍵K1通過輪詢的方式控制LED2，每按一次K1，LED2狀態(tài)發(fā)生一次改變。（3）按鍵K2通過外部中斷的方式控制LED2，每按一次K1，LED2狀態(tài)發(fā)生一次改變。按鍵控制LED2.實(shí)現(xiàn)過程（1）創(chuàng)建工程及最小系統(tǒng)配置。（2）引腳功能配置。（3）編程實(shí)現(xiàn)工程。main.c/*USERCODEBEGIN4*/

/*外部中斷回調(diào)函數(shù)*/voidHAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_tGPIO_Pin){ if(GPIO_Pin==K2_Pin) { HAL_GPIO_TogglePin(LED2_GPIO_Port,LED2_Pin);//LED2引腳電平翻轉(zhuǎn) }}/*USERCODEEND4*/本節(jié)小結(jié)1.掌握工程創(chuàng)建及最小系統(tǒng)配置；2.掌握GPIO輸出應(yīng)用方法；3.掌握GPIO輸入應(yīng)用方法；4.掌握EXTI配置及中斷服務(wù)程序編寫。4.4本章總結(jié)4.5課后作業(yè)1.繪制本章內(nèi)容思維導(dǎo)圖。2.實(shí)現(xiàn)實(shí)例功能，并總結(jié)實(shí)現(xiàn)過程。謝謝欣賞THEEND嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用第5章定時(shí)器1定時(shí)/計(jì)數(shù)器基本概念2STM32定時(shí)器3TIM應(yīng)用實(shí)例45課后作業(yè)本章總結(jié)定時(shí)器與計(jì)數(shù)器的概念和區(qū)別定時(shí)器基本問題5.1定時(shí)/計(jì)數(shù)器基本概念定時(shí)器分類本節(jié)小結(jié)5.1.1定時(shí)器與計(jì)數(shù)器的概念和區(qū)別定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是MCU基本功能之一，在實(shí)際應(yīng)用中主要用于精確定時(shí)和外部計(jì)數(shù)，通常簡(jiǎn)稱為定時(shí)器?；谇昂笈_(tái)的時(shí)間片輪詢架構(gòu)中的時(shí)間片就是由定時(shí)器產(chǎn)生的，即由一個(gè)定時(shí)器產(chǎn)生精確定時(shí)，主程序根據(jù)時(shí)間片選擇執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。STM32微控制器提供基本定時(shí)器、通用定時(shí)器、高級(jí)定時(shí)器等多種不同性能的定時(shí)器以滿足不同場(chǎng)合應(yīng)用需求。5.1.1定時(shí)器與計(jì)數(shù)器的概念和區(qū)別定時(shí)器是對(duì)周期固定的MCU內(nèi)部外設(shè)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)達(dá)到計(jì)數(shù)值時(shí)會(huì)產(chǎn)生中斷，從而達(dá)到精確定時(shí)的目的。如脈沖信號(hào)周期為1ms，要產(chǎn)生1s精確定時(shí)，則可設(shè)置定時(shí)器從0開始向上遞增計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到1000時(shí)觸發(fā)中斷。計(jì)數(shù)器是對(duì)周期不確定的外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，通常用于統(tǒng)計(jì)一段時(shí)間內(nèi)外部脈沖個(gè)數(shù)，可用于信號(hào)頻率測(cè)量、旋轉(zhuǎn)設(shè)備轉(zhuǎn)速測(cè)量、流水線工件計(jì)數(shù)等應(yīng)用。5.1.1定時(shí)器與計(jì)數(shù)器的概念和區(qū)別本質(zhì)上，定時(shí)器和計(jì)數(shù)器都是計(jì)數(shù)器，區(qū)別是計(jì)數(shù)對(duì)象不同，所對(duì)應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景也不同，定時(shí)器可看成計(jì)數(shù)器的一種特例。由于精確定時(shí)是定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的最基本功能，因此，行業(yè)內(nèi)通常將定時(shí)器/計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)稱為定時(shí)器。5.1.2定時(shí)器基本問題定時(shí)器應(yīng)用中通常會(huì)面臨四個(gè)基本問題，即周期、位數(shù)、計(jì)數(shù)值和中斷處理。周期即每秒鐘脈沖個(gè)數(shù)。定時(shí)器的位數(shù)決定了定時(shí)器的計(jì)數(shù)最大值，如八位定時(shí)器計(jì)數(shù)最大值為255，十六位定時(shí)器計(jì)數(shù)最大值為65535。計(jì)數(shù)值指定時(shí)器要計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)，通過設(shè)置計(jì)數(shù)初值和計(jì)數(shù)終止即可確定計(jì)數(shù)值。中斷處理是脈沖個(gè)數(shù)達(dá)到定時(shí)器計(jì)數(shù)值時(shí)要進(jìn)行的中斷服務(wù)。5.1.2定時(shí)器基本問題容量為300ml，原有水100ml，注水速度為1ml/s，量杯中水量為200時(shí)，停止注水，并將水倒入反應(yīng)罐中。對(duì)應(yīng)到定時(shí)器上，則計(jì)數(shù)最大值為300，計(jì)數(shù)初值為100，計(jì)數(shù)終值為200，可實(shí)現(xiàn)100s的精確定時(shí)，將水倒入反應(yīng)罐為中斷處理。如果要實(shí)現(xiàn)50s的精確定時(shí)，可以設(shè)置計(jì)數(shù)初值為200（100），計(jì)數(shù)終值為250（150），只要保證終值-初值為50即可。5.1.3定時(shí)器分類STM32L431RCT6微控制器有1個(gè)滴答定時(shí)器，1個(gè)IWDG，1個(gè)WWDG，1個(gè)RTC，2個(gè)低功耗定時(shí)器，1個(gè)高級(jí)定時(shí)器（TIM1），3個(gè)通用定時(shí)器（TIM2、TIM15和TIM16），2個(gè)基本定時(shí)器（TIM6和TIM7）。5.1.3定時(shí)器分類（1）滴答定時(shí)器STM32的滴答定時(shí)器（systemticktimer,SysTick）是一個(gè)24位的定時(shí)器，具有自動(dòng)重載和溢出中斷功能。主要用于產(chǎn)生操作系統(tǒng)的時(shí)鐘節(jié)拍，方便系統(tǒng)在不同系列MCU的移植。此外，在前后臺(tái)架構(gòu)中還可以產(chǎn)生延時(shí)，如HAL_Delay函數(shù)就是用SysTick實(shí)現(xiàn)的ms延時(shí)函數(shù)。5.1.3定時(shí)器分類（2）看門狗定時(shí)器看門狗定時(shí)器主要作用是當(dāng)系統(tǒng)異常時(shí)自動(dòng)復(fù)位，STM32提供了一個(gè)獨(dú)立看門狗定時(shí)器（Independentwatchdog,IWGD）和一個(gè)系統(tǒng)窗口看門狗定時(shí)器（Systemwindowwatchdog,WWDG）。5.1.3定時(shí)器分類（3）實(shí)時(shí)時(shí)鐘STM32的實(shí)時(shí)時(shí)鐘（Real-timeclock,RTC）是一個(gè)獨(dú)立的BCD（binary-codeddecimal，二進(jìn)制表示十進(jìn)制）定時(shí)器，為VBAT提供獨(dú)立電源（通常采用紐扣電池）后，即使系統(tǒng)斷電，RTC仍可繼續(xù)運(yùn)行，主要用于記錄時(shí)間，提供日歷。5.1.3定時(shí)器分類（4）低功耗定時(shí)器STM32L系列MCU具有多個(gè)低功耗定時(shí)器（Low-powertimer,LPTIM），LPTIM具有獨(dú)立的時(shí)鐘，可以在停止模式（stopmode）下運(yùn)行，主要用于功耗管理。5.1.3定時(shí)器分類（5）常規(guī)定時(shí)器常規(guī)定時(shí)器包括高級(jí)定時(shí)器、通用定時(shí)器和基本定時(shí)器主要功能高級(jí)定時(shí)器TIM1通用定時(shí)器TIM2/15/16基本定時(shí)器TIM6/7內(nèi)部時(shí)鐘源（8MHz）●●●帶16位分頻的計(jì)數(shù)單元●●●更新中斷和DMA●●●計(jì)數(shù)方向向上、向下、雙向向上、向下、雙向向上外部事件計(jì)數(shù)●●○本節(jié)小結(jié)理解定時(shí)/計(jì)數(shù)器概念；掌握定時(shí)器基本問題；了解定時(shí)器分類。TIM內(nèi)部電路脈沖寬度調(diào)制5.2STM32定時(shí)器本節(jié)小結(jié)5.2.1TIM內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)輸入捕獲：高電平持續(xù)時(shí)間輸出比較：PWM時(shí)基單元時(shí)鐘源定時(shí)外部計(jì)數(shù)定時(shí)器級(jí)聯(lián)5.2.1TIM內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)1.時(shí)基單元預(yù)分頻器是一個(gè)16位的寄存器，其作用是對(duì)計(jì)數(shù)時(shí)鐘（CK_PSC）進(jìn)行0~65535分頻。如計(jì)數(shù)時(shí)鐘為80MHz，預(yù)分頻器值為79，則計(jì)數(shù)時(shí)鐘經(jīng)預(yù)分頻器80（79+1）分頻后，將分頻后的時(shí)鐘（CK_CNT）輸入至計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器的值每1us改變1次。系統(tǒng)時(shí)鐘是80MHz，1ms定時(shí)，則PSC=？，ARR=？PSC=8000-1ARR=10-11us5.2.1TIM內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)1.時(shí)基單元計(jì)數(shù)器對(duì)CK_CNT進(jìn)行計(jì)數(shù)，如設(shè)置為向上計(jì)數(shù)模式，則每個(gè)CK_CNT周期，TIMx_CNT值加1，TIMx_CNT值達(dá)到終值時(shí)，產(chǎn)生溢出事件，進(jìn)而觸發(fā)中斷。如設(shè)置為向下計(jì)數(shù)模式，則每個(gè)CK_CNT周期，TIMx_CNT值減1，當(dāng)其值減為0時(shí)，產(chǎn)生觸發(fā)事件，觸發(fā)中斷。5.2.1TIM內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)1.時(shí)基單元自動(dòng)重裝載寄存器用于自動(dòng)設(shè)置寄存器的計(jì)數(shù)終值或計(jì)數(shù)初值，當(dāng)計(jì)數(shù)模式為向上計(jì)數(shù)時(shí)，產(chǎn)生溢出事件后，自動(dòng)重裝載寄存器的值作為計(jì)數(shù)終值自動(dòng)填入計(jì)數(shù)器（計(jì)數(shù)初值為0），當(dāng)計(jì)數(shù)模式為向下計(jì)數(shù)時(shí)（計(jì)數(shù)終值為0），產(chǎn)生溢出事件后，自動(dòng)重裝載寄存器的值作為計(jì)數(shù)初值自動(dòng)填入計(jì)數(shù)器。5.2.1TIM內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)2.捕獲比較單元一般通用定時(shí)器具有4路輸入捕獲/輸出比較通道（TIMx_CH1、TIMx_CH2、TIMx_CH3和TIMx_CH4）。輸入捕獲/輸出比較的核心是捕獲/比較寄存器（CCR），每個(gè)輸入捕獲/輸出比較通道都具有獨(dú)立的捕獲/比較寄存器。輸入捕獲/輸出比較通道的輸入信號(hào)經(jīng)多路復(fù)用、輸入濾波器、邊沿檢測(cè)器和預(yù)分頻器后更新值捕獲比較寄存器。捕獲比較寄存器與計(jì)數(shù)器進(jìn)行比較，當(dāng)捕獲比較寄存器的值大于或小于計(jì)數(shù)器的值時(shí)，會(huì)產(chǎn)生輸入捕獲事件、比較輸出事件或輸出脈沖信號(hào)。5.2.2脈沖寬度調(diào)制1.PWM參數(shù)PWM信號(hào)具有三個(gè)基本參數(shù)，即周期、頻率和占空比。周期是一個(gè)完整的PWM波形所持續(xù)的時(shí)間；頻率是周期的倒數(shù)，即1s內(nèi)完整PWM波形的個(gè)數(shù)，單位為Hz；占空比是高電平持續(xù)時(shí)間與周期之比，用百分比表示。脈沖寬度調(diào)制（Pulse-WidthModulation，PWM）簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制，是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法，可以利用MCU的數(shù)字輸出，通過對(duì)一系列脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬電路的控制，廣泛應(yīng)用于測(cè)量、通信、工控等領(lǐng)域。5.2.2脈沖寬度調(diào)制PWM對(duì)模擬信號(hào)編碼的本質(zhì)是將脈沖信號(hào)加到模擬負(fù)載，高電平時(shí)提供直流輸出，低電平時(shí)斷開直流輸出。理論上，通過對(duì)高電平和低電平的時(shí)間控制，可以輸出任意不大于高電平電壓的模擬電壓，輸出電壓為高電平電壓與占空比的乘積。2.PWM電壓調(diào)節(jié)原理任何時(shí)候，都能輸出平均電壓？5.2.2脈沖寬度調(diào)制STM32通用定時(shí)器和高級(jí)定時(shí)器具有PWM輸出功能，通過設(shè)置預(yù)分頻器（PSC）、自動(dòng)重裝載寄存器（ARR）和捕獲比較寄存器（CCR）值可獲得任意周期（頻率）和占空比的PWM輸出。3.STM32輸出PWM原理PSC和ARR用于控制PWM的周期，CCR用于控制PWM的占空比。當(dāng)周期確定后，每個(gè)周期CNT值加1，并與CCR值比較，當(dāng)CNT值小于CCR值時(shí)，CH通道輸出高電平，當(dāng)CNT值大于CCR值時(shí)，CH通道輸出低電平，當(dāng)CNT值等于ARR值時(shí)，CNT值自動(dòng)置零，重新開始計(jì)數(shù)并與CCR值進(jìn)行比較，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的PWM輸出。5.2.2脈沖寬度調(diào)制CH通道輸出信號(hào)與計(jì)數(shù)方向、PWM模式和輸出極性均有關(guān)系。輸出極性包括高和低兩種極性，決定了CH輸出的有效電平，如極性為高則有效電平為高電平，反之有效電平為低電平。當(dāng)計(jì)數(shù)方向?yàn)橄蛏匣蛳蛳掠?jì)數(shù)時(shí)，PWM有兩種模式，即PWM模式一和PWM模式二。4.CH輸出信號(hào)與計(jì)數(shù)方向、PWM模式和輸出極性的關(guān)系計(jì)數(shù)方向CNT與CCRPWM模式PWM模式一PWM模式二向上計(jì)數(shù)CNT<CCR有效電平無效電平CNT>CCR無效電平有效電平向下計(jì)數(shù)CNT<CCR無效電平有效電平CNT>CCR有效電平無效電平本節(jié)小結(jié)1.掌握TIM計(jì)數(shù)原理；2.掌握PWM電壓調(diào)節(jié)原理；3.掌握STM32的PWM輸出原理。TIM應(yīng)用實(shí)例1——精確定時(shí)TIM應(yīng)用實(shí)例2——PWM控制狀態(tài)指示燈5.3應(yīng)用實(shí)例本節(jié)小結(jié)5.3.1TIM應(yīng)用實(shí)例1——精確定時(shí)1.電路原理及需求分析采用按鍵控制LED，按鍵和LED相關(guān)電路原理圖如圖所示，按鍵一段接高電平，另一端經(jīng)限流電阻接GPIO引腳，下方電容和電阻構(gòu)成硬件消抖電路，按鍵松開時(shí)讀取引腳為低電平，按鍵按下時(shí)讀取引腳為高電平。5.3.1TIM應(yīng)用實(shí)例1——精確定時(shí)1.電路原理及需求分析（1）LED1（PA0）用于指示系統(tǒng)工作狀態(tài)，上電或復(fù)位后，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，初始化完成后，LED1先以0.5s的間隔閃爍3次，然后進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)，LED1以1s的間隔閃爍。（2）按鍵K1通過輪詢的方式控制LED2，每按一次K1，LED2狀態(tài)發(fā)生一次改變。（3）按鍵K2通過外部中斷的方式控制LED2，每按一次K1，LED2狀態(tài)發(fā)生一次改變。5.3.1TIM應(yīng)用步驟1——精確定時(shí)2.實(shí)現(xiàn)過程（1）創(chuàng)建工程及最小系統(tǒng)配置。（2）定時(shí)器配置。（3）編程實(shí)現(xiàn)工程。5.3.1TIM應(yīng)用步驟2——PWM控制狀態(tài)指示燈1.電路原理及需求分析采用按鍵控制LED，按鍵和LED相關(guān)電路原理圖如圖所示，按鍵一段接高電平，另一端經(jīng)限流電阻接GPIO引腳，下方電容和電阻構(gòu)成硬件消抖電路，按鍵松開時(shí)讀取引腳為低電平，按鍵按下時(shí)讀取引腳為高電平。1.電路原理及需求分析（1）LED1（PA0）用于指示系統(tǒng)工作狀態(tài)，上電或復(fù)位后，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，初始化完成后進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài),LED1以1s的改變亮度，亮度共10級(jí)，從亮度1逐漸變?yōu)榱炼?0，再從亮度10變?yōu)榱炼?，以此循環(huán)。（2）按鍵K1通過輪詢的方式控制LED2，每按一次K1，LED2狀態(tài)發(fā)生一次改變。（3）按鍵K2通過外部中斷的方式控制LED2，每按一次K1，LED2狀態(tài)發(fā)生一次改變。5.3.1TIM應(yīng)用步驟2——PWM控制狀態(tài)指示燈2.實(shí)現(xiàn)過程（1）創(chuàng)建工程及最小系統(tǒng)配置。（2）PWM配置。（3）編程實(shí)現(xiàn)工程。5.3.1TIM應(yīng)用步驟2——PWM控制狀態(tài)指示燈本節(jié)小結(jié)1.掌握工程創(chuàng)建及最小系統(tǒng)配置；2.掌握TIM精確定時(shí)應(yīng)用方法；3.掌握TIM輸出PWM應(yīng)用方法。5.4本章總結(jié)5.5課后作業(yè)1.繪制本章內(nèi)容思維導(dǎo)圖。2.實(shí)現(xiàn)實(shí)例功能，并總結(jié)實(shí)現(xiàn)過程。謝謝欣賞THEEND嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用第6章通用同步異步通信1通信基礎(chǔ)2STM32串口系統(tǒng)3USART應(yīng)用實(shí)例45課后作業(yè)本章總結(jié)通信分類異步串行通信6.1通信基礎(chǔ)本節(jié)小結(jié)6.1.1通信分類嵌入式系統(tǒng)中的通信是指MCU與MCU或外圍設(shè)備之間的信息交換。STM32L系列微控制器提供了通用同步/異步收發(fā)器（USART，UniversalSynchronousAsynchronousReceiverTransmitter）和低功耗通用異步收發(fā)器（LPUART，Lowpoweruniversalsynchronousasynchronousreceivertransmitter）用于同步或異步通信。6.1.1通信分類6.1.1通信分類6.1.1通信分類1.并行通信和串行通信并行通信用多條數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)字節(jié)中的各位同時(shí)傳輸。效率高，成本高。串行通信用一條數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)字節(jié)中的各位逐位傳輸。成本低，主流通信。6.1.1通信分類2.同步串行通信和異步串行通信有時(shí)鐘線，傳輸信息幀（多個(gè)字符），用于芯片間通信。無時(shí)鐘線，傳輸字符幀（一個(gè)字符），加起停標(biāo)志，通信速率相同，用于設(shè)備通信。6.1.1通信分類3.通信方向6.1.2異步串行通信異步串行通信簡(jiǎn)稱串口通信，為了保證通信時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)的一致，發(fā)送方和接收方須遵守一些共同的約定，其中最重要的是字符幀格式和波特率。1.字符幀格式異步串行通信中一個(gè)字符幀通常由起始位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位四部分構(gòu)成。6.1.2異步串行通信先發(fā)低位，后發(fā)高位！6.1.2異步串行通信起始位：1位，其值為0（低電平）。數(shù)據(jù)位：可設(shè)置為7至9個(gè)數(shù)據(jù)位（包含校驗(yàn)位），一般無校驗(yàn)時(shí)設(shè)置為8個(gè)數(shù)據(jù)位，有校驗(yàn)時(shí)設(shè)置為9個(gè)數(shù)據(jù)位，其值為0（低電平）或1（高電平）。停止位：可設(shè)置為0.5位、1位、1.5位或2位，其值為1（高電平），通常設(shè)置為1位?？臻e位：數(shù)據(jù)線為高電平，表示無數(shù)據(jù)傳輸。6.1.2異步串行通信校驗(yàn)位：用于校驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸正確與否，可設(shè)置為奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)或無校驗(yàn)。設(shè)置為奇偶校驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)位的最高位為校驗(yàn)位，設(shè)置為無校驗(yàn)時(shí)數(shù)據(jù)位最高位為數(shù)據(jù)的最高位，無校驗(yàn)位。若設(shè)置為奇校驗(yàn)，則當(dāng)接收方接收到數(shù)據(jù)時(shí)，校驗(yàn)“1”的個(gè)數(shù)是否為奇數(shù)，從而確定數(shù)據(jù)傳輸是否正確；若設(shè)置為偶校驗(yàn)，則當(dāng)接收方接收到數(shù)據(jù)時(shí)，校驗(yàn)“1”的個(gè)數(shù)是否為偶數(shù)，從而確定數(shù)據(jù)傳輸是否正確；若設(shè)置為無校驗(yàn)，則不對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性做判斷。6.1.2異步串行通信例：傳輸數(shù)據(jù)0x68（10000110），無奇偶校驗(yàn)。6.1.2異步串行通信2.波特率異步串行通信以1個(gè)字符為傳輸單位，傳輸多個(gè)字符的時(shí)間間隔是任意的，如傳輸0x68后何時(shí)再傳輸0x69是不受約束的。但一字符幀內(nèi)相鄰兩位的時(shí)間間隔是確定的，如傳輸0x68時(shí)，D0位與D1位，D1位與D2位，D2位與D3位等的時(shí)間間隔是確定的，即傳輸速率是確定的，傳輸速率用波特率表示。6.1.2異步串行通信2.波特率波特率即每秒鐘傳輸二進(jìn)制信息的位數(shù)，單位是為位／秒（bps或bit/s）。如每秒鐘傳輸240個(gè)字符，每個(gè)字符幀格式包含10位(1個(gè)起始位、1個(gè)停止位、8個(gè)數(shù)據(jù)位)，則此時(shí)的波特率為：傳輸距離與波特率及傳輸線的電氣特性有關(guān)。當(dāng)傳輸線使用每0.3m（約1英尺）有50pF電容的非平衡屏蔽雙絞線時(shí)，傳輸距離隨波特率的增加而減小。當(dāng)波特率超過1000bps時(shí)，最大傳輸距離迅速下降，如115200bps時(shí)最大距離下降到只有30m。10位×240個(gè)/秒=2400bps本節(jié)小結(jié)了解通信的分類及不同通信方式的區(qū)別；掌握異步串行通信的字符幀格式；掌握波特率定義及計(jì)算方法。USART的特點(diǎn)USART內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)6.2STM32串口系統(tǒng)本節(jié)小結(jié)6.2.1USART的特點(diǎn)STM32L系列微控制器具有LPUART和USART兩類串口，STM32L431RCT6芯片具有1個(gè)LPUART和3個(gè)USART。LPUART和USART的主要區(qū)別是LPUART可以采用低速時(shí)鐘作為時(shí)鐘源，在休眠模式下可以正常接收數(shù)據(jù)，喚醒系統(tǒng)。在使用上LPUART與UASRT沒有本質(zhì)區(qū)別。1.具有相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，全雙工通信；2.具有獨(dú)立的高精度波特率發(fā)生器，不占用定時(shí)/計(jì)數(shù)器；3.支持5、6、7、8和9位數(shù)據(jù)位，1或2位停止位的字符幀結(jié)構(gòu)；6.2.1USART的特點(diǎn)4.具有三個(gè)完全獨(dú)立的中斷：TX發(fā)送完成中斷、TX發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空中斷、RX接收完成中斷；5.支持奇偶校驗(yàn)；6.支持?jǐn)?shù)據(jù)溢出檢測(cè)和幀錯(cuò)誤檢測(cè)；7.支持同步操作，可主機(jī)時(shí)鐘同步，也可從機(jī)時(shí)鐘同步；8.支持多機(jī)通信模式。6.2.2USART內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)6.2.2USART內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)1.引腳通過引腳接收數(shù)據(jù)輸入（RX）、發(fā)送數(shù)據(jù)輸出（TX）、發(fā)送允許（CTS）、發(fā)送請(qǐng)求（RTS）和發(fā)送器時(shí)鐘輸出（CK）等引腳與外部設(shè)備相連。6.2.2USART內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)1.引腳RX通過采樣技術(shù)來區(qū)別數(shù)據(jù)和噪聲，從而恢復(fù)數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)送器被禁止時(shí)，TX引腳恢復(fù)到其IO端口配置。當(dāng)發(fā)送器被激活，并且不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，TX引腳處于高電平。6.2.2USART內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)1.引腳RTS和CTS為硬件數(shù)據(jù)流控制引腳，用于協(xié)調(diào)收發(fā)雙方，避免數(shù)據(jù)丟失。RTS的作用是通知對(duì)方自己是否可以接收數(shù)據(jù)，有效電平為低電平。CTS用于判斷對(duì)方是否可以接收數(shù)據(jù)，低電平有效。6.2.2USART內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)1.引腳CK為發(fā)送器時(shí)鐘輸出，用于同步傳輸?shù)臅r(shí)鐘，數(shù)據(jù)可以在RX上同步被接收，這可以用來控制帶有移位寄存器的外部設(shè)備(例如LCD驅(qū)動(dòng)器)。時(shí)鐘相位和極性都是軟件可編程的。在智能卡模式里，CK可以為智能卡提供時(shí)鐘。6.2.2USART內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)2.收發(fā)過程6.2.2USART內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)2.收發(fā)過程0X33001100110011001100110011110011000100011001110011001100110011001100110X33本節(jié)小結(jié)1.了解USART特點(diǎn)；2.掌握USART收發(fā)過程。USART應(yīng)用實(shí)例1——串口打印USART應(yīng)用實(shí)例2——開關(guān)量遠(yuǎn)程監(jiān)控6.3應(yīng)用實(shí)例本節(jié)小結(jié)6.3.1USART應(yīng)用實(shí)例1——串口打印1.電路原理及需求分析串口打印信息即利用STM32的串口，結(jié)合借助串口調(diào)試助手，輸出一段有用信息。在程序指定位置打印信息可以直觀地觀察程序運(yùn)行狀態(tài)，判斷程序運(yùn)行結(jié)果與預(yù)期邏輯是否一致，是一種簡(jiǎn)單易用的調(diào)試方法。因此，在硬件設(shè)計(jì)時(shí)通常預(yù)留USART1用于串口打印信息，以進(jìn)行調(diào)試。由于PC串口和STM32串口通信電平不一致，通常采用PL2302、PL2303、CH340等芯片進(jìn)行USB和串口轉(zhuǎn)換，本書所用開發(fā)板采用CH342F芯片實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口。1.電路原理及需求分析CH342F是南京沁恒微電子股份有限公司生產(chǎn)的USB總線轉(zhuǎn)換芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)USB轉(zhuǎn)2個(gè)異步串口，每個(gè)串口都支持高速全雙工通信，波特率范圍50bps~3Mbps，內(nèi)置時(shí)鐘，無需外部晶振，支持DC3.3V和DC5V供電，具體細(xì)節(jié)可參考官方產(chǎn)品手冊(cè)。6.3.1USART應(yīng)用實(shí)例1——串口打印1.電路原理及需求分析6.3.1USART應(yīng)用實(shí)例1——串口打印1.電路原理及需求分析（1）LED1（PA0）用于指示系統(tǒng)工作狀態(tài)，上電或復(fù)位后，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，初始化完成后，LED1先以0.5s的間隔閃爍3次，隨后打印“SystemInitOK!”,然后進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)，LED1間隔1s閃爍，同時(shí)根據(jù)LED1狀態(tài)打印“LED1On”（亮）或“LED1Off”（滅）。（2）按鍵K1和K2采用外部中斷方式，分別控制LED2和LED3,每按一次按鍵，LED狀態(tài)發(fā)生一次改變，同時(shí)根據(jù)LED狀態(tài)打印“LEDOn”或“LEDOff”。6.3.1USART應(yīng)用實(shí)例1——串口打印2.實(shí)現(xiàn)過程本實(shí)例在“TIM應(yīng)用實(shí)例1——精確定時(shí)”基礎(chǔ)上完善功能，主要包括兩部分內(nèi)容：首先，實(shí)現(xiàn)按鍵K1和K2通過外部中斷方式控制LED2和LED3的亮滅；然后，增加串口打印功能，具體實(shí)現(xiàn)方法包括串口配置、編程實(shí)現(xiàn)功能、編譯下載程序等步驟。6.3.1USART應(yīng)用實(shí)例1——串口打印2.實(shí)現(xiàn)過程——串口配置采用USART1實(shí)現(xiàn)信息打印，USART1配置方式：選中USART1->配置模式（Mode）選擇異步模式“Asynchronous”。其它參數(shù)保持默認(rèn)（1起始位，8數(shù)據(jù)位，1停止位，無奇偶校驗(yàn)，波特率115200）即可。6.3.1USART應(yīng)用實(shí)例1——串口打印2.實(shí)現(xiàn)過程——編程實(shí)現(xiàn)（1）串口重定向“printf”函數(shù)為C語言標(biāo)準(zhǔn)輸出函數(shù)，需包含頭文件“stdio.h”，由于標(biāo)準(zhǔn)C語言中的“printf”函數(shù)輸出到屏幕上，顯需要用到串口，因此需重定向，即將利用串口實(shí)現(xiàn)printf輸出。包含頭文件程序添加在/*USERCODEBEGINIncludes*/和/*

USERCODEENDIncludes*/之間，重定向程序添加至/*USERCODEBEGIN0*/和/*USERCODEEND0*/之間。6.3.1USART應(yīng)用實(shí)例1——串口打印2.實(shí)現(xiàn)過程——編程實(shí)現(xiàn)（1）串口重定向main.c/*Privateincludes*//*USERCODEBEGINIncludes*/#include"stdio.h"http://標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出，printf函數(shù)需要包含該頭文件。/*USERCODEENDIncludes*/

/*USERCODEBEGIN0*//*串口重定向，需要將printf函數(shù)重定向至串口，可百度搜索相關(guān)程序*/#ifdef__GNUC__#definePUTCHAR_PROTOTYPEint__io_putchar(intch)#else#definePUTCHAR_PROTOTYPEintfputc(intch,FILE*f)#endif

PUTCHAR_PROTOTYPE{//具體哪個(gè)串口可以更改huart1為其它串口HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)&ch,1,0xffff);returnch;}/*USERCODEEND0*/6.3.1USART應(yīng)用實(shí)例1——串口打印2.實(shí)現(xiàn)過程——編程實(shí)現(xiàn)（2）打印“SystemInitOK!”main.c/*1.LED1先以0.5s的間隔閃爍3次*/for(inti=0;i<6;i++){ HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin);//電平翻轉(zhuǎn) HAL_Delay(500);}

printf("SystemOK!\n");//打印SystemInitOK!6.3.1USART應(yīng)用實(shí)例1——串口打印2.實(shí)現(xiàn)過程——編程實(shí)現(xiàn)（3）打印LED1狀態(tài)main.c/*定時(shí)器回調(diào)函函數(shù)*/voidHAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef*htim){ if(htim->Instance==TIM6)//判斷是否為TIM6 { /*1.正常運(yùn)行LED1間隔1s閃爍*/ HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin); /*亮打印LED1On，滅打印LED1Off，需判斷*/ if(HAL_GPIO_ReadPin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin)==GPIO_PIN_RESET) { printf("LED1On!\n");//\n表示換行 } else { printf("LED1Off!\n");//\n表示換行 } }}6.3.1USART應(yīng)用實(shí)例1——串口打印2.實(shí)現(xiàn)過程——編程實(shí)現(xiàn)（4）打印LED2和LED3狀態(tài)main.c/*EXTI回調(diào)函數(shù)*/voidHAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_tGPIO_Pin){ if(GPIO_Pin==K1_Pin)//判斷是否為K1 { HAL_GPIO_TogglePin(LED2_GPIO_Port,LED2_Pin); } if(HAL_GPIO_ReadPin(LED2_GPIO_Port,LED2_Pin)==GPIO_PIN_RESET)//亮 { printf("LED2On!\n");//\n表示換行 } else { printf("LED2Off!\n");//\n表示換行 } if(GPIO_Pin==K2_Pin)//判斷是否為K1 { HAL_GPIO_TogglePin(LED3_GPIO_Port,LED3_Pin); } /*亮打印LED1On，滅打印LED1Off，需判斷*/ if(HAL_GPIO_ReadPin(LED3_GPIO_Port,LED3_Pin)==GPIO_PIN_RESET)//亮 { printf("LED3On!\n");//\n表示換行 } else { printf("LED3Off!\n");//\n表示換行 }}6.3.1USART應(yīng)用實(shí)例1——串口打印6.3.2USART應(yīng)用實(shí)例2——開關(guān)量遠(yuǎn)程監(jiān)控1.電路原理及需求分析1.電路原理及需求分析（1）LED1用于指示系統(tǒng)工作狀態(tài)，上電或復(fù)位后，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，初始化完成后LED1間隔0.5s閃爍3次，隨后進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài),LED1間隔1s閃爍。（2）按鍵K1和K2通過外部中斷的方式控制LED2和LED3的狀態(tài)，按下時(shí)對(duì)應(yīng)LED亮，松開時(shí)對(duì)應(yīng)LED滅。（3）通過USART1將LED2、LED3、K1和K2狀態(tài)信息發(fā)送至串口調(diào)試助手，發(fā)送時(shí)間間隔為2s。（4）利用串口調(diào)試助手發(fā)送控制指令，實(shí)現(xiàn)LED2和LED3的開關(guān)控制。6.3.2USART應(yīng)用實(shí)例2——開關(guān)量遠(yuǎn)程監(jiān)控2.實(shí)現(xiàn)過程（1）程序流程6.3.2USART應(yīng)用實(shí)例2——開關(guān)量遠(yuǎn)程監(jiān)控2.實(shí)現(xiàn)過程（1）程序流程6.3.2USART應(yīng)用實(shí)例2——開關(guān)量遠(yuǎn)程監(jiān)控2.實(shí)現(xiàn)過程（1）程序流程1）外設(shè)初始化：系統(tǒng)上電或復(fù)位后，初始化外設(shè)，包括GPIO、EXTI、TIM和USART，相應(yīng)初始化程序由STM32CubeIDE生成。6.3.2USART應(yīng)用實(shí)例2——開關(guān)量遠(yuǎn)程監(jiān)控2.實(shí)現(xiàn)過程（1）程序流程2）通信協(xié)議初始化：MCU發(fā)送狀態(tài)信息包括LED2、LED3、K1和K2的狀態(tài)，數(shù)據(jù)采用十六進(jìn)制打包發(fā)送，MCU發(fā)送數(shù)據(jù)協(xié)議如表所列，初始化協(xié)議為：4841495400000000000000。協(xié)議頭（4字節(jié)）設(shè)備ID（1字節(jié)）LED2狀態(tài)（1字節(jié)）LED3狀態(tài)（1字節(jié)）K1狀態(tài)（1字節(jié)）K2狀態(tài)（1字節(jié)）保留（2字節(jié)）48414954（HAIT）0000（滅）01（亮）00（滅）01（亮）00（斷開）01（閉合）00（斷開）01（閉合）0000

PC端采用十六進(jìn)制打包發(fā)送控制指令，MCU接收數(shù)據(jù)協(xié)議如表所列，由MCU進(jìn)行指令解析，無需初始化。協(xié)議頭（4字節(jié)）設(shè)備ID（1字節(jié)）K1狀態(tài)（1字節(jié)）K2狀態(tài)（1字節(jié)）保留（2字節(jié)）48414954（HAIT）0000（斷開）01（閉合）00（斷開）01（閉合）00006.3.2USART應(yīng)用實(shí)例2——開關(guān)量遠(yuǎn)程監(jiān)控3.實(shí)現(xiàn)步驟（1）初始化配置GPIO配置EXTI配置6.3.2USART應(yīng)用實(shí)例2——開關(guān)量遠(yuǎn)程監(jiān)控3.實(shí)現(xiàn)步驟（1）初始化配置TIM配置6.3.2USART應(yīng)用實(shí)例2——開關(guān)量遠(yuǎn)程監(jiān)控3.實(shí)現(xiàn)步驟