《基于構(gòu)件化的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 課件全套 項(xiàng)目1-8 GPIO基礎(chǔ)應(yīng)用 實(shí)現(xiàn)閃燈和開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)與控制功能- 利用CAN實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可移植和可復(fù)用，嵌入式硬件和嵌入式軟件均采用構(gòu)件化的設(shè)計(jì)思想，即對(duì)嵌入式硬件和嵌入式軟件進(jìn)行封裝，供系統(tǒng)設(shè)計(jì)者調(diào)用，并倡導(dǎo)嵌入式軟件分層設(shè)計(jì)的理念，以大幅度降低嵌入式技術(shù)學(xué)習(xí)難度和開(kāi)發(fā)難度。

本書特色：項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)，突出學(xué)以致用，注重實(shí)踐創(chuàng)新。每個(gè)項(xiàng)目且均采用了“通用知識(shí)”→“嵌入式構(gòu)件設(shè)計(jì)”→“應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)”→“學(xué)以致用與創(chuàng)新”的學(xué)習(xí)流程。采用“搭積木”的思想，逐步提高嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。

本書可作為高等學(xué)校電子信息類、計(jì)算機(jī)類、自動(dòng)化類等專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)教材，也可作為嵌入式技術(shù)培訓(xùn)教材，還可供從事嵌入式技術(shù)開(kāi)發(fā)的工程技術(shù)人員參考。項(xiàng)目1：GPIO基礎(chǔ)應(yīng)用—實(shí)現(xiàn)閃燈和開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)與控制功能項(xiàng)目2：利用定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈項(xiàng)目3：GPIO和定時(shí)器的綜合應(yīng)用—實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示、鍵盤測(cè)控、測(cè)溫功能項(xiàng)目4：利用

UART

實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的通信項(xiàng)目5：利用

Timer

實(shí)現(xiàn)PWM和輸入捕獲功能項(xiàng)目6：利用

ADC

設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表項(xiàng)目7：利用

SPI

實(shí)現(xiàn)多機(jī)串行通信項(xiàng)目8：利用

CAN

實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信教

材

內(nèi)

容

項(xiàng)目1：GPIO基礎(chǔ)應(yīng)用——實(shí)現(xiàn)閃燈和開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)與控制功能【項(xiàng)目導(dǎo)讀】在現(xiàn)代生活中，燈光除了用于照明，還廣泛用于氛圍營(yíng)造（如城市景觀燈、舞臺(tái)變幻燈、廣告霓虹燈等）或狀態(tài)指示（如交通信號(hào)燈、設(shè)備狀態(tài)指示燈等）。在嵌入式系統(tǒng)中，LED小燈是必備的狀態(tài)指示設(shè)備。另外，在現(xiàn)實(shí)生活的很多場(chǎng)合中，通過(guò)開(kāi)關(guān)（switch）控制用電設(shè)備。通過(guò)對(duì)微控制器編程，可以控制小燈的狀態(tài)（點(diǎn)亮或熄滅），也可以檢測(cè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)（閉合或斷開(kāi)），從而實(shí)現(xiàn)軟件干預(yù)硬件?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】（1）熟悉嵌入式系統(tǒng)的概念、組成以及嵌入式技術(shù)學(xué)習(xí)方法。（2）熟悉嵌入式芯片STM32F103C8T6資源和硬件最小系統(tǒng)。（3）理解GPIO（通用輸入/輸出）的通用知識(shí)，掌握微控制器GPIO底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的使用方法。（4）掌握小燈、開(kāi)關(guān)等應(yīng)用外設(shè)的嵌入式硬件構(gòu)件和嵌入式軟件構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法和使用方法。（5）熟悉嵌入式軟件最小系統(tǒng)的工程文件組織方法，并能進(jìn)行閃燈、流水燈和開(kāi)關(guān)檢測(cè)與控制功能的應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)。（6）掌握嵌入式軟件集成開(kāi)發(fā)環(huán)境KeilMDK及目標(biāo)程序下載軟件J-Flash的使用方法，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。*（7）熟悉微控制器GPIO底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件源文件的設(shè)計(jì)方法。任務(wù)1.1熟悉嵌入式系統(tǒng)和課程學(xué)習(xí)方法1.1.1嵌入式系統(tǒng)的概念和組成1、通用計(jì)算機(jī)和嵌入式計(jì)算機(jī)

微型計(jì)算機(jī)具有很大的通用性，所以又稱通用計(jì)算機(jī)。

測(cè)控領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟、硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、成本、體積、可靠性、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，即嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱嵌入式系統(tǒng)（EmbeddedSystem）。

通俗地說(shuō)，除了通用計(jì)算機(jī)（如臺(tái)式計(jì)算機(jī)和筆記本計(jì)算機(jī)）外，所有包含CPU的系統(tǒng)都是嵌入式系統(tǒng)，其中其中以32位/64位ARM微處理器為核心的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。任務(wù)1.1熟悉嵌入式系統(tǒng)和課程學(xué)習(xí)方法1.1.1嵌入式系統(tǒng)的概念和組成1、通用計(jì)算機(jī)和嵌入式計(jì)算機(jī)

目前，ARM主要有以下3個(gè)系列的內(nèi)核，對(duì)應(yīng)不同的應(yīng)用領(lǐng)域：（1）Cortex-A內(nèi)核的應(yīng)用處理器（ApplicationProcessor，AP），主要面向智能手機(jī)、平板電腦、智能終端等多媒體領(lǐng)域。（2）Cortex-R內(nèi)核的實(shí)時(shí)處理器（Real-TimeProcessor，RTP），主要面向汽車電子等對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高的領(lǐng)域。（3）Cortex-M內(nèi)核的微控制器（MicroControllerUnit，MCU，國(guó)內(nèi)也稱為單片機(jī)），主要面向工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)控制、智能儀器儀表、智能家電、機(jī)電產(chǎn)品和汽車電子等領(lǐng)域。【知識(shí)鞏固】簡(jiǎn)述通用計(jì)算機(jī)與嵌入式計(jì)算機(jī)的區(qū)別。任務(wù)1.1熟悉嵌入式系統(tǒng)和課程學(xué)習(xí)方法1.1.1嵌入式系統(tǒng)的概念和組成2、以MCU為核心的嵌入式系統(tǒng)（1）MCU的基本結(jié)構(gòu)

MCU的基本含義：在一塊芯片上集成了CPU、ROM、RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、看門狗及通用輸入輸出（GPIO）、模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換、數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換、串行通信I/O等多種輸入輸出接口的比較完整的數(shù)字處理系統(tǒng)。CPU與其他部件交互是通過(guò)MCU內(nèi)部總線實(shí)現(xiàn)的。任務(wù)1.1熟悉嵌入式系統(tǒng)和課程學(xué)習(xí)方法1.1.1嵌入式系統(tǒng)的概念和組成2、以MCU為核心的嵌入式系統(tǒng)（2）以MCU為核心的嵌入式系統(tǒng)的基本組成任務(wù)1.1熟悉嵌入式系統(tǒng)和課程學(xué)習(xí)方法1.1.1嵌入式系統(tǒng)的概念和組成【知識(shí)鞏固】（1）簡(jiǎn)述MCU的基本含義。（2）畫出以MCU為核心的嵌入式系統(tǒng)組成框圖。1.1.2

嵌入式系統(tǒng)的知識(shí)體系和學(xué)習(xí)建議任務(wù)1.1熟悉嵌入式系統(tǒng)和課程學(xué)習(xí)方法

嵌入式硬件構(gòu)件設(shè)計(jì)主要包括MCU硬件最小系統(tǒng)（硬件核心構(gòu)件）設(shè)計(jì)和應(yīng)用外設(shè)硬件構(gòu)件（小燈LIGHT、蜂鳴器BZ、開(kāi)關(guān)SW、鍵盤KB、數(shù)碼管LED、液晶LCD等）設(shè)計(jì)。

嵌入式軟件構(gòu)件設(shè)計(jì)采用分層設(shè)計(jì)思想，自下而上依次是“底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件”、“應(yīng)用外設(shè)軟件構(gòu)件”和“應(yīng)用層軟件構(gòu)件”共3層軟件設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可移植和可復(fù)用，大幅度降低嵌入式技術(shù)學(xué)習(xí)難度和開(kāi)發(fā)難度，嵌入式硬件和軟件均需采用“構(gòu)件化”設(shè)計(jì)。

其中底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件和應(yīng)用外設(shè)軟件構(gòu)件都包括對(duì)應(yīng)的.h頭文件和.c源文件，而應(yīng)用層軟件構(gòu)件包括總頭文件includes.h、主程序源文件main.c和中斷服務(wù)程序源文件isr.c。

通用軟件構(gòu)件與CPU和MCU基本無(wú)關(guān)，是服務(wù)于以上3層軟件設(shè)計(jì)的。

隨著技術(shù)的發(fā)展，MCU的硬件集成度越來(lái)越高，使得嵌入式硬件設(shè)計(jì)難度不斷降低，因此嵌入式軟件設(shè)計(jì)在整個(gè)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中所占的分量越來(lái)越大。1.1.2

嵌入式系統(tǒng)的知識(shí)體系和學(xué)習(xí)建議

嵌入式軟件設(shè)計(jì)主要采用C語(yǔ)言及少量的匯編語(yǔ)言。

任務(wù)1.1熟悉嵌入式系統(tǒng)和課程學(xué)習(xí)方法1.1.2

嵌入式系統(tǒng)的知識(shí)體系和學(xué)習(xí)建議

嵌入式軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試是在嵌入式硬件的基礎(chǔ)上協(xié)同進(jìn)行的，其過(guò)程是在PC上利用嵌入式軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境（如KeilMDK、IAR等）進(jìn)行程序的編輯、編譯和連接，生成工程對(duì)應(yīng)的目標(biāo)代碼；最后將生成的目標(biāo)代碼通過(guò)寫入器下載到嵌入式芯片中運(yùn)行與調(diào)試。任務(wù)1.1熟悉嵌入式系統(tǒng)和課程學(xué)習(xí)方法MCU寫入器任務(wù)1.2熟悉MCU資源和硬件最小系統(tǒng)1.2.1

STM32F1系列MCU簡(jiǎn)介

內(nèi)核：ARMCortex-M3、32位。

特點(diǎn)：

CPU最高工作頻率為72MHz，支持單周期乘法和硬件除法工作電壓范圍為2.0~3.6V，工作溫度范圍為-40~85℃

支持使用內(nèi)部時(shí)鐘

或

使用外部時(shí)鐘

支持SWD和JTAG調(diào)試

STM32F103C8T6資源：

封裝形式：

LQFP48，共有48個(gè)引腳

片內(nèi)存儲(chǔ)器：64KB的Flash存儲(chǔ)器；20KB的SRAM

片內(nèi)外設(shè)：

GPIO（可用引腳為34個(gè)）、4個(gè)16位Timer、2個(gè)12位ADC、

3個(gè)UART、2個(gè)SPI、2個(gè)I2C、1個(gè)CAN、1個(gè)USB、1個(gè)看門狗等

性價(jià)比高：

可滿足工業(yè)、醫(yī)療和消費(fèi)類市場(chǎng)等多種應(yīng)用需求，可完全替代傳統(tǒng)的8位/16位MCU。任務(wù)1.2熟悉MCU資源和硬件最小系統(tǒng)

（1）片內(nèi)Flash存儲(chǔ)映射（0x0800_0000～0x0800_FFFF），共64KB，一般被用來(lái)存儲(chǔ)中斷向量、程序代碼、常數(shù)等，其中前236B為中斷向量區(qū)（將在2.2.1節(jié)中具體介紹）。

（2）片內(nèi)SRAM存儲(chǔ)映射（0x2000_0000～0x2000_4FFF），共20KB，一般被用來(lái)存儲(chǔ)全局變量、靜態(tài)變量、臨時(shí)變量（堆?？臻g）等。1、MCU的存儲(chǔ)映射

ARMCortex-M處理器直接尋址空間為4GB，地址范圍為0x0000_0000~0xFFFF_FFFF。

存儲(chǔ)映射，是指將4GB空間看作存儲(chǔ)器，對(duì)各類物理資源（Flash存儲(chǔ)器、SRAM、外設(shè)等）在4GB空間內(nèi)進(jìn)行統(tǒng)一編址，CPU可通過(guò)直接地址訪問(wèn)物理資源。

（3）外設(shè)（GPIO、UART、Timer、ADC等）寄存器存儲(chǔ)映射，只需了解，實(shí)際應(yīng)用中，可直接使用芯片頭文件中給出的相關(guān)宏定義。1.2.2

MCU存儲(chǔ)映射、引腳功能與硬件最小系統(tǒng)任務(wù)1.2熟悉MCU資源和硬件最小系統(tǒng)2、MCU的引腳功能1.2.2

MCU存儲(chǔ)映射、引腳功能與硬件最小系統(tǒng)任務(wù)1.2熟悉MCU資源和硬件最小系統(tǒng)2、MCU的引腳功能

（1）硬件最小系統(tǒng)引腳：需要服務(wù)的引腳，包括電源、復(fù)位、晶振、程序?qū)懭虢涌冢⊿WD）等引腳。1.2.2

MCU存儲(chǔ)映射、引腳功能與硬件最小系統(tǒng)

從需求和供給的角度，將MCU引腳分為硬件最小系統(tǒng)引腳和I/O端口資源類引腳兩大類。任務(wù)1.2熟悉MCU資源和硬件最小系統(tǒng)2、MCU的引腳功能

I/O引腳一般具有多個(gè)復(fù)用功能，詳見(jiàn)表1-4。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)只能使用其中的一個(gè)功能。在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)所使用的外設(shè)（含片內(nèi)外設(shè)），對(duì)MCU的引腳資源進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，以免多個(gè)外設(shè)使用相同的引腳而相互沖突。

（2）I/O端口資源類引腳：對(duì)外提供服務(wù)。

STM32F103C8T6具有A、B、C、D四個(gè)端口，37個(gè)I/O引腳。若使用內(nèi)部時(shí)鐘，則除去硬件最小系統(tǒng)所使用的的SWD接口的2個(gè)引腳（PA13、PA14）和啟動(dòng)方式所使用的1個(gè)引腳（PB2）,在實(shí)際應(yīng)用中，可有34個(gè)對(duì)外提供服務(wù)的通用I/O引腳。

從需求和供給的角度，將MCU引腳分為硬件最小系統(tǒng)引腳和I/O端口資源類引腳兩大類。1.2.2

MCU存儲(chǔ)映射、引腳功能與硬件最小系統(tǒng)任務(wù)1.2熟悉MCU資源和硬件最小系統(tǒng)3、MCU的硬件最小系統(tǒng)

MCU硬件最小系統(tǒng)是可以使MCU內(nèi)部程序正常運(yùn)行的最小規(guī)模的電路，主要包括MCU和電源、晶振、復(fù)位、寫入調(diào)試器接口等外圍電路。1.2.2

MCU存儲(chǔ)映射、引腳功能與硬件最小系統(tǒng)任務(wù)1.2熟悉MCU資源和硬件最小系統(tǒng)【知識(shí)鞏固】（1）MCU的Flash存儲(chǔ)器和RAM分別存儲(chǔ)哪些內(nèi)容？（2）從需求和供給的角度，可將MCU的引腳分為幾類？（3）簡(jiǎn)述MCU硬件最小系統(tǒng)的含義和組成。任務(wù)1.3

掌握MCU的GPIO底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件使用方法

GPIO（GeneralPurposeInputOutput

），通用輸入/輸出，它是I/O的最基本形式。1.3.1

GPIO的通用知識(shí)1、GPIO概念

MCU的大多數(shù)GPIO引腳可以通過(guò)編程來(lái)設(shè)定其工作方式為輸入或輸出，稱之為雙向GPIO。

某個(gè)引腳作為通用輸入引腳，MCU可以通過(guò)讀取其內(nèi)部寄存器的值“1”或“0”，以確定該引腳的輸入狀態(tài)是高電平還是低電平，即開(kāi)關(guān)量輸入。

某個(gè)引腳作為通用輸出引腳，MCU可以通過(guò)向其內(nèi)部寄存器寫“1”或“0”，以控制該引腳輸出高電平或低電平，即開(kāi)關(guān)量輸出。

若MCU的某個(gè)引腳通過(guò)一個(gè)電阻接電源（VCC），則該電阻被稱為“上拉電阻”。

若MCU的某個(gè)引腳通過(guò)一個(gè)電阻接地（GND），則該電阻被稱為“下拉電阻”。1.3.1

GPIO的通用知識(shí)2、上拉電阻、下拉電阻與輸入引腳的基本接法任務(wù)1.3

掌握MCU的GPIO底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件使用方法【思考】MCU是如何判斷開(kāi)關(guān)狀態(tài)的？

作為通用輸出引腳，MCU內(nèi)部程序向該引腳輸出高電平或低電平驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備工作，即開(kāi)關(guān)量輸出。輸出引腳O1和O2分別采用了直接驅(qū)動(dòng)和放大驅(qū)動(dòng)方式。1.3.1

GPIO的通用知識(shí)3、輸出引腳的基本接法任務(wù)1.3

掌握MCU的GPIO底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件使用方法【思考】

MCU控制LED小燈和蜂鳴器的原理？

為了實(shí)現(xiàn)程序的可移植和可復(fù)用，減小重復(fù)勞動(dòng)，MCU底層驅(qū)動(dòng)程序封裝成構(gòu)件。GPIO底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件由gpio.h頭文件和gpio.c源文件組成，若要使用GPIO底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，只需將這兩個(gè)文件添加到所建工程的04_Driver（MCU底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件）文件夾中，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)GPIO引腳的操作。見(jiàn)工程文件：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx

其中，gpio.h頭文件主要包括相關(guān)頭文件的包含、一些必要的宏定義、對(duì)外接口函數(shù)的聲明，而gpio.c源文件則是對(duì)外接口函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)，初學(xué)者不必深究。

用戶只要熟悉gpio.h頭文件的內(nèi)容，即可使用GPIO底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)通過(guò)GPIO對(duì)不同外設(shè)進(jìn)行檢測(cè)或控制的功能（如檢測(cè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)、控制小燈的亮滅等）。1.3.2

MCU的GPIO底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件使用方法任務(wù)1.3

掌握MCU的GPIO底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件使用方法任務(wù)1.4嵌入式構(gòu)件化設(shè)計(jì)及閃燈的實(shí)現(xiàn)

為了實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)在不同MCU和不同應(yīng)用場(chǎng)合中的可移植和可復(fù)用，降低嵌入式技術(shù)學(xué)習(xí)難度和開(kāi)發(fā)難度，嵌入式硬件和軟件均需采用“構(gòu)件化”設(shè)計(jì)?，F(xiàn)以小燈構(gòu)件設(shè)計(jì)為例，說(shuō)明嵌入式硬件構(gòu)件和軟件構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法。1.4.1

小燈硬件構(gòu)件和軟件構(gòu)件的設(shè)計(jì)及使用方法1、小燈硬件構(gòu)件的設(shè)計(jì)及使用方法a）小燈硬件構(gòu)件b）小燈硬件構(gòu)件與MCU的引腳連接

圖中虛線框內(nèi)的粗體標(biāo)識(shí)為硬件構(gòu)件的接口注釋，以便于理解該接口的含義和功能；虛線框外的正體標(biāo)識(shí)為硬件構(gòu)件的接口網(wǎng)標(biāo)，具有電氣連接特性，表示硬件構(gòu)件的接口與MCU的引腳相連接。硬件構(gòu)件在不同應(yīng)用系統(tǒng)中移植和復(fù)用時(shí)，僅需修改接口網(wǎng)標(biāo)。1.4.1

小燈硬件構(gòu)件和軟件構(gòu)件的設(shè)計(jì)及使用方法2、小燈軟件構(gòu)件的組成、設(shè)計(jì)及使用方法

小燈軟件構(gòu)件由

light.h

頭文件

和

light.c

源文件組成，若要使用小燈軟件構(gòu)件，只需將這兩個(gè)文件添加到所建工程的05_App（應(yīng)用外設(shè)軟件構(gòu)件）文件夾中即可實(shí)現(xiàn)對(duì)小燈的控制。

其中，light.h

頭文件主要包括相關(guān)頭文件的包含、小燈硬件構(gòu)件相關(guān)的宏定義、小燈構(gòu)件對(duì)外接口函數(shù)的聲明。light.c

源文件是小燈構(gòu)件對(duì)外接口函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)。見(jiàn)工程文件：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx用戶只要熟悉light.h頭文件的內(nèi)容，即可使用小燈軟件構(gòu)件進(jìn)行編程。任務(wù)1.4嵌入式構(gòu)件化設(shè)計(jì)及閃燈的實(shí)現(xiàn)【學(xué)以致用】根據(jù)

light.h頭文件，寫出實(shí)現(xiàn)下列功能的函數(shù)調(diào)用語(yǔ)句。

（1）將小燈LIGHT1初始化為熄滅狀態(tài)。

（2）控制小燈LIGHT1點(diǎn)亮。

（3）改變小燈LIGHT1的狀態(tài)。1.4.2

嵌入式軟件最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)——實(shí)現(xiàn)閃燈1、嵌入式軟件最小系統(tǒng)

在嵌入式基礎(chǔ)實(shí)踐中，一般以“MCU控制小燈閃爍”作為入門實(shí)驗(yàn)，對(duì)應(yīng)的程序框架稱為“嵌入式軟件最小系統(tǒng)”（具體解釋詳見(jiàn)表1-5）。

在此框架下可通過(guò)添加其他軟件構(gòu)件和修改應(yīng)用層程序（工程源程序）完成不同功能的軟件設(shè)計(jì)。

對(duì)初學(xué)者，學(xué)習(xí)重點(diǎn)是：①熟悉04_Driver（MCU底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件）、05_App（應(yīng)用外設(shè)軟件構(gòu)件）和

06_Soft（通用軟件構(gòu)件）這幾個(gè)文件夾中的頭文件內(nèi)容，掌握對(duì)外接口函數(shù)的調(diào)用方法；②根據(jù)系統(tǒng)功能需求，進(jìn)行應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)和優(yōu)化，即設(shè)計(jì)07_Source（應(yīng)用層軟件構(gòu)件）文件夾中的文件。見(jiàn)工程文件：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx

其中，“04底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件”、“05應(yīng)用外設(shè)軟件構(gòu)件”、“06通用軟件構(gòu)件”、“07應(yīng)用層軟件構(gòu)件”的文件都是由本構(gòu)件的.h和.c文件組成。

任務(wù)1.4嵌入式構(gòu)件化設(shè)計(jì)及閃燈的實(shí)現(xiàn)2、公共要素軟件構(gòu)件的組成及使用方法

公共要素軟件構(gòu)件由common.h頭文件和

common.c源文件組成，使用時(shí)，需將這兩個(gè)文件添加到所建工程的06_Soft（通用軟件構(gòu)件）文件夾中。用戶只要熟悉common.h頭文件的內(nèi)容，即可掌握該軟件構(gòu)件的使用方法。見(jiàn)工程文件：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx1.4.2

嵌入式軟件最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)——實(shí)現(xiàn)閃燈任務(wù)1.4嵌入式構(gòu)件化設(shè)計(jì)及閃燈的實(shí)現(xiàn)3、閃燈的應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)

在嵌入式軟件最小系統(tǒng)框架下，設(shè)計(jì)07_Source（應(yīng)用層軟件構(gòu)件）的文件，以實(shí)現(xiàn)小燈閃爍的效果。1）工程總頭文件includes.h：包含04、05、06文件夾中的頭文件2）主程序源文件main.c：

小燈初始化，在主循環(huán)中實(shí)現(xiàn)閃燈效果在工程文件中分析代碼并編程：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx1.4.2

嵌入式軟件最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)——實(shí)現(xiàn)閃燈任務(wù)1.4嵌入式構(gòu)件化設(shè)計(jì)及閃燈的實(shí)現(xiàn)【思路總結(jié)】畫出小燈閃爍的程序執(zhí)行流程圖。（1）編譯工程文件，生成MCU可執(zhí)行的代碼文件（.hex文件）（2）將編譯生成的.hex文件下載至目標(biāo)MCU中，運(yùn)行程序【學(xué)以致用與創(chuàng)新】請(qǐng)通過(guò)修改主程序的代碼，分別完成：（1）改變小燈閃爍的頻率。（2）控制其他小燈閃爍。（3）實(shí)現(xiàn)流水燈的效果。任務(wù)1.4嵌入式構(gòu)件化設(shè)計(jì)及閃燈的實(shí)現(xiàn)1.4.2

嵌入式軟件最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)——實(shí)現(xiàn)閃燈4、閃燈效果的測(cè)試任務(wù)1.5開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)與控制功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1.5.1

開(kāi)關(guān)硬件構(gòu)件和軟件構(gòu)件的設(shè)計(jì)及使用方法1、開(kāi)關(guān)硬件構(gòu)件的設(shè)計(jì)及使用方法a）開(kāi)關(guān)硬件構(gòu)件b）開(kāi)關(guān)硬件構(gòu)件與MCU的引腳連接任務(wù)1.5開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)與控制功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1.5.1

開(kāi)關(guān)硬件構(gòu)件和軟件構(gòu)件的設(shè)計(jì)及使用方法2、開(kāi)關(guān)軟件構(gòu)件的組成、設(shè)計(jì)及使用方法

開(kāi)關(guān)軟件構(gòu)件由

sw.h頭文件

和

sw.c

源文件組成，若要使用開(kāi)關(guān)軟件構(gòu)件，只需將這兩個(gè)文件添加到所建工程的05_App（應(yīng)用外設(shè)軟件構(gòu)件）文件夾中，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)的操作。

其中，sw.h

頭文件主要包括相關(guān)頭文件的包含、開(kāi)關(guān)硬件構(gòu)件相關(guān)的宏定義、開(kāi)關(guān)構(gòu)件對(duì)外接口函數(shù)的聲明。sw.c

源文件是開(kāi)關(guān)構(gòu)件對(duì)外接口函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)。見(jiàn)工程文件：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx用戶只要熟悉sw.h

頭文件的內(nèi)容，即可使用開(kāi)關(guān)軟件構(gòu)件進(jìn)行編程?！緦W(xué)以致用】根據(jù)sw.h頭文件，寫出實(shí)現(xiàn)下列功能的函數(shù)調(diào)用語(yǔ)句。（1）將開(kāi)關(guān)SW1初始化。（2）獲取開(kāi)關(guān)SW1的狀態(tài)。任務(wù)1.5開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)與控制功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1.5.2

開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)與控制功能的應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)

利用小燈軟件構(gòu)件和開(kāi)關(guān)軟件構(gòu)件，編程實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)與控制功能：開(kāi)關(guān)SW1閉合時(shí)，小燈LIGHT1亮；SW1斷開(kāi)時(shí)，小燈LIGHT1滅。任務(wù)1.5開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)與控制功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1.5.2

開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)與控制功能的應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)見(jiàn)工程文件：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx

在嵌入式軟件最小系統(tǒng)框架下，設(shè)計(jì)07_Source（應(yīng)用層軟件構(gòu)件）的文件，以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)與控制功能。1）工程總頭文件includes.h：包含04、05、06文件夾中的頭文件2）主程序源文件main.c：

初始化，在主循環(huán)中查詢開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并控制小燈亮、滅【學(xué)以致用與創(chuàng)新】實(shí)現(xiàn)多路開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)與控制功能。

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可移植和可復(fù)用，嵌入式硬件和嵌入式軟件均采用構(gòu)件化的設(shè)計(jì)思想，即對(duì)嵌入式硬件和嵌入式軟件進(jìn)行封裝，供系統(tǒng)設(shè)計(jì)者調(diào)用，并倡導(dǎo)嵌入式軟件分層設(shè)計(jì)的理念，以大幅度降低嵌入式技術(shù)學(xué)習(xí)難度和開(kāi)發(fā)難度。

本書特色：項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)，突出學(xué)以致用，注重實(shí)踐創(chuàng)新。每個(gè)項(xiàng)目且均采用了“通用知識(shí)”→“嵌入式構(gòu)件設(shè)計(jì)”→“應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)”→“學(xué)以致用與創(chuàng)新”的學(xué)習(xí)流程。采用“搭積木”的思想，逐步提高嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。

本書可作為高等學(xué)校電子信息類、計(jì)算機(jī)類、自動(dòng)化類等專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)教材，也可作為嵌入式技術(shù)培訓(xùn)教材，還可供從事嵌入式技術(shù)開(kāi)發(fā)的工程技術(shù)人員參考。項(xiàng)目1：GPIO基礎(chǔ)應(yīng)用—實(shí)現(xiàn)閃燈和開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)與控制功能項(xiàng)目2：利用定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈項(xiàng)目3：GPIO和定時(shí)器的綜合應(yīng)用—實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示、鍵盤測(cè)控、測(cè)溫功能項(xiàng)目4：利用

UART

實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的通信項(xiàng)目5：利用

Timer

實(shí)現(xiàn)PWM和輸入捕獲功能項(xiàng)目6：利用

ADC

設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表項(xiàng)目7：利用

SPI

實(shí)現(xiàn)多機(jī)串行通信項(xiàng)目8：利用

CAN

實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信教

材

內(nèi)

容

項(xiàng)目2：利用定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈

在項(xiàng)目1中實(shí)現(xiàn)的小燈閃爍程序采用了完全軟件延時(shí)方式，即利用循環(huán)計(jì)數(shù)程序?qū)崿F(xiàn)軟件延時(shí)功能。【項(xiàng)目導(dǎo)讀】

該方式有兩大缺點(diǎn)：

①軟件延時(shí)一般用于粗略延時(shí)的場(chǎng)合；

②執(zhí)行延時(shí)子程序期間，CPU一直被占用而不能做其他事情，從而降低了CPU的利用率。項(xiàng)目2：利用定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈

為此，可使用MCU內(nèi)部可編程的定時(shí)/計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)延時(shí)。用戶根據(jù)需要設(shè)置定時(shí)時(shí)間，并啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，它將自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)定時(shí)輸出信號(hào)（通常是中斷請(qǐng)求信號(hào)）告知CPU，使CPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行定時(shí)中斷服務(wù)程序，從而實(shí)現(xiàn)某些定時(shí)功能。定時(shí)/計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)期間，與CPU并行工作，不占用CPU的工作時(shí)間。該方式通過(guò)簡(jiǎn)單的程序設(shè)置即可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定時(shí)?！卷?xiàng)目導(dǎo)讀】

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】（1）理解定時(shí)器的定時(shí)原理。（2）理解中斷的通用知識(shí)，包括中斷的基本概念、基本過(guò)程及管理機(jī)制。（3）熟悉MCU內(nèi)部定時(shí)器的功能特性，掌握MCU內(nèi)部定時(shí)器底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的使用方法。（4）學(xué)會(huì)利用MCU內(nèi)部定時(shí)中斷功能實(shí)現(xiàn)頻閃燈或流水燈的應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)方法。*（5）熟悉MCU內(nèi)部定時(shí)器底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件源文件的設(shè)計(jì)方法。項(xiàng)目2：利用定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈任務(wù)2.1理解定時(shí)器的定時(shí)原理定時(shí)器本質(zhì)上是一個(gè)對(duì)計(jì)數(shù)時(shí)鐘進(jìn)行周期統(tǒng)計(jì)的計(jì)數(shù)器。

在上圖中，計(jì)數(shù)器采用增1計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器從初值0開(kāi)始計(jì)數(shù)，每經(jīng)過(guò)一個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期，計(jì)數(shù)器的值就加1，若計(jì)數(shù)器的值達(dá)到終值4，則在下一個(gè)時(shí)鐘到來(lái)時(shí)，計(jì)數(shù)器溢出，計(jì)數(shù)器的值恢復(fù)至初值0，然后進(jìn)行下一輪的加1計(jì)數(shù)，如此重復(fù)。

定時(shí)器每一輪的定時(shí)時(shí)間t=

計(jì)數(shù)次數(shù)×計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期

在上圖中，一輪的計(jì)數(shù)次數(shù)是5，若計(jì)數(shù)時(shí)鐘頻率為1kHz（計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期為1ms），則一輪的定時(shí)時(shí)間為5ms。任務(wù)2.1理解定時(shí)器的定時(shí)原理對(duì)于n位（二進(jìn)制）定時(shí)/計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器的終值最大值為2n－1，結(jié)合上圖，定時(shí)/計(jì)數(shù)器一輪計(jì)數(shù)次數(shù)最大值為2n。n位定時(shí)/計(jì)數(shù)器一輪的最大定時(shí)時(shí)間t：

t=2n×計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期

=2n/計(jì)數(shù)時(shí)鐘頻率

f若

f=

時(shí)鐘源頻率/分頻系數(shù)，則

t=2n/(時(shí)鐘源頻率/分頻系數(shù))

【學(xué)以致用】

若定時(shí)器為16位，其時(shí)鐘源頻率為f，分頻系數(shù)為p，則一輪定時(shí)時(shí)間的范圍是多少？任務(wù)2.1理解定時(shí)器的定時(shí)原理

當(dāng)計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，定時(shí)器可向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，使CPU暫停當(dāng)前的工作，而轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中實(shí)現(xiàn)具體的定時(shí)功能（如改變小燈的狀態(tài)等）。任務(wù)2.2理解中斷的通用知識(shí)2.2.1中斷的基本概念1、中斷的含義

中斷，是指MCU在正常運(yùn)行程序時(shí)，由于MCU內(nèi)核異常（內(nèi)核中斷）或

MCU各功能模塊發(fā)出請(qǐng)求事件（非內(nèi)核中斷），使MCU停止正在運(yùn)行的程序，而轉(zhuǎn)去處理異常（使芯片復(fù)位或使MCU做出其他處理）或

執(zhí)行處理內(nèi)核外部事件的程序（中斷服務(wù)程序）。任務(wù)2.2理解中斷的通用知識(shí)2.2.1中斷的基本概念2、中斷源、中斷向量表

引起MCU中斷的事件稱為中斷源。MCU的中斷源分為兩類：內(nèi)核中斷源和非內(nèi)核中斷源。

STM32F103C8T6的中斷源見(jiàn)表2-1。

中斷向量號(hào)是每個(gè)中斷源的固定編號(hào)。中斷向量表是指按照中斷源的中斷向量號(hào)的固定順序，用于存放中斷服務(wù)程序入口地址（中斷向量）的一段連續(xù)存儲(chǔ)區(qū)域。

IRQ中斷號(hào)是每個(gè)中斷源的另一個(gè)編號(hào)，每一個(gè)編號(hào)代表一個(gè)中斷源。在芯片頭文件stm32f10x.h中，使用一個(gè)枚舉類型實(shí)現(xiàn)了IRQ中斷號(hào)的編排。任務(wù)2.2理解中斷的通用知識(shí)2.2.1中斷的基本概念

在進(jìn)行MCU設(shè)計(jì)時(shí)，一般都定義了中斷源的優(yōu)先級(jí)。MCU在程序執(zhí)行過(guò)程中，若有兩個(gè)以上的中斷同時(shí)發(fā)生，則優(yōu)先級(jí)最高的中斷源最先得到響應(yīng)。

3、中斷優(yōu)先級(jí)、可屏蔽中斷和不可屏蔽中斷

可屏蔽中斷，是指可通過(guò)編程方式關(guān)閉的中斷。不可屏蔽中斷，是指不能通過(guò)編程方式關(guān)閉的中斷。任務(wù)2.2理解中斷的通用知識(shí)2.2.2中斷的基本過(guò)程1、中斷請(qǐng)求

當(dāng)某一中斷源需要CPU為其服務(wù)時(shí)，它會(huì)將對(duì)應(yīng)中斷源的中斷標(biāo)志位置1，以便向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)。2、中斷檢測(cè)、中斷響應(yīng)和中斷處理

當(dāng)CPU檢測(cè)到有中斷請(qǐng)求并響應(yīng)中斷請(qǐng)求時(shí)，首先保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)（將CPU內(nèi)部寄存器的數(shù)據(jù)依次壓入RAM堆棧中）；然后從目前等待的中斷源中取出優(yōu)先級(jí)最高中斷源的中斷向量，執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序；最后恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)（從RAM堆棧依次彈出CPU內(nèi)部寄存器的數(shù)據(jù)）、中斷返回（返回到中斷前的程序）。說(shuō)明：上述過(guò)程是由系統(tǒng)自動(dòng)完成的，用戶只需專注于主程序和中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)。

【理解概念、觸類旁通】

舉出日常生活中利用中斷思想處理事情的例子。任務(wù)2.2理解中斷的通用知識(shí)2.2.3

CM3的非內(nèi)核模塊中斷管理機(jī)制1、CM3的中斷結(jié)構(gòu)及中斷過(guò)程

CM3的中斷結(jié)構(gòu)由模塊中斷源、嵌套向量中斷控制器（NestedVectoredInterruptController，NVIC）和

CM3內(nèi)核組成。

中斷過(guò)程分兩步：首先，模塊中斷源向NVIC發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)；然后，NVIC對(duì)發(fā)來(lái)的中斷信號(hào)進(jìn)行管理，判斷該中斷是否使能，若使能，則通過(guò)私有外設(shè)總線發(fā)送給CM3內(nèi)核，由內(nèi)核進(jìn)行中斷處理。任務(wù)2.2理解中斷的通用知識(shí)2.2.3

CM3的非內(nèi)核模塊中斷管理機(jī)制2、非內(nèi)核中斷使能（或禁止）配置步驟

若要使能一個(gè)非內(nèi)核中斷，則需要對(duì)其進(jìn)行使能配置：

①將模塊中斷使能位置1，使模塊能夠發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)；

②調(diào)用內(nèi)核頭文件core_cm3.h中的NVIC_EnableIRQ函數(shù)，允許模塊的中斷請(qǐng)求。

若要禁止一個(gè)非內(nèi)核中斷，則首先將模塊中斷使能位清零，禁止該模塊發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)；然后調(diào)用內(nèi)核頭文件core_cm3.h中的NVIC_DisableIRQ函數(shù)，禁止模塊的中斷請(qǐng)求。任務(wù)2.3利用Timer定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈2.3.1MCU的Timer基本定時(shí)底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的使用方法1、MCU的Timer的數(shù)量和功能特性

在STM32F103C8T6中，有4個(gè)16位的定時(shí)器（Timer）：TIM1~TIM4，均具有基本定時(shí)、脈寬調(diào)制（PWM）、輸入捕獲和輸出比較等多種功能。

4個(gè)定時(shí)器均有以下3種計(jì)數(shù)模式：

（1）向上計(jì)數(shù)：從0遞增計(jì)數(shù)到模值（計(jì)數(shù)終值），生成上溢事件，然后重新從0開(kāi)始遞增計(jì)數(shù)。

（2）向下計(jì)數(shù)：從模值（計(jì)數(shù)初值）遞減計(jì)數(shù)到0，生成下溢事件，然后重新從模值開(kāi)始遞減計(jì)數(shù)。

（3）向上/向下雙向計(jì)數(shù)：從0遞增計(jì)數(shù)到模值-1，生成上溢事件；然后從模值遞減計(jì)數(shù)到1，生成下溢事件。之后，計(jì)數(shù)器從0開(kāi)始重新計(jì)數(shù)。

【學(xué)以致用】結(jié)合圖2-1，分別畫出定時(shí)器在計(jì)數(shù)初值為5時(shí)對(duì)應(yīng)的向下計(jì)數(shù)模式示意圖

和

定時(shí)器在計(jì)數(shù)初值為0、模值為5時(shí)對(duì)應(yīng)的向上/向下雙向計(jì)數(shù)模式示意圖。任務(wù)2.3利用Timer定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈2.3.1MCU的Timer基本定時(shí)底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的使用方法1、MCU的Timer的數(shù)量和功能特性

利用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)基本定時(shí)功能時(shí)，一般采用向上或向下計(jì)數(shù)模式。對(duì)于16位定時(shí)器，一輪計(jì)數(shù)次數(shù)最大值為65536。根據(jù)定時(shí)器原理，在時(shí)鐘源頻率、分頻系數(shù)確定的情況下，可計(jì)算出定時(shí)器一輪的定時(shí)時(shí)間范圍。任務(wù)2.3利用Timer定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈2.3.1MCU的Timer基本定時(shí)底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的使用方法2、MCU的Timer基本定時(shí)底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的組成及使用方法

Timer基本定時(shí)底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件由timer.h頭文件和timer.c源文件組成，若要使用Timer基本定時(shí)底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，只需將這兩個(gè)文件添加到所建工程的04_Driver（MCU底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件）文件夾中，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)Timer的操作。見(jiàn)工程文件：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx

其中，timer.h頭文件主要包括相關(guān)頭文件的包含、一些必要的宏定義、對(duì)外接口函數(shù)的聲明，而timer.c源文件則是對(duì)外接口函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)，初學(xué)者不必深究。

用戶只要熟悉timer.h頭文件的內(nèi)容，即可使用Timer基本定時(shí)底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件進(jìn)行編程。任務(wù)2.3利用Timer定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈2.3.1MCU的Timer基本定時(shí)底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的使用方法2、MCU的Timer基本定時(shí)底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的組成及使用方法【學(xué)以致用】

根據(jù)timer.h頭文件，寫出實(shí)現(xiàn)下列功能的函數(shù)調(diào)用語(yǔ)句。

（1）對(duì)定時(shí)器TIMER1進(jìn)行基本定時(shí)功能初始化，定時(shí)時(shí)間10ms。

（2）使能定時(shí)器TIMER1的更新中斷。

（3）獲取定時(shí)器TIMER1的更新標(biāo)志。

（4）清除定時(shí)器TIMER1的更新標(biāo)志。任務(wù)2.3利用Timer定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈2.3.2利用Timer定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈的應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)

在嵌入式軟件最小系統(tǒng)框架下，設(shè)計(jì)07_Source（應(yīng)用層軟件構(gòu)件）的文件，以實(shí)現(xiàn)小燈閃爍的效果。1）工程總頭文件includes.h：

包含04、05、06文件夾中的頭文件2）主程序源文件main.c：

初始化，指定定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間；使能定時(shí)器更新中斷在工程文件中分析代碼并編程：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx【思路總結(jié)】

畫出上述程序的設(shè)計(jì)和執(zhí)行流程圖，總結(jié)使用中斷的嵌入式應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)方法。3）中斷服務(wù)程序源文件isr.c：在定時(shí)中斷服務(wù)程序中，實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能

使用中斷的嵌入式應(yīng)用層程序，一共有兩條獨(dú)立的程序運(yùn)行線，一條是main.c文件中的主程序運(yùn)行路線，另一條是isr.c文件中的中斷程序運(yùn)行線。任務(wù)2.3利用Timer定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈2.3.2利用Timer定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈的應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)1）工程總頭文件includes.h：

包含04、05、06文件夾中的頭文件2）主程序源文件main.c：

定義全局變量；初始化；根據(jù)全局變量的值，控制外設(shè)在工程文件中分析代碼并編程：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx【學(xué)以致用與創(chuàng)新】

（1）改變小燈閃爍的頻率，控制其他小燈閃爍。

（2）實(shí)現(xiàn)流水燈（如多個(gè)小燈輪流點(diǎn)亮）的效果。

（3）使用其他定時(shí)器獲得相同的效果。3）中斷服務(wù)程序源文件isr.c：聲明全局變量；實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能（更新全局變量的值）【程序改進(jìn)，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性】任務(wù)2.4利用內(nèi)核定時(shí)器（SysTickTimer）中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈2.4.1SysTick的功能特性及其底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的使用方法

ARMCortex-M內(nèi)核中包含了一個(gè)簡(jiǎn)單的定時(shí)器SysTickTimer，又稱為“滴答”定時(shí)器。SysTick定時(shí)器被捆綁在NVIC中，有效位數(shù)是24位（計(jì)數(shù)次數(shù)最大值為224），采用減1計(jì)數(shù)的工作方式，當(dāng)減1計(jì)數(shù)到0時(shí)，可產(chǎn)生SysTick異常（中斷）。1、SysTick定時(shí)器的功能特性

SysTick定時(shí)器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘頻率有兩種選擇：AHB總線時(shí)鐘頻率（內(nèi)核時(shí)鐘頻率）；AHB總線時(shí)鐘頻率/8。

SysTick定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間t=計(jì)數(shù)次數(shù)（滴答數(shù)）/

計(jì)數(shù)時(shí)鐘頻率

=（1~224）/

計(jì)數(shù)時(shí)鐘頻率

若使用AHB總線時(shí)鐘頻率64MHz，則定時(shí)時(shí)間（ms級(jí)）的合理范圍為1~262ms。任務(wù)2.4利用內(nèi)核定時(shí)器（SysTickTimer）中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈2.4.1SysTick的功能特性及其底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的使用方法2、SysTick定時(shí)器底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的組成及使用方法

SysTick定時(shí)器底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件由systick.h頭文件和systick.c源文件組成，若要使用SysTick定時(shí)器底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，只需將這兩個(gè)文件添加到所建工程的04_Driver（MCU底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件）文件夾中，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)SysTick定時(shí)器的操作。見(jiàn)工程文件：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx

其中，systick.h頭文件主要包括相關(guān)頭文件的包含、對(duì)外接口函數(shù)的聲明，而systick.c源文件則是對(duì)外接口函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)，初學(xué)者不必深究。

用戶只要熟悉systick.h頭文件的內(nèi)容，即可使用SysTick定時(shí)器底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件進(jìn)行編程?！緦W(xué)以致用】

根據(jù)systick.h頭文件，寫出對(duì)SysTick定時(shí)器進(jìn)行初始化，定時(shí)時(shí)間為100ms的函數(shù)調(diào)用語(yǔ)句。任務(wù)2.4利用內(nèi)核定時(shí)器（SysTickTimer）中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈2.4.2利用SysTick定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈的應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)

在嵌入式軟件最小系統(tǒng)框架下，設(shè)計(jì)07_Source（應(yīng)用層軟件構(gòu)件）的文件，以實(shí)現(xiàn)小燈閃爍的效果。1）工程總頭文件includes.h：

包含04、05、06文件夾中的頭文件2）主程序源文件main.c：

對(duì)Systick定時(shí)器初始化，指定定時(shí)時(shí)間在工程文件中分析代碼并編程：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx3）中斷服務(wù)程序源文件isr.c：在中斷服務(wù)程序中，實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能【學(xué)以致用與創(chuàng)新】

（1）改變小燈閃爍的頻率。

（2）控制其他小燈閃爍。

（3）流水燈的效果。

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可移植和可復(fù)用，嵌入式硬件和嵌入式軟件均采用構(gòu)件化的設(shè)計(jì)思想，即對(duì)嵌入式硬件和嵌入式軟件進(jìn)行封裝，供系統(tǒng)設(shè)計(jì)者調(diào)用，并倡導(dǎo)嵌入式軟件分層設(shè)計(jì)的理念，以大幅度降低嵌入式技術(shù)學(xué)習(xí)難度和開(kāi)發(fā)難度。

本書特色：項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)，突出學(xué)以致用，注重實(shí)踐創(chuàng)新。每個(gè)項(xiàng)目且均采用了“通用知識(shí)”→“嵌入式構(gòu)件設(shè)計(jì)”→“應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)”→“學(xué)以致用與創(chuàng)新”的學(xué)習(xí)流程。采用“搭積木”的思想，逐步提高嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。

本書可作為高等學(xué)校電子信息類、計(jì)算機(jī)類、自動(dòng)化類等專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)教材，也可作為嵌入式技術(shù)培訓(xùn)教材，還可供從事嵌入式技術(shù)開(kāi)發(fā)的工程技術(shù)人員參考。項(xiàng)目1：GPIO基礎(chǔ)應(yīng)用—實(shí)現(xiàn)閃燈和開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)與控制功能項(xiàng)目2：利用定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈項(xiàng)目3：GPIO和定時(shí)器的綜合應(yīng)用—實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示、鍵盤測(cè)控、測(cè)溫功能項(xiàng)目4：利用

UART

實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的通信項(xiàng)目5：利用

Timer

實(shí)現(xiàn)PWM和輸入捕獲功能項(xiàng)目6：利用

ADC

設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表項(xiàng)目7：利用

SPI

實(shí)現(xiàn)多機(jī)串行通信項(xiàng)目8：利用

CAN

實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信教

材

內(nèi)

容

項(xiàng)目3GPIO和定時(shí)器的綜合應(yīng)用——實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示、鍵盤檢測(cè)與控制、測(cè)溫功能【項(xiàng)目導(dǎo)讀】

數(shù)碼管和鍵盤分別是嵌入式智能產(chǎn)品中常用的輸出設(shè)備和輸入設(shè)備。有些實(shí)際工程應(yīng)用中需要對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)某種控制功能。本項(xiàng)目是在項(xiàng)目1和項(xiàng)目2的基礎(chǔ)上，綜合利用GPIO和定時(shí)器實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示、鍵盤檢測(cè)與控制、測(cè)溫功能?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】（1）掌握數(shù)碼管的通用知識(shí)，包括數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)、基于MCU直接控制的數(shù)碼管硬件構(gòu)件設(shè)計(jì)方法、數(shù)碼管的筆形碼、基于MCU直接控制的數(shù)碼管顯示原理。（2）掌握鍵盤的通用知識(shí)，包括鍵盤的基本問(wèn)題和兩種接口方式。（3）熟悉帶鍵盤掃描接口的數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)控制專用芯片TM1637的功能特點(diǎn)，掌握基于TM1637的數(shù)碼管和鍵盤硬件構(gòu)件設(shè)計(jì)方法和軟件構(gòu)件設(shè)計(jì)方法。（4）掌握基于TM1637的數(shù)碼管顯示和鍵盤檢測(cè)與控制的應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)方法。（5）熟悉1線數(shù)字式測(cè)溫器件DS18B20的主要特點(diǎn)，掌握基于DS18B20的測(cè)溫硬件構(gòu)件設(shè)計(jì)方法和軟件構(gòu)件設(shè)計(jì)方法。（6）掌握基于DS18B20的測(cè)溫功能應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)方法。項(xiàng)目3GPIO和定時(shí)器的綜合應(yīng)用——實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示、鍵盤檢測(cè)與控制、測(cè)溫功能任務(wù)3.1掌握數(shù)碼管的通用知識(shí)3.1.1數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)任務(wù)3.1掌握數(shù)碼管的通用知識(shí)3.1.2基于MCU直接控制的數(shù)碼管硬件構(gòu)件設(shè)計(jì)

MCU需要9個(gè)GPIO引腳控制1位數(shù)碼管，因此，若MCU直接控制4位獨(dú)立數(shù)碼管，則需要36個(gè)GPIO引腳，這將導(dǎo)致硬件電路連接復(fù)雜、MCU的GPIO引腳資源緊張。數(shù)據(jù)線位選線任務(wù)3.1掌握數(shù)碼管的通用知識(shí)3.1.2基于MCU直接控制的數(shù)碼管硬件構(gòu)件設(shè)計(jì)

MCU直接控制四位一體組合數(shù)碼管時(shí)，只需12個(gè)GPIO引腳，其中8個(gè)GPIO引腳控制數(shù)碼管的8根數(shù)據(jù)線，4個(gè)GPIO引腳控制數(shù)碼管的4根位選線。任務(wù)3.1掌握數(shù)碼管的通用知識(shí)3.1.3數(shù)碼管的筆形碼共陽(yáng)極數(shù)碼管的筆形碼（不帶小數(shù)點(diǎn)）

若需要編制帶小數(shù)點(diǎn)的筆形碼，只需將此表中的h段改為“0”即可。

若使共陽(yáng)極數(shù)碼管的某段點(diǎn)亮，則該段對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)線應(yīng)為低電平（邏輯0）。000000110xC00011111

10xF9111

0

00

00

0xA4111

0

0000

0xB01111

00

00

0x99111

00

00

0

0x9211

00000

0

0x8211111

000

0xF81

0000000

0x8011

00

0000

0x90111111110xFF

利用數(shù)組存放筆形碼

若使共陽(yáng)極數(shù)碼管的某段不點(diǎn)亮，則該段對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)線應(yīng)為高電平（邏輯1）。任務(wù)3.1掌握數(shù)碼管的通用知識(shí)3.1.3數(shù)碼管的筆形碼【學(xué)以致用】

填寫表3-3中共陰極數(shù)碼管帶小數(shù)點(diǎn)的“0.”

~

“9.”對(duì)應(yīng)的筆形碼。任務(wù)3.1掌握數(shù)碼管的通用知識(shí)3.1.4基于MCU直接控制的數(shù)碼管顯示原理1、使某位數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)

例如，若要使第1位數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)“0”，則：

首先需要將位選線LED_CS1置為低電平，而其他位選線置為高電平；

然后將數(shù)碼管數(shù)據(jù)

“0”對(duì)應(yīng)的筆形碼0xC0（11000000）送至數(shù)碼管的8根數(shù)據(jù)線即可。011100000011任務(wù)3.1掌握數(shù)碼管的通用知識(shí)3.1.4基于MCU直接控制的數(shù)碼管顯示原理2、使多位數(shù)碼管輪流顯示數(shù)據(jù)

例如，若要使4位數(shù)碼管輪流顯示“1”

“2”

“3”

“4”，則程序設(shè)計(jì)流程圖如下：LED_CS1=0;LED_CS2=1;LED_CS3=1;LED_CS4=1;LED_D7~LED_D0=0xF9;

延時(shí)LED_CS1=1;LED_CS2=0;LED_CS3=1;LED_CS4=1;LED_D7~LED_D0=0xA4;

延時(shí)

LED_CS1=1;LED_CS2=1;LED_CS3=0;LED_CS4=1;LED_D7~LED_D0=0xB0;

延時(shí)

LED_CS1=1;LED_CS2=1;LED_CS3=1;LED_CS4=0;LED_D7~LED_D0=0x99;

延時(shí)

任務(wù)3.1掌握數(shù)碼管的通用知識(shí)3.1.4基于MCU直接控制的數(shù)碼管顯示原理3、使多位數(shù)碼管“同時(shí)”顯示數(shù)據(jù)

若將延時(shí)時(shí)間縮短至5ms，則給人感覺(jué)4位數(shù)碼管

“同時(shí)”顯示“1”

“2”

“3”

“4”（視覺(jué)暫留）LED_CS1=0;LED_CS2=1;LED_CS3=1;LED_CS4=1;LED_D7~LED_D0=0xF9;

延時(shí)LED_CS1=1;LED_CS2=0;LED_CS3=1;LED_CS4=1;LED_D7~LED_D0=0xA4;

延時(shí)

LED_CS1=1;LED_CS2=1;LED_CS3=0;LED_CS4=1;LED_D7~LED_D0=0xB0;

延時(shí)

LED_CS1=1;LED_CS2=1;LED_CS3=1;LED_CS4=0;LED_D7~LED_D0=0x99;

延時(shí)

——?jiǎng)討B(tài)掃描顯示5ms5ms5ms5ms【知識(shí)鞏固】

簡(jiǎn)述數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示的原理和實(shí)現(xiàn)方法。任務(wù)3.2掌握鍵盤的通用知識(shí)3.2.1鍵盤的基本問(wèn)題1、鍵盤操作、抖動(dòng)問(wèn)題4引腳直插式鍵盤按鍵實(shí)物圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2引腳貼片式鍵盤按鍵實(shí)物圖在嵌入式系統(tǒng)中，有兩種常用的鍵盤按鍵。任務(wù)3.2掌握鍵盤的通用知識(shí)3.2.1鍵盤的基本問(wèn)題1、鍵盤操作、抖動(dòng)問(wèn)題VCC按下抖動(dòng)釋放抖動(dòng)穩(wěn)定閉合5～10ms5～10ms理想實(shí)際

操作者幾乎感覺(jué)不到抖動(dòng)，但MCU以為操作者在此期間連續(xù)操作若干次鍵，從而引起按鍵命令的錯(cuò)誤執(zhí)行或重復(fù)執(zhí)行，因此需要對(duì)按鍵抖動(dòng)進(jìn)行處理。（1）濾波去抖：實(shí)現(xiàn)鍵操作時(shí)電壓的變化為理想的矩形波。（2）延時(shí)躲抖：MCU檢測(cè)到有鍵被按下時(shí)，先軟件延時(shí)10ms以避開(kāi)按鍵抖動(dòng)（惹不起但可以躲得起），然后再判斷該鍵是否被按下。例如：電容濾波去抖。0.1uF任務(wù)3.2掌握鍵盤的通用知識(shí)3.2.1鍵盤的基本問(wèn)題2、鍵盤連擊問(wèn)題

當(dāng)按下某個(gè)鍵時(shí)，如果操作者還沒(méi)有釋放該鍵，則MCU以為操作者在連續(xù)操作該鍵（連擊），對(duì)應(yīng)的按鍵功能程序?qū)?huì)反復(fù)被執(zhí)行。大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合需要防止連擊，即一次按鍵只讓MCU執(zhí)行一次功能程序，該鍵不釋放就不執(zhí)行第二次。

在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，可這樣做：當(dāng)MCU檢測(cè)到某個(gè)鍵被按下時(shí)，只執(zhí)行一次功能程序，然后等待按鍵釋放。任務(wù)3.2掌握鍵盤的通用知識(shí)3.2.2鍵盤的兩種接口方式（基于MCU引腳直接連接）1、獨(dú)立式鍵盤

各個(gè)鍵相互獨(dú)立，按照一對(duì)一的方式連接到MCU的GPIO引腳或外部中斷引腳上，另一端接地。

采用查詢掃描時(shí)，MCU可通過(guò)直接讀取KEY引腳的電平狀態(tài)來(lái)判斷鍵是否被按下。

采用外部中斷掃描時(shí)，一般利用按鍵的下降沿觸發(fā)MCU中斷。

查鍵方便，但占用MCU的I/O引腳資源較多，因此一般適用于鍵較少的場(chǎng)合。

任務(wù)3.2掌握鍵盤的通用知識(shí)3.2.2鍵盤的兩種接口方式（基于MCU引腳直接連接）2、矩陣式鍵盤

4×4=16個(gè)鍵，只需要MCU的8個(gè)GPIO引腳，應(yīng)用于鍵較多的場(chǎng)合。

結(jié)構(gòu)原理：

R1~R4引腳作為行線，C1~C4引腳作為列線，在每個(gè)行線和列線的交叉點(diǎn)放置一個(gè)鍵，當(dāng)某個(gè)鍵被按下時(shí)，其對(duì)應(yīng)的行線和列線短路，MCU通過(guò)檢測(cè)是否有行線和列線短路來(lái)確定是否有鍵被按下，并確定被按下鍵的位置。行線列線任務(wù)3.2掌握鍵盤的通用知識(shí)【知識(shí)鞏固】（1）按鍵抖動(dòng)處理方法有哪些？它們的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)分別是什么？（2）什么是鍵盤連擊？如何防止鍵盤連擊現(xiàn)象？按鍵連擊可以用于什么場(chǎng)合？（3）鍵盤有幾種接口方式？分別對(duì)應(yīng)的適用場(chǎng)合是什么？任務(wù)3.3基于TM1637的數(shù)碼管和鍵盤構(gòu)件設(shè)計(jì)

前面學(xué)習(xí)的數(shù)碼管硬件構(gòu)件和鍵盤硬件構(gòu)件，均采用MCU的GPIO引腳直接連接方式，其優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單。但在同時(shí)需要使用數(shù)碼管和鍵盤的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，若使用上述硬件構(gòu)件，則明顯存在占用過(guò)多GPIO引腳資源的缺點(diǎn)。

為了解決這一問(wèn)題，可改用專門的數(shù)碼管和鍵盤驅(qū)動(dòng)芯片（如TM1637芯片）來(lái)簡(jiǎn)化硬件電路。

任務(wù)3.3基于TM1637的數(shù)碼管和鍵盤構(gòu)件設(shè)計(jì)3.3.1基于TM1637的數(shù)碼管和鍵盤硬件構(gòu)件設(shè)計(jì)1、TM1637功能特點(diǎn)

TM1637是一種帶鍵盤掃描接口的數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)控制專用芯片?？芍С肿疃?/p>

6位

8段共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示；支持

2×8矩陣鍵盤掃描；兩線串行接口（CLK、DIO），即MCU只需兩個(gè)GPIO引腳即可與TM1637進(jìn)行串行通信。數(shù)碼管數(shù)據(jù)線/鍵盤掃描引腳數(shù)碼管位選線引腳時(shí)鐘線引腳串行數(shù)據(jù)輸入/輸出線引腳鍵盤數(shù)據(jù)輸入引腳電源引腳（3.3~5V）接地引腳任務(wù)3.3基于TM1637的數(shù)碼管和鍵盤構(gòu)件設(shè)計(jì)3.3.1基于TM1637的數(shù)碼管和鍵盤硬件構(gòu)件設(shè)計(jì)1、TM1637功能特點(diǎn)任務(wù)3.3基于TM1637的數(shù)碼管和鍵盤構(gòu)件設(shè)計(jì)3.3.1基于TM1637的數(shù)碼管和鍵盤硬件構(gòu)件設(shè)計(jì)2、基于TM1637的數(shù)碼管和鍵盤硬件構(gòu)件設(shè)計(jì)圖【思考總結(jié)】

使用TM1637驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管和鍵盤，與基于MCU的GPIO引腳直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管和鍵盤，有什么好處？?jī)煞N驅(qū)動(dòng)方式有何區(qū)別？任務(wù)3.3基于TM1637的數(shù)碼管和鍵盤構(gòu)件設(shè)計(jì)

基于TM1637的數(shù)碼管和鍵盤軟件構(gòu)件TM1637_LED_KB由tm1637_led_kb.h頭文件和tm1637_led_kb.c源文件組成，若使用該軟件構(gòu)件，則只需將這兩個(gè)文件添加到所建工程的05_App（應(yīng)用外設(shè)軟件構(gòu)件）文件夾中，即可實(shí)現(xiàn)MCU通過(guò)TM1637控制數(shù)碼管顯示功能和鍵盤掃描功能。

其中，tm1637_led_kb.h頭文件主要包括頭文件的包含、必要的宏定義、存放數(shù)碼管筆形碼的數(shù)組、存放鍵盤編碼和對(duì)應(yīng)鍵名的數(shù)組以及對(duì)外接口函數(shù)的聲明，而tm1637_led_kb.c源文件是該軟件構(gòu)件對(duì)外接口函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)。見(jiàn)工程文件：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx用戶只要熟悉tm1637_led_kb.h

頭文件的內(nèi)容，即可使用該軟件構(gòu)件進(jìn)行編程。3.3.2基于TM1637的數(shù)碼管和鍵盤軟件構(gòu)件的組成及使用方法任務(wù)3.3基于TM1637的數(shù)碼管和鍵盤構(gòu)件設(shè)計(jì)【學(xué)以致用】

根據(jù)tm1637_led_kb.h頭文件，寫出實(shí)現(xiàn)下列功能的函數(shù)調(diào)用語(yǔ)句。

（1）對(duì)TM1637進(jìn)行初始化。

（2）TM1637驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示保存在數(shù)組disp[4]中的數(shù)據(jù)。

（3）TM1637控制數(shù)碼管清屏。

（4）將用于保存數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)的數(shù)組disp[4]中的元素值更新為{5,6,7,8}。

（5）將TM1637掃描2×8矩陣式鍵盤而獲取的按下鍵的鍵名賦給變量key_name。3.3.2基于TM1637的數(shù)碼管和鍵盤軟件構(gòu)件的組成及使用方法任務(wù)3.4基于TM1637的數(shù)碼管顯示的應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)3.4.1使用軟件延時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管先后顯示不同的數(shù)據(jù)

在嵌入式軟件最小系統(tǒng)框架下，設(shè)計(jì)07_Source（應(yīng)用層軟件構(gòu)件）的文件，以實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管先后顯示不同的數(shù)據(jù)。1）工程總頭文件includes.h：包含04、05、06文件夾中的頭文件2）主程序源文件main.c：

定義數(shù)組（數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)）；初始化；

在主循環(huán)中實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管先后顯示不同的數(shù)據(jù)在工程文件中分析代碼并編程：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx【學(xué)以致用與創(chuàng)新】

（1）在主循環(huán)中，實(shí)現(xiàn)4位數(shù)碼管先后顯示2組數(shù)據(jù)。例如在1秒內(nèi)顯示年份“2023”，在下1秒內(nèi)顯示月日“0317”。

（2）在主循環(huán)中，實(shí)現(xiàn)4位數(shù)碼管顯示秒計(jì)數(shù)值。

（3）實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的高位滅零功能：對(duì)于數(shù)據(jù)“0015”，數(shù)碼管上只顯示“15”，而高位的“00”不顯示。任務(wù)3.4基于TM1637的數(shù)碼管顯示的應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)3.4.2使用定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管先后顯示不同的數(shù)據(jù)

在嵌入式軟件最小系統(tǒng)框架下，設(shè)計(jì)07_Source（應(yīng)用層軟件構(gòu)件）的文件，以實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管先后隔秒顯示年份和月日的效果。1）工程總頭文件includes.h：

包含04、05、06文件夾中的頭文件2）主程序源文件main.c：

定義全局?jǐn)?shù)組（存放數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)）；

在主程序中，初始化；

在主循環(huán)中，數(shù)碼管顯示全局?jǐn)?shù)組中對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)在工程文件中分析代碼并編程：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx【學(xué)以致用與創(chuàng)新】

（1）實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示秒計(jì)數(shù)值。

（2）實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示分和秒的計(jì)數(shù)值，并且隔秒顯示分和秒之間的小數(shù)點(diǎn)，即實(shí)現(xiàn)顯示相對(duì)時(shí)鐘的效果。3）中斷服務(wù)程序源文件isr.c：聲明全局?jǐn)?shù)組；

在定時(shí)中斷服務(wù)程序中，實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能（更新全局?jǐn)?shù)組的數(shù)據(jù)）任務(wù)3.5基于TM1637的鍵盤檢測(cè)與控制的應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)3.5.1鍵盤檢測(cè)與控制的查詢程序流程任務(wù)3.5基于TM1637的鍵盤檢測(cè)與控制的應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)3.5.2應(yīng)用實(shí)例參考程序

在嵌入式軟件最小系統(tǒng)框架下，設(shè)計(jì)07_Source（應(yīng)用層軟件構(gòu)件）的文件，以實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)鍵（如1號(hào)鍵）的按鍵次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并在數(shù)碼管上顯示該鍵的按鍵次數(shù)。1）工程總頭文件includes.h：

包含04、05、06文件夾中的頭文件2）主程序源文件main.c：

定義局部變量，初始化；

在主循環(huán)中，掃描鍵盤并執(zhí)行按鍵功能程序在工程文件中分析代碼并編程：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx【學(xué)以致用與創(chuàng)新】

（1）實(shí)現(xiàn)在某位數(shù)碼管上顯示按鍵的鍵名。

（2）實(shí)現(xiàn)在4位數(shù)碼管上分別顯示按照順序按下的4個(gè)鍵的鍵名。例如，按照順序依次按'1'、'2'、'3'、'4'鍵時(shí)，4位數(shù)碼管依次顯示“1”“2”“3”“4”?！緦?shí)踐驗(yàn)證】

將等待按鍵釋放對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句去掉，重新運(yùn)行程序，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，體會(huì)語(yǔ)句的作用。任務(wù)3.6基于DS18B20的測(cè)溫功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.6.1DS18B20的主要特點(diǎn)和基于DS18B20的測(cè)溫硬件構(gòu)件設(shè)計(jì)1、DS18B20的功能特點(diǎn)

DS18B20是

1線數(shù)字式

測(cè)溫器件。其特點(diǎn)如下：

（1）只有3個(gè)工作引腳：電源引腳VDD、接地引腳GND和數(shù)據(jù)總線引腳DQ。

（2）MCU只需要一個(gè)GPIO引腳即可與DS18B20的DQ引腳進(jìn)行串行總線通信，其中MCU作為主設(shè)備，DS18B20作為從設(shè)備，可靈活采用單主單從或一主多從的總線結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)或多點(diǎn)測(cè)溫。

（3）測(cè)量溫度范圍為-55℃~+125℃，其中在-10℃至+85℃精確度為±0.5℃。其最高分辨率（默認(rèn)設(shè)置）為12位（二進(jìn)制），對(duì)應(yīng)0.0625℃的溫度分辨率。任務(wù)3.6基于DS18B20的測(cè)溫功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.6.1DS18B20的主要特點(diǎn)和基于DS18B20的測(cè)溫硬件構(gòu)件設(shè)計(jì)2、基于DS18B20的測(cè)溫硬件構(gòu)件設(shè)計(jì)圖任務(wù)3.6基于DS18B20的測(cè)溫功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.6.2基于DS18B20的測(cè)溫軟件構(gòu)件的組成及使用方法

基于DS18B20的測(cè)溫軟件構(gòu)件由ds18b20.h頭文件和ds18b20.c源文件組成，若使用該軟件構(gòu)件，則只需將這兩個(gè)文件添加到所建工程的05_App（應(yīng)用外設(shè)軟件構(gòu)件）文件夾中，即可實(shí)現(xiàn)MCU通過(guò)1個(gè)GPIO引腳獲取所測(cè)溫度的功能。

其中，ds18b20.h頭文件主要包括頭文件的包含、必要的宏定義以及對(duì)外接口函數(shù)的聲明，而ds18b20.c源文件是該軟件構(gòu)件對(duì)外接口函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)。見(jiàn)工程文件：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx用戶只要熟悉ds18b20.h

頭文件的內(nèi)容，即可使用該軟件構(gòu)件進(jìn)行編程。任務(wù)3.6基于DS18B20的測(cè)溫功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.6.3基于DS18B20的測(cè)溫功能應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)

在嵌入式軟件最小系統(tǒng)框架下，設(shè)計(jì)07_Source（應(yīng)用層軟件構(gòu)件）的文件，使用SysTick定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)每隔1s進(jìn)行一次DS18B20溫度轉(zhuǎn)換并通過(guò)數(shù)碼管顯示溫度的功能。1）工程總頭文件includes