單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與調(diào)試-基于STM32F1xx機(jī)型和HAL庫函數(shù) 課件 任務(wù)1.5 利用位操作實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警器

單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作

（stm32機(jī)型）袁秀英石梅香項(xiàng)目1、利用GPIO和位帶操作實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警任務(wù)1.5利用位操作實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警器總目錄1項(xiàng)目1、利用GPIO和位帶操作實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警

2項(xiàng)目2、利用SysTick實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警與控制

3項(xiàng)目3、利用按鍵查詢實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定及顯示

4項(xiàng)目4、利用外部中斷實(shí)現(xiàn)工件計(jì)數(shù)顯示

5項(xiàng)目5、利用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)PWM調(diào)速6項(xiàng)目6、利用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)工件計(jì)數(shù)顯示和打包控制

7項(xiàng)目7、利用ADC實(shí)現(xiàn)土壤濕度采集

具體工作任務(wù)設(shè)計(jì)基于STM32單片機(jī)的溫度報(bào)警器，實(shí)現(xiàn)如下功能：

溫度超過設(shè)定溫度（30℃）時(shí)，報(bào)警燈點(diǎn)亮；否則，報(bào)警燈熄滅。請(qǐng)進(jìn)行1、方案設(shè)計(jì)2、器件選型3、電路和程序設(shè)計(jì)4、完成軟硬件調(diào)試。項(xiàng)目總目標(biāo)1、了解單片機(jī)的發(fā)展及用途，理解其關(guān)鍵概念與術(shù)語；2、了解單片機(jī)產(chǎn)品的開發(fā)過程，會(huì)使用開發(fā)工具進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試；3、理解基于STM32F103ZET6的電源電路原理，能夠獨(dú)立進(jìn)行電源電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試；4、理解按鍵、溫度開關(guān)等簡單DI電路的原理，能夠獨(dú)立進(jìn)行類似電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試；5、理解LED等簡單DO電路的原理，能夠獨(dú)立進(jìn)行類似電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試；6、掌握基于HAL庫函數(shù)的GPIO引腳讀寫和位操作編程方法；7、能夠按照分組管理的模塊化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)與調(diào)試；8、了解STM32GPIO電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；9、會(huì)查找相關(guān)資料、閱讀相關(guān)文獻(xiàn)。子目錄1項(xiàng)目1、利用GPIO和位帶操作實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警

1.1任務(wù)1.1 認(rèn)識(shí)STM32單片機(jī)及其開發(fā)工具1.2任務(wù)1.2 方案設(shè)計(jì)

1.3任務(wù)1.3 電路設(shè)計(jì)

1.4任務(wù)1.4 程序設(shè)計(jì)

1.5任務(wù)1.5 利用位帶操作實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警

1.6任務(wù)1.6 stm32軟硬件深入（一）

任務(wù)1.5利用位操作實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警器1、理解位操作的基本概念，會(huì)利用給出的框架和位操作文件，

編寫GPIO位操作程序；2、會(huì)給程序加入宏定義，提高程序的可移植性；3、理解分組管理的模塊化程序設(shè)計(jì)思路，會(huì)利用現(xiàn)有框架，

設(shè)計(jì)調(diào)試自己的模塊化程序。課程回顧——基于STM32的溫度報(bào)警器電路課程回顧——流程圖課程回顧——程序結(jié)構(gòu)voidGPIOA_Init(){}voidGPIOC_Init(){}int

main(){}//包含聲明，頭文件stm32f1xx.h中包含了關(guān)于stm32單片機(jī)的各種定義#include"stm32f1xx.h"http://main()函數(shù)，主函數(shù)，復(fù)位后首先運(yùn)行的函數(shù)//兩個(gè)子函數(shù)，運(yùn)行中被main()調(diào)用數(shù)課程回顧——GPIO庫函數(shù)GPIO_PinState

HAL_GPIO_ReadPin（GPIO_TypeDef

*GPIOx

，

uint16_t

GPIO_Pin）端口名引腳號(hào)讀GPIO引腳void

HAL_GPIO_WritePin

（GPIO_TypeDef*GPIOx，

uint16_t

GPIO_Pin，GPIO_PinState

PinState）端口名引腳號(hào)寫GPIO引腳輸出值HAL_StatusTypeDef

HAL_Init（

）HAL初始化void

HAL_GPIO_Init（GPIO_TypeDef*GPIOx，GPIO_InitTypeDef*GPIO_Init）GPIO初始化端口名GPIO初始化變量

__HAL_RCC_GPIOx_CLK_ENABLE（）開啟GPIO時(shí)鐘

__HAL_RCC_GPIOx_CLK_DISABLE（）關(guān)閉GPIO時(shí)鐘GPIO引腳的位操作讀PA0引腳輸入給變量AAA，可直接寫：AAA=PAin（0）；相當(dāng)于：AAA=HAL_GPIO_ReadPin（GPIOA,GPIO_PIN_0）；向PA0引腳輸出0，可寫語句：PAout（0）=0；相當(dāng)于：HAL_GPIO_WritePin（GPIOA，GPIO_PIN_0，GPIO_PIN_RESET）；這就是位操作，也稱為位帶（BitBand）操作。這種輸入輸出方法和51單片機(jī)很相似，因此特別受熟悉51單片機(jī)編程人員的歡迎。這也是我們后續(xù)主要采用的GPIO引腳讀寫方法。直接使用GPIO管腿號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入輸出，例如：搭建帶有位操作的程序框架“01-01-程序框架-加入位操作”中包含有sys.c和sys.h兩個(gè)文件。含有位操作的定義有了這兩個(gè)文件，我們就可以使用諸如PAin（0）、PAout（0）等符號(hào)進(jìn)行GPIO位讀寫操作了。搭建帶有位操作的程序框架（1）復(fù)制文件夾“01-01-程序框架-加入位操作”，將其保存，以便以后使用。（2）再復(fù)制一次，將副本文件夾名修改為：01-03-溫度報(bào)警器-位操作-方法1。（3）打開“01-03-溫度報(bào)警器-位操作-方法1”，修改工程名為：Temperature_Alarm。（4）雙擊文件：Temperature_Alarm，打開工程。搭建帶有位操作的程序框架（5）觀察Project中增加了SYSTEM文件夾和sys.c文件。（6）打開main.c，多了一條：#include“sys.h”。（7）進(jìn)行編譯（compile）、生成（build）操作，確?？蚣軟]有錯(cuò)誤（error）和警告（warning）。做完后會(huì)在左側(cè)的Project窗口中點(diǎn)擊的sys.c前的“+”號(hào)，可以找到sys.h。程序編輯與調(diào)試（1）將“01-02-溫度報(bào)警器-GPIO讀寫”中main.c內(nèi)容復(fù)制粘貼過來，再對(duì)照以下程序進(jìn)行修改。（2）檢查聲明部分是否包含了“sys.h”。（3）屏蔽第19行的GPIOC_Init（）函數(shù)中的GPIO寫引腳函數(shù)。（4）增加20行：PCout（0）=1；此句的功能與19行相同。（5）修改23、28、29、30行。（6）做編譯生成操作，直到?jīng)]有錯(cuò)誤和警告。程序分析?PAin（0），就是輸入PA0，相當(dāng)于語句：HAL_GPIO_ReadPin（GPIOA，GPIO_PIN_0）；利用sys.c和sys.h文件提供的位操作方法時(shí)，不支持GPIO_PinState數(shù)據(jù)類型，應(yīng)將其數(shù)據(jù)類型設(shè)為uint16_t（第23行）?PCout（0）=0，就是讓PC0管腿輸出0，相當(dāng)于語句：HAL_GPIO_WritePin（GPIOC，GPIO_PIN_0，GPIO_PIN_RESET）；?PCout（0）=1，就是讓PC0管腿輸出1，相當(dāng)于語句：HAL_GPIO_WritePin（GPIOC，GPIO_PIN_0，GPIO_PIN_SET）；大家看，這樣寫程序根本不用記復(fù)雜的庫函數(shù)，而是直接使用管腿號(hào)和in、out符號(hào)：輸入PA0就是PAin（0），輸出PA0就是PAout（0），是不是特別簡明！這種通過直呼GPIO引腳名進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入輸出的方法，就是位操作。還可以將主函數(shù)修改如下：程序修改“！”是邏輯取反運(yùn)算符。這種編程方法不需要定義中間變量temperature（1）復(fù)制文件夾“01-03-溫度報(bào)警器-位操作-方法1”。（2）將副本文件夾名修改為：01-04-溫度報(bào)警器-位操作-方法2。（3）雙擊文件：Temperature_Alarm，打開工程。（4）修改主函數(shù)（5）編譯、生成、下載、調(diào)試6、位操作支持文件的初步解讀本程序能夠使用PAin（0）、PAout（0）等符號(hào)進(jìn)行位操作，是由于有sys.h文件的支持。程序分析至于第66～85行其它內(nèi)容是什么意思，為什么這么寫就能實(shí)現(xiàn)位操作，我們暫不理會(huì)，留待以后研究。打開sys.h文件，第66行和67行定義了PAout（n）和PAin（n），n=0～15。第64～85行定義了每一個(gè)GPIO管腿的位操作名。練習(xí)編寫程序，利用位操作，實(shí)現(xiàn)：按下開發(fā)板上的K_DOWN按鍵（連接在PE3上），LED5（連接在PC6）點(diǎn)亮。利用宏定義實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警器1、程序框架搭建（1）復(fù)制文件夾：01-04-溫度報(bào)警器-加入位操作-方法2；（2）修改副本名字為：01-05-溫度報(bào)警器-位操作-加入宏定義；（3）雙擊Temperature_Alarm，打開工程。

2、管腿再定義

給每一個(gè)管腿都起一個(gè)有意義的名字。利用宏定義實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警器利用宏定義實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警器3、程序編輯與調(diào)試?yán)?define語句，在程序中增加關(guān)于這些引腳的再定義，然后在程序中直接使用這些管腿的名字。具體修改如下，請(qǐng)大家注意第3～14行、第31行、第38行。使用宏定義給管腿起名的好處：（1）意義清晰，可讀性好。（2）程序的移植性好。4、軟硬件聯(lián)調(diào)對(duì)程序進(jìn)行編譯生成操作，將程序下載到開發(fā)板。反復(fù)操作按鍵，觀察LED顯示情況是否正確。編寫程序，利用宏定義和位操作，實(shí)現(xiàn)：按下開發(fā)板上的K_LEFT按鍵（連接在PE2上），LED8（連接在PC7）點(diǎn)亮。練習(xí)利用分組管理實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警1、框架結(jié)構(gòu)再觀察仔細(xì)觀察Project（工程）窗口，我們發(fā)現(xiàn)：（1）在Temperature_Alarm工程中，包含Target1（目標(biāo)）文件夾；（2）Target1中包含USER、CORE等多個(gè)文件夾，這些文件夾也被稱為Group（組）；（7）HARDWARE（硬件）組：用來存放我們自己編寫的一些關(guān)于硬件初始化的文件。（3）USER（用戶）組：內(nèi)含我們熟悉的main.c文件；（4）SYSTEM（系統(tǒng)）組：內(nèi)含位帶操作需要的sys.c和sys.h等文件；（5）CORE（內(nèi)核）組：內(nèi)含啟動(dòng)文件以及ARM公司提供的內(nèi)核文件；（6）HALLIB（HALLibrary，HAL庫）組：內(nèi)含ST公司提供HAL庫文件。利用分組管理實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警2、主函數(shù)結(jié)構(gòu)再觀察這種結(jié)構(gòu)用戶把自己編輯的所有函數(shù)都放在文件main.c中，因此簡單直觀。但是如果子函數(shù)比較多或者比較長，程序就會(huì)很冗長，不容易抓住重點(diǎn)。利用分組管理實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警3、分組管理的思路類似位帶操作的sys.c和sys.h，將按鍵和LED初始化函數(shù)獨(dú)立，寫在key.c、key.h、led.c、led.h文件中；再把它們放到某個(gè)組Group，例如HARDWARE里，這樣，只要在main.c的開頭用#include將對(duì)應(yīng)頭文件包含進(jìn)來，主文件里就不需要再書寫那些子函數(shù)了。這樣的文件管理方式，就是分組管理。利用分組管理實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警4、框架搭建為實(shí)現(xiàn)分組管理，我們可以按以下步驟進(jìn)行操作。（1）退出Keil，復(fù)制文件夾：01-05-溫度報(bào)警器-位操作-加入宏定義；（2）修改副本文件夾名為：01-06-溫度報(bào)警器-位操作-加入宏定義-分組管理，（3）打開后，在HARDWARE中新建兩個(gè)文件夾：KEY和LED；（4）復(fù)制SYSTEM文件夾中的sys.c和sys.h到KEY和LED，

分別修改文件名為key.c、key.h、led.c、led.h。利用分組管理實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警5、Project設(shè)置（1）雙擊Temperature_Alarm，打開工程；（2）HARDWARE——右鍵——AddExistingFilestoGroupHARDWARE（添加已存在的文件到HARDWARE組）；（3）在“查找范圍”項(xiàng)找到KEY，選擇key.c，點(diǎn)擊Add按鈕，將該文件添進(jìn)來;（4）在“查找范圍”項(xiàng)找到LED，選擇led.c，點(diǎn)擊Add按鈕，將該文件添進(jìn)來;（5）點(diǎn)擊“Close”，結(jié)束文件添加。利用分組管理實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警6、包含路徑設(shè)置（1）點(diǎn)擊options選項(xiàng)（魔術(shù)棒）按鈕，進(jìn)入options設(shè)置頁；（2）進(jìn)入C/C++頁;（3）找到：IncludePaths（包含路徑）；（4）點(diǎn)擊省略號(hào)“…”按鈕，進(jìn)入包含文件設(shè)置頁。利用分組管理實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警（5）在FolderSetup（文件夾設(shè)置）頁，點(diǎn)New（Insert）（新增）和隨后出現(xiàn)的“…”；（6）將HARDWARE文件夾下的KEY和LED文件夾選進(jìn)來，這樣，才可以讓編譯器找到led.h和key.h文件；（7）完成后點(diǎn)OK，退出Options設(shè)置。利用分組管理實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警7、按鍵初始化程序編輯與調(diào)試（1）key.c1）打開key.c，刪除全部內(nèi)容。2）第一行加入語句：#include“key.h”3）將main.c文件中的函數(shù)

GPIOA_Init（）復(fù)制到key.c。4）修改函數(shù)名為：

KEY_Init（）（見第3行）。5）開啟GPIOA和GPIOE時(shí)鐘（第5、6行）6）對(duì)4個(gè)按鍵進(jìn)行初始化（第8～16行）按照電路，PA0應(yīng)設(shè)置為下拉（第10行），PE2、PE3、PE4應(yīng)設(shè)置為上拉（15行）。此外第13行利用了“或”操作符“|”，這樣可以同時(shí)對(duì)多個(gè)引腳進(jìn)行操作。7）編輯完成后，對(duì)照以上程序仔細(xì)檢查。8）對(duì)key.c進(jìn)行編譯操作。如果無錯(cuò)，就可以在Project窗口中的key.c前面看到“+”號(hào)。9）點(diǎn)擊“+”號(hào)，展開后可以就可以找到key.h。利用分組管理實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警（2）key.h1）打開key.h文件，編輯內(nèi)容如下。利用分組管理實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警2）key.h中的第5行到第8行，直接剪切自main.c，為四個(gè)管腿起名。3）第10行，則聲明了函數(shù)KEY_Init（）。4）由于5～8行的定義中使用了位操作，第3行還聲明包含文件sys.h。5）第1行和最后一行的意思是：如果不曾定義符號(hào)_KEY_H（#ifndef_KEY_H），則做后面的內(nèi)容，直到#endif，即做第2～10行的內(nèi)容（定義符號(hào)_KEY_H（#define_KEY_H）等。否則，即如果已經(jīng)定義過此符號(hào)，則不再做2～10行的內(nèi)容，以免重復(fù)定義。最后的#endif代表結(jié)束第一行的ifndef。符號(hào)_KEY_H由文件名key.h演化而來，不一定非要是這個(gè)符號(hào)，但必須唯一。（3）文件分工“key.c”文件主要用于編寫按鍵初始化子函數(shù)?！発ey.c”文件的開頭應(yīng)聲明：#include“key.h”?！発ey.h”文件主要用于按鍵定義、并對(duì)key.c中的函數(shù)進(jìn)行聲明?！発ey.h”文件還用于聲明按鍵初始化函數(shù)需要包含的其它頭文件（例如sys.h）利用分組管理實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警利用分組管理實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警8、LED初始化程序設(shè)計(jì)與調(diào)試設(shè)計(jì)思路與按鍵初始化相同。（1）led.c第6～8行不僅使用了“或”操作符“|”，還使用了“換行連接”操作符“\”。這可以使一行不那么長。利用分組管理實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警（1）led.h文件利用分組管理實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警9、主程序設(shè)計(jì)與調(diào)試第3行和第4行：聲明包含key.h和led.h。這兩個(gè)文件分別聲明了KEY_Init（）和LED_Init（）函數(shù)，這樣，