《嵌入式操作系統(tǒng)》課件-項(xiàng)目四 數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目四任務(wù)一模數(shù)轉(zhuǎn)換器初識外界物理量通常都是模擬信號，如溫度、濕度、光度、壓力、速度、液位、流量等都是模擬信號，STM32處理的均是數(shù)字信號，需要將模擬信號轉(zhuǎn)換數(shù)字信號，簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC。一、模數(shù)轉(zhuǎn)換器初識模數(shù)轉(zhuǎn)換的作用是將時(shí)間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散、幅值也離散的數(shù)字信號，即將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過取樣、保持、量化及編碼4個過程。在實(shí)際電路中，這些過程有的是合并進(jìn)行的，例如：取樣和保持、量化和編碼往往都是在轉(zhuǎn)換過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)的。1.采樣：將連續(xù)模擬值轉(zhuǎn)化為有限個離散采樣值2.保持：在每一采樣點(diǎn)上保持一小段時(shí)間3.量化：將采樣點(diǎn)電壓值轉(zhuǎn)換為量化值4.編碼：對量化值進(jìn)行編碼為幾位二進(jìn)制數(shù)值一、模數(shù)轉(zhuǎn)換器初識STM32的模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換精度：12位逐次逼近型的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。二、STM32A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC個數(shù)：STM32F103VCT6有3個、STM32F103RBT6有2個可獨(dú)立使用，也可雙重模式（提高采樣速率）。采樣通道：包括測量16個外部（IN0-IN15）和2個內(nèi)部信號源（溫度和電壓基準(zhǔn)）。各通道的A/D轉(zhuǎn)換可以單次、連續(xù)、掃描或間斷模式執(zhí)行。數(shù)據(jù)存儲：ADC轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存入16位數(shù)據(jù)寄存器。電壓檢測：輸入高低閥值電壓檢測。時(shí)鐘頻率：輸入時(shí)鐘頻率<14MHz。STM32的ADC主要特征分辨率：12位自校準(zhǔn)，帶內(nèi)嵌數(shù)據(jù)一致的數(shù)據(jù)對齊。中斷：注入轉(zhuǎn)換結(jié)束和發(fā)生模擬看門狗事件時(shí)產(chǎn)生中斷。轉(zhuǎn)換模式：單次和連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，從通道0到通道n的自動掃描模式。采樣間隔：可以按通道分別編程。觸發(fā)模式：規(guī)則轉(zhuǎn)換和注入轉(zhuǎn)換均有外部觸發(fā)選項(xiàng)，規(guī)則通道轉(zhuǎn)換期間有DMA請求產(chǎn)生。采樣模式：間斷模式，雙重模式（帶2個或以上ADC的器件）。轉(zhuǎn)換速率：最大的轉(zhuǎn)換速率為1MHz，既最快的轉(zhuǎn)換時(shí)間為1us。供電要求：2.4V到3.6V，ADC輸入范圍：VREF-

VIN

VREF+。二、STM32A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換三、ADC相關(guān)的寄存器ADC控制寄存器ADC_CR1設(shè)置掃描模式操作模式ADC控制寄存器ADC_CR2啟停、轉(zhuǎn)換模式、轉(zhuǎn)換規(guī)則等ADC采樣事件寄存器ADC_SMPR1~2ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間ADC規(guī)則序列寄存器ADC_SQR1~3規(guī)則序列通道ADC規(guī)則數(shù)據(jù)寄存器ADC_DRADC注入數(shù)據(jù)寄存器ADC_JDRxADC狀態(tài)寄存器ADC_SR四、STM32模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)目標(biāo)使用STM32的ADC寄存器，通過程序控制STM32F103的A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)模擬電壓的采集、虛擬終端顯示采樣值和電壓值的設(shè)計(jì)、運(yùn)行與調(diào)試。任務(wù)要求利用STM32的ADC相關(guān)寄存器，設(shè)計(jì)一個STM32模數(shù)轉(zhuǎn)換，完成模擬電壓的采集，并在虛擬終端上顯示電壓值。要求：在STM32的單次轉(zhuǎn)換模式下，使用ADC1的通道1，來進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。STM32的ADC設(shè)置（單次轉(zhuǎn)換模式）開啟PA口時(shí)鐘，設(shè)置PA1為模擬輸入；使能ADC1時(shí)鐘，并設(shè)置分頻因子；設(shè)置ADC1的工作模式；設(shè)置ADC1規(guī)則序列的相關(guān)信息；開啟AD轉(zhuǎn)換器和校準(zhǔn)設(shè)置；讀取ADC值。四、STM32模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)STM32模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)1.模擬電壓采集電路設(shè)計(jì)ADC1的通道1是在PA1上，通道1（PA1）采集的模擬電壓，可以通過電位器來獲得，如右下圖所示。2.虛擬終端顯示電路設(shè)計(jì)通過STM32的PA9、PA10連接虛擬終端。通過串行通信輸出電壓值在虛擬終端上顯示。四、STM32模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目四任務(wù)二數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)與制作一、數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)與制作數(shù)字電壓表仿真效果數(shù)字電壓表文件夾、文件建立與修改一、數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)與制作數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)與制作數(shù)字電壓表硬件設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)與制作數(shù)字電壓表硬件設(shè)計(jì)串行虛擬終端和STM32F103R4的設(shè)置數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)與制作數(shù)字電壓表軟件目錄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)與制作數(shù)字電壓表軟件包含路徑設(shè)置數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)與制作數(shù)字電壓表軟件輸出HEX文件路徑設(shè)置1.頭文件聲明#include"usart.h"

#include"Delay.h"

#include"AD.h"2.主函數(shù)函數(shù)初始化uart_init(9600)；AD_Init();while（1）{采集電壓值、串行輸出虛擬終端}數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)與制作數(shù)字電壓表軟件結(jié)構(gòu)3.AD.c文件AD初始化函數(shù)、AD數(shù)據(jù)采集回傳函數(shù)編寫。4.AD.hAD初始化、AD數(shù)據(jù)采集定義聲明。二、數(shù)字電壓表模數(shù)轉(zhuǎn)換相關(guān)函數(shù)RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE)GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN;ADC1復(fù)位函數(shù)ADC_DeInit()，復(fù)位ADC1函數(shù)：

ADC_DeInit(ADC1);1.開啟PA口時(shí)鐘和ADC1時(shí)鐘，設(shè)置PA1為模擬輸入。2.復(fù)位ADC1，并設(shè)置分頻因子。設(shè)置ADC分頻因子函數(shù)RCC_ADCCLKConfig()，設(shè)置ADC分頻因子為6，可獲得72MHz/6=12MHz函數(shù)：

RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);數(shù)字電壓表模數(shù)轉(zhuǎn)換相關(guān)函數(shù)初始化ADC1函數(shù)ADC_Init()，可以根據(jù)指定的參數(shù)，初始化外設(shè)ADCx的寄存器。初始化ADC1函數(shù)：

ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure);3.初始化ADC1參數(shù)，設(shè)置ADC1的工作模式以及規(guī)則序列的相關(guān)信息。本任務(wù)需要初始化ADC1參數(shù)：ADC的模式：獨(dú)立工作模式；單次轉(zhuǎn)換模式、軟件控制轉(zhuǎn)換、ADC數(shù)據(jù)右對齊；轉(zhuǎn)換規(guī)則序列1的ADC通道的數(shù)目為1等。數(shù)字電壓表模數(shù)轉(zhuǎn)換相關(guān)函數(shù)

ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);4.使能AD轉(zhuǎn)換器和校準(zhǔn)設(shè)置。(1)使能ADC1函數(shù)(2)使能復(fù)位校準(zhǔn)ADC1函數(shù)

ADC_ResetCalibration(ADC1);(3)等待復(fù)位校準(zhǔn)結(jié)束代碼while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));數(shù)字電壓表模數(shù)轉(zhuǎn)換相關(guān)函數(shù)

ADC_StartCalibration(ADC1);4.使能AD轉(zhuǎn)換器和校準(zhǔn)設(shè)置。(4)開啟AD校準(zhǔn)代函數(shù)(5)等待校準(zhǔn)結(jié)束函數(shù)while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));數(shù)字電壓表模數(shù)轉(zhuǎn)換相關(guān)函數(shù)5.讀取ADC值(1)ADC1的通道1采樣時(shí)間是239.5周期ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ch,1,ADC_SampleTime_239Cycles5);(2)使能指定的ADC1的軟件轉(zhuǎn)換啟動功能ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);數(shù)字電壓表模數(shù)轉(zhuǎn)換相關(guān)函數(shù)5.讀取ADC值(3)等待轉(zhuǎn)換結(jié)束(4)讀取ADC1規(guī)則組的轉(zhuǎn)換結(jié)果while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC));temp=ADC_GetConversionValue(ADC1);數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目四任務(wù)三數(shù)字電壓表軟件程序代碼解讀一、主函數(shù)程序代碼一、主函數(shù)程序代碼數(shù)字電壓表軟件程序代碼解讀主函數(shù)程序代碼數(shù)字電壓表軟件程序代碼解讀主函數(shù)程序代碼數(shù)字電壓表軟件程序代碼解讀主函數(shù)程序代碼二、頭文件程序代碼三、模數(shù)轉(zhuǎn)換C程序代碼數(shù)字電壓表軟件程序代碼解讀模數(shù)轉(zhuǎn)換C程序代碼數(shù)字電壓表軟件程序代碼解讀模數(shù)轉(zhuǎn)換C程序代碼數(shù)