嵌入式系統(tǒng)-流水燈、按鍵、定時器實驗報告

嵌入式系統(tǒng)應用實驗報告姓名：學號：學院：專業(yè)：班級：指導教師：實驗1、流水燈實驗1.1實驗要求編程控制實驗板上LED燈輪流點亮、熄滅，中間間隔一定時間。1.2原理分析實驗主要考察對STM32F10X系列單片機GPIO的輸出操作。參閱數(shù)據(jù)手冊可知，通過軟件編程，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

開漏輸出

推挽式輸出

推挽式復用功能

開漏式復用功能根據(jù)實驗要求，應該首先將GPIO配置為推挽輸出模式。由原理圖可知，單片機GPIO輸出信號經(jīng)過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Y端電平相同且LED燈共陽，所以，如果要點亮LED，GPIO應輸出低電平。反之，LED燈熄滅。1.3程序分析軟件方面，在程序啟動時，調(diào)用SystemInit()函數(shù)（見附錄1），對系統(tǒng)時鐘等關鍵部分進行初始化，然后再對GPIO進行配置。GPIO配置函數(shù)為SZ_STM32_LEDInit()（見附錄2），函數(shù)中首先使能GPIO時鐘：RCC_APB2PeriphClockCmd(GPIO_CLK[Led],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：配置過程較為復雜，涉及到搶占優(yōu)先級和響應優(yōu)先級的概念。程序首先將所有外部中斷歸為NVIC_PriorityGroup_2,即2位搶占優(yōu)先級和2位響應優(yōu)先級：NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2)；然后將所有外部中斷信號的搶占優(yōu)先級規(guī)定為0、1、2，使其可以相互區(qū)別，并將配置好的參數(shù)寫入對應寄存器中，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=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=2;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure)。初始化完成后，程序進入等待按鍵中斷觸發(fā)狀態(tài)，一旦按鍵按下，則進入中斷服務函數(shù)EXTI9_5_IRQHandler()（見附錄7）中。在函數(shù)中對LED燈進行點亮、熄滅操作，并重置中斷產(chǎn)生標志位。實驗流程圖如下（主函數(shù)代碼見附錄8）：硬件連接方式如下圖所示：2.3實驗結(jié)果實驗三、定時器實驗3.1實驗要求利用STM32的通用定時器TIM5產(chǎn)生一個1S的中斷，在中斷函數(shù)中實現(xiàn)LED1、LED2、LED3、LED4同時翻轉(zhuǎn)的效果。3.2原理分析實驗主要考察對STM32F10X系列單片機定時器的使用。實驗中使用的STM32F107單片機有多達10個定時器，包括：

多達4個16位定時器，每個定時器有多達4個用于輸入捕獲/輸出比較/PWM或脈沖計數(shù)的通道和增量編碼器輸入

1個16位帶死區(qū)控制和緊急剎車，用于電機控制的PWM高級控制定時器

2個獨立的看門狗定時器（獨立的和窗口型的）

系統(tǒng)時間定時器：24位自減型計數(shù)器

2個16位基本定時器用于驅(qū)動DAC根據(jù)時鐘樹可知，系統(tǒng)時鐘經(jīng)過分頻之后，進入TIM5的時鐘模塊入口，在經(jīng)過預分頻處理，才供給TIM5作時鐘使用。預分頻器的系數(shù)為：TIMx_PSC，當TIMx_PSC=0時表示不分頻，則TIM5定時器的時鐘

用CK_CNT=模塊入口時鐘72MHz；當TIMx_PSC=1時表示不分頻，則TIM5定時器的時鐘用CK_CNT=模塊入口時鐘36MHz；以此類推。公式為：CK_CNT=fCK_PSC/(PSC[15:0]+1)，其中PSC最大為65535。

其次是TIM5計數(shù)器計數(shù)值的設置，TIM5計數(shù)器以CK_CNT為時鐘計數(shù)，向下計數(shù)到0或向上計數(shù)到設定值（TIMx_ARR）則產(chǎn)生中斷。以向上計數(shù)為例，從0開始計數(shù)到設定值TIMx_ARR時產(chǎn)生中斷。要產(chǎn)生一秒一次中斷則要使計數(shù)器的值乘以預分頻的值=系統(tǒng)時鐘72MHz，其中計數(shù)器的值和預分頻值都必須小于65535。我們使預分頻值為7200，計數(shù)器值為10000，則7200*10000=72,000,000即72M。其中拆分方法很多35000*2000=72,000,000，只要注意計數(shù)器的值和預分頻值都必須小于65535即可。當計數(shù)值溢出后，會改變計數(shù)溢出標志位，并產(chǎn)生定時器中斷，實驗中使用其產(chǎn)生中斷來進行LED燈翻轉(zhuǎn)。3.3程序分析LED初始化部分與實驗一相同，完成初始化后，點亮所有LED燈。定時器配置函數(shù)為TIM5_Init()（見附錄6）。配置函數(shù)首先使能計數(shù)器時鐘：RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5,ENABLE)；然后自動裝載計數(shù)值，計數(shù)從0開始：TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=(100-1)；再對計時器進行預分頻系數(shù)設置：TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=(7200-1)；并將計數(shù)器設置為向上計數(shù)：TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up；最后寫入計時器配置寄存器，完成配置：TIM_TimeBaseInit(TIM5,&TIM_TimeBaseStructure)。配置完成后，還要對計數(shù)器溢出標志位進行清零，并打開溢出中斷，使能計數(shù)器以開始計數(shù)。TIM_ClearITPendingBit(TIM5,TIM_IT_Update);TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update,ENABLE);TIM_Cmd(TIM5,ENABLE)。定時器配置完成并使能后，計數(shù)器開始工作，當?shù)竭_預設的計數(shù)值之后，產(chǎn)生中斷信號。系統(tǒng)在進行相關配置后可以響應定時器產(chǎn)生的中斷，中斷配置函數(shù)為NVIC_Configuration()（見附錄7）。函數(shù)首先將中斷向量表首地址置于0x08000000：NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH,0x0000)；然后使能TIM5中斷：NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM5_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;最后將配置參數(shù)寫入中斷控制寄存器，完成配置：NVIC_Init(&NVIC_InitStructure)。一旦中斷產(chǎn)生，系統(tǒng)會對中斷產(chǎn)生響應，暫停所有正在執(zhí)行的低優(yōu)先級任務且將任務信息和數(shù)據(jù)壓入對應對戰(zhàn)區(qū)，并進入中斷服務函數(shù)TIM5_IRQHandler()（見附錄8）中進行處理。在中斷服務函數(shù)中判斷并清除了中斷標志位，以便定時器下一次計數(shù)中斷產(chǎn)生。函數(shù)中調(diào)用了LED_Spark()函數(shù)（見附錄9），實現(xiàn)了LED的閃爍。程序流程圖如下：硬件連接方式如下圖所示：實驗四、按鍵中斷控制LED燈定時閃爍4.1實驗要求綜合實驗一、二、三，利用STM32讀取外部按鍵狀態(tài)，按鍵按下一次產(chǎn)生一次外部中斷在中斷處理函數(shù)中使按鍵所對應的燈閃爍，閃爍間隔通過定時器定時控制。其中，SKEY1控制LED1以1S為間隔，閃爍3次，SKEY2控制LED2以2S為間隔閃爍3次，SKEY3控制LED3以3S為間隔，閃爍3次。4.2原理分析實驗需要用到STM32的GPIO輸入輸出操作，GPIO外部中斷和內(nèi)部定時器中斷。在以上三個實驗中，對各個部分都已經(jīng)進行過詳盡的解釋，這里不再贅述。 此實驗需要將以上實驗做綜合，并對時序進行調(diào)整。難點為，對GPIO外部中斷和定時器內(nèi)部中斷的處理，即如何確定兩種不同中斷的優(yōu)先級。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)先級置為0，即最高級別中斷，響應優(yōu)先級置分別置為1、2、3，相互區(qū)別。將定時器中斷搶占優(yōu)先級置為1，相應優(yōu)先級社會中低于按鍵中斷，使其可以被按鍵信號中斷計時，并刷新LED閃爍狀態(tài)。4.3程序分析這在程序初始化階段，分別對LED、按鍵外部中斷和定時器中斷進行初始化。主函數(shù)如下：intmain(void){ /*LED初始化*/LED_config(); /*LED閃爍?*/Led_Turn_on_all();Delay(3000000);Led_Turn_off_all();Delay(3000000);Led_Turn_on_all();Delay(3000000);Led_Turn_off_all();Delay(3000000);Led_Turn_on_all();Delay(3000000);Led_Turn_off_all(); /*按鍵初始化*/GPIO_KEY_Config(); /*按鍵外部中斷初始化*/KEY_EXIT_In