智能可穿戴設(shè)備嵌入式開發(fā) 課件 項(xiàng)目二 設(shè)計(jì)制作智能電子鐘

項(xiàng)目二設(shè)計(jì)制作智能電子鐘【知識(shí)點(diǎn)】 IIC通信原理

IIC通信的基本功能與編程基礎(chǔ)

STM8L051F3單片機(jī)TIM4定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作原理

OLED顯示 模擬IIC通信的軟件實(shí)現(xiàn)原理

RTC的基本功能和工作原理【技能點(diǎn)】

顯示屏的特點(diǎn)和類型

IIC通信編程 定時(shí)器接口模塊編程 模擬IIC通信的軟件實(shí)現(xiàn)

OLED驅(qū)動(dòng)顯示應(yīng)用

RTC讀取時(shí)間日歷的軟件編程任務(wù)一

設(shè)計(jì)制作字符顯示器在本任務(wù)中主要完成STM8L051F3單片機(jī)通過IIC和OLED顯示屏通信，驅(qū)動(dòng)OLED顯示屏，顯示相應(yīng)的字符內(nèi)容的任務(wù)。首先介紹了IIC通信和OLED顯示屏的工作原理，以及它們的工作時(shí)序等在本次任務(wù)中用到的相關(guān)知識(shí)，給出了項(xiàng)目的開發(fā)原理和程序流程圖。硬件開發(fā)平臺(tái)與以上任務(wù)相同，最后給出OLED顯示“WXSTC”字符的單片機(jī)STM8L051F3程序，最終實(shí)現(xiàn)軟硬件聯(lián)調(diào)。知識(shí)點(diǎn)1.I2C串行總線概述

I2C總線是PHLIPS公司推出的一種串行總線，是具備多主機(jī)系統(tǒng)所需的總線裁決和高低速器件同步功能的高性能串行總線。I2C總線只有兩根雙向信號(hào)線。一根是數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時(shí)鐘線SCL。

I2C總線通過上拉電阻接正電源。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩根線均為高電平。連到總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線的信號(hào)變低，即各器件的SDA及SCL都是線“與”關(guān)系。知識(shí)點(diǎn)1-1.I2C串行總線概述

每個(gè)接到I2C總線上的器件都有唯一的地址。主機(jī)與其它器件間的數(shù)據(jù)傳送可以是由主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到其它器件，這時(shí)主機(jī)即為發(fā)送器。由總線上接收數(shù)據(jù)的器件則為接收器。在多主機(jī)系統(tǒng)中，可能同時(shí)有幾個(gè)主機(jī)企圖啟動(dòng)總線傳送數(shù)據(jù)。為了避免混亂，I2C總線要通過總線仲裁，以決定由哪一臺(tái)主機(jī)控制總線。知識(shí)點(diǎn)1-2.I2C串行總線概述知識(shí)點(diǎn)2.I2C總線的數(shù)據(jù)傳送

I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時(shí)鐘線上的信號(hào)為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化。1、數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定SCL線為高電平期間，SDA線由高電平向低電平的變化表示起始信號(hào)；SCL線為高電平期間，SDA線由低電平向高電平的變化表示終止信號(hào)。

起始和終止信號(hào)都是由主機(jī)發(fā)出的，在起始信號(hào)產(chǎn)生后，總線就處于被占用的狀態(tài)；在終止信號(hào)產(chǎn)生后，總線就處于空閑狀態(tài)。連接到I2C總線上的器件，若具有I2C總線的硬件接口，則很容易檢測到起始和終止信號(hào)。知識(shí)點(diǎn)2-1IIC通信的起始和終止信號(hào)知識(shí)點(diǎn)2-2IIC通信的數(shù)據(jù)傳送格式（1）字節(jié)傳送與應(yīng)答每一個(gè)字節(jié)必須保證是8位長度。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，先傳送最高位（MSB），每一個(gè)被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一位應(yīng)答位（即一幀共有9位）。

由于某種原因從機(jī)不對(duì)主機(jī)尋址信號(hào)應(yīng)答時(shí)（如從機(jī)正在進(jìn)行實(shí)時(shí)性的處理工作而無法接收總線上的數(shù)據(jù)），它必須將數(shù)據(jù)線置于高電平，而由主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)終止信號(hào)以結(jié)束總線的數(shù)據(jù)傳送。如果從機(jī)對(duì)主機(jī)進(jìn)行了應(yīng)答，但在數(shù)據(jù)傳送一段時(shí)間后無法繼續(xù)接收更多的數(shù)據(jù)時(shí)，從機(jī)可以通過對(duì)無法接收的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的“非應(yīng)答”通知主機(jī)，主機(jī)則應(yīng)發(fā)出終止信號(hào)以結(jié)束數(shù)據(jù)的繼續(xù)傳送。當(dāng)主機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)，它收到最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，必須向從機(jī)發(fā)出一個(gè)結(jié)束傳送的信號(hào)。這個(gè)信號(hào)是由對(duì)從機(jī)的“非應(yīng)答”來實(shí)現(xiàn)的。然后，從機(jī)釋放SDA線，以允許主機(jī)產(chǎn)生終止信號(hào)。知識(shí)點(diǎn)2-2IIC通信的數(shù)據(jù)傳送格式IIC總線的尋址

I2C總線協(xié)議有明確的規(guī)定：采用7位的尋址字節(jié)（尋址字節(jié)是起始信號(hào)后的第一個(gè)字節(jié)）。（1）尋址字節(jié)的位定義D7～D1位組成從機(jī)的地址。D0位是數(shù)據(jù)傳送方向位，為“0”時(shí)表示主機(jī)向從機(jī)寫數(shù)據(jù)，為“1”時(shí)表示主機(jī)由從機(jī)讀數(shù)據(jù)。知識(shí)點(diǎn)2-3主機(jī)發(fā)送地址時(shí)，總線上的每個(gè)從機(jī)都將這7位地址碼與自己的地址進(jìn)行比較，如果相同，則認(rèn)為自己正被主機(jī)尋址，根據(jù)R/T位將自己確定為發(fā)送器或接收器。從機(jī)的地址由固定部分和可編程部分組成。在一個(gè)系統(tǒng)中可能希望接入多個(gè)相同的從機(jī)，從機(jī)地址中可編程部分決定了可接入總線該類器件的最大數(shù)目。如一個(gè)從機(jī)的7位尋址位有4位是固定位，3位是可編程位，這時(shí)僅能尋址8個(gè)同樣的器件，即可以有8個(gè)同樣的器件接入到該I2C總線系統(tǒng)中。知識(shí)點(diǎn)2-3IIC總線的尋址I2C總線上傳送的數(shù)據(jù)信號(hào)是廣義的，既包括地址信號(hào)，又包括真正的數(shù)據(jù)信號(hào)。在起始信號(hào)后必須傳送一個(gè)從機(jī)的地址（7位），第8位是數(shù)據(jù)的傳送方向位（R/T），用“0”表示主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)（T），“1”表示主機(jī)接收數(shù)據(jù)（R）。每次數(shù)據(jù)傳送總是由主機(jī)產(chǎn)生的終止信號(hào)結(jié)束。但是，若主機(jī)希望繼續(xù)占用總線進(jìn)行新的數(shù)據(jù)傳送，則可以不產(chǎn)生終止信號(hào)，馬上再次發(fā)出起始信號(hào)對(duì)另一從機(jī)進(jìn)行尋址。知識(shí)點(diǎn)2-4IIC總線的數(shù)據(jù)幀格式a、主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向在整個(gè)傳送過程中不變：注：有陰影部分表示數(shù)據(jù)由主機(jī)向從機(jī)傳送，無陰影部分則表示數(shù)據(jù)由從機(jī)向主機(jī)傳送。A表示應(yīng)答，A非表示非應(yīng)答（高電平）。S表示起始信號(hào)，P表示終止信號(hào)。在總線的一次數(shù)據(jù)傳送過程中，可以有以下幾種組合方式：知識(shí)點(diǎn)2-4IIC總線的數(shù)據(jù)幀格式b、主機(jī)在第一個(gè)字節(jié)后，立即從從機(jī)讀數(shù)據(jù)c、在傳送過程中，當(dāng)需要改變傳送方向時(shí)，起始信號(hào)和從機(jī)地址都被重復(fù)產(chǎn)生一次，但兩次讀/寫方向位正好反相。知識(shí)點(diǎn)2-4IIC總線的數(shù)據(jù)幀格式知識(shí)點(diǎn)2-5IIC總線的信號(hào)格式知識(shí)點(diǎn)2-5

I2C總線通信過程主模式時(shí)：I2C接口啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸并產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。串行數(shù)據(jù)傳輸總是以起始條件開始并以停止條件結(jié)束。起始條件和停止條件都是在主模式下由軟件控制產(chǎn)生。從模式時(shí)：I2C接口能識(shí)別它自己的地址(7位或10位)和廣播呼叫地址。軟件能夠控制開啟或禁止廣播呼叫地址的識(shí)別。數(shù)據(jù)和地址按8位/字節(jié)進(jìn)行傳輸，高位在前。跟在起始條件后的1或2個(gè)字節(jié)是地址(7位模式為1個(gè)字節(jié)，10位模式為2個(gè)字節(jié))。地址只在主模式發(fā)送。在一個(gè)字節(jié)傳輸?shù)?個(gè)時(shí)鐘后的第9個(gè)時(shí)鐘期間，接收器必須回送一個(gè)應(yīng)答位(ACK)給發(fā)送器。軟件可以開啟或禁止應(yīng)答(ACK)，并可以設(shè)置I2C接口的地址(7位、10位地址或廣播呼叫地址)。知識(shí)點(diǎn)2-6

主設(shè)備發(fā)送模式(發(fā)送序列圖)知識(shí)點(diǎn)2-7

主設(shè)備接收模式(接收序列圖)知識(shí)點(diǎn)2-8

I2C總線狀態(tài)寄存器(I2C_SR1)知識(shí)點(diǎn)2-8

I2C總線狀態(tài)寄存器(I2C_SR1)知識(shí)點(diǎn)2-8

I2C總線狀態(tài)寄存器(I2C_SR1)OLED顯示屏：即有機(jī)發(fā)光二極管（OrganicLightEmittingDiode）。OLED由于同時(shí)具備自發(fā)光，不需背光源、對(duì)比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構(gòu)造及制程較簡單等優(yōu)異特性，被認(rèn)為是下一代的平面顯示器新興應(yīng)用技術(shù)。LCD都需要背光，而OLED不需要，因?yàn)樗亲园l(fā)光的。這樣同樣的顯示OLED效果要好一些。以目前的技術(shù)，OLED的尺寸還難以大型化，但是分辨率確可以做到很高。在此教材的開發(fā)板中我們使用的是0.96寸OLED顯示屏，該屏有以下特點(diǎn)：分辨率為128*64多種接口方式；OLED裸屏總共3種接口包括：6800、8080兩種并行接口方式、3線或4線的串行SPI接口方式、IIC接口方式（只需要2根線就可以控制OLED了！本教材中我們實(shí)用四針的0.96寸IIC接口OLED模塊，四針I(yè)IC接口相對(duì)比較簡單一些，只有兩個(gè)信號(hào)線知識(shí)點(diǎn)3OLED顯示屏知識(shí)點(diǎn)3-1

OLED的通訊時(shí)序本小節(jié)介紹如何初始化IIC以及實(shí)現(xiàn)IIC與OLED進(jìn)行通訊。OLED采用的是0.96寸OLED（4PIN），可以直接插入開發(fā)板OLED擴(kuò)展接口。OLED的通訊時(shí)序如圖2.17所示。IIC初始化配置步驟：打開IIC外設(shè)時(shí)鐘使能IIC1配置IIC參數(shù)：IIC1、時(shí)鐘100KHz、IIC模式、快速模式工作周期

Tlow/Thigh=2、使能應(yīng)答、應(yīng)答從機(jī)地址7位要注意的是：OLED的IIC通訊地址是0x78、OLED的IIC時(shí)序只存在寫，不存在讀。知識(shí)點(diǎn)3-2

OLED時(shí)序的IIC配置從實(shí)際應(yīng)用電路圖2.18中可以看出，STM8L0510F3單片機(jī)硬件IIC（PC0、PC1）接口與顯示屏進(jìn)行通信。在我們?cè)O(shè)計(jì)的開發(fā)板中OLED接口使用的是PB1、PB2兩個(gè)引腳，是通過軟件模擬IIC實(shí)現(xiàn)通信。所以在本任務(wù)中同學(xué)們可以通過杜邦線把OLED的SDA和SCL分別連接到PC0、PC1引腳上，完成實(shí)驗(yàn)。因STM8L0510F3單片機(jī)中硬件IIC通信接口只有一個(gè)，為了滿足多個(gè)IIC通信裝置的需要，我們采用軟件模擬實(shí)現(xiàn)IIC通信，下一個(gè)任務(wù)中會(huì)詳細(xì)講解。本任務(wù)中連接方式如下：GND-->GND、VCC-->3V3、SCL-->PC1、SDA-->PC0任務(wù)一

設(shè)計(jì)制作字符顯示器任務(wù)一

設(shè)計(jì)制作字符顯示器實(shí)現(xiàn)效果

在本任務(wù)中，主要介紹STM8L051F3的TIM4定時(shí)器、RTC相關(guān)知識(shí)和電子日歷的讀取編程技巧，在任務(wù)一的基礎(chǔ)上重點(diǎn)闡述軟件模擬IIC通信。用軟件模擬IIC通信有不少的優(yōu)點(diǎn)，最大的好處是方便移植和共享，解決IIC接口不足的問題，在STM8L051F3中不只局限與PC0、PC1IIC接口。而且同一個(gè)代碼兼容各種的MCU，無論是51,STM32還是430還是別的微控制器，在移植的時(shí)候只要將引腳的設(shè)置更改即可通用。任務(wù)二

設(shè)計(jì)制作智能電子鐘嵌入式高級(jí)應(yīng)用—可穿戴設(shè)備開發(fā)RTC（Real-timeclock）：實(shí)時(shí)時(shí)鐘。RTC是一個(gè)獨(dú)立的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，它提供了一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)間和日歷與一個(gè)相關(guān)的可編程鬧鐘，同時(shí)它還包括一個(gè)可用于管理低功耗模式的自動(dòng)喚醒單元。采用二進(jìn)制編碼格式的8位寄存器，包括秒、分、時(shí)（12或24小時(shí)格式）、星期x、日、月和年，二進(jìn)制編碼格式還可以獲取微秒的時(shí)間值。RTC能自動(dòng)調(diào)節(jié)閏年和每個(gè)月的天數(shù)。另外還有可編程鬧鐘的8位寄存器，包括微秒、秒、分、時(shí)、星期x和日，可以把RTC校準(zhǔn)到0.954ppm的精度，在復(fù)位后，RTC是處于寫保護(hù)狀態(tài)的，只要供電電壓維持在系統(tǒng)運(yùn)行電壓內(nèi)，不管MCU處于睡眠狀態(tài)，RTC是不會(huì)停止運(yùn)行的。知識(shí)點(diǎn)4RTC簡介

如何使用RTC的電子日歷功能，使用LSE或LSI作為RTC時(shí)鐘源，讀取的日期與時(shí)間數(shù)據(jù)使用OLED顯示出來（OLED采用的是技新0.96寸OLED（4PIN））。系統(tǒng)的工作流程：初始化LSE時(shí)鐘并等待其穩(wěn)定-->初始化RTC-->初始化IIC-->初始化OLED-->讀取數(shù)據(jù)并顯示（循環(huán)）。這里主要介紹RTC的初始化，步驟如下：1）選擇LSE作為RTC的時(shí)鐘源(RTC的時(shí)鐘可以選擇四種時(shí)鐘HSE/HIS/LSE/LSI)2）打開RTC外設(shè)時(shí)鐘3）配置RTC時(shí)鐘：24小時(shí)制、計(jì)時(shí)時(shí)間=1S4）初始化日期數(shù)據(jù)5）初始化時(shí)間數(shù)據(jù)注意程序中讀取出來的數(shù)據(jù)位為BCD碼。(RTC_GetDate(RTC_Format_BCD,&RTC_DateStr);)RTC_FORMAT_BIN使用二進(jìn)制

RTC_FORMAT_BCD使用16進(jìn)制，BCD碼（Binary-CodedDecimal?）亦稱二進(jìn)碼十進(jìn)數(shù)例如18年你得到的是0x18年知識(shí)點(diǎn)4-1電子日歷配置擴(kuò)展知識(shí)：對(duì)位的操作#defineBIT0(0x01)#defineBIT1(0x02)#defineBIT2(0x04)#defineBIT3(0x08)#defineBIT4(0x10)#defineBIT5(0x20)#defineBIT6(0x40)#defineBIT7(0x80)#defineBIT(x)(1<<(x))#defineBIT08(0x00000100)#defineBIT09(0x00000200)#defineBIT10(0x00000400)#defineBIT11(0x00000800)#defineBIT12(0x00001000)#defineBIT13(0x00002000)#defineBIT14(0x00004000)#defineBIT15(0x00008000)#defineBIT16(0x00010000)#defineBIT17(0x00020000)#defi