嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用

項(xiàng)目化教程項(xiàng)目5呼吸燈控制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握STM32通用定時(shí)器的原理及軟件配置；2．掌握STM32通用定時(shí)器中斷及軟件配置；3．掌握STM32PWM的原理；4．利用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)PWM呼吸燈。目錄5.1定時(shí)器介紹5.2任務(wù)9使用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)PWM控制5.1定時(shí)器介紹通用定時(shí)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖5.1定時(shí)器介紹5.1定時(shí)器介紹5.1定時(shí)器介紹5.1定時(shí)器介紹5.1定時(shí)器介紹5.1定時(shí)器介紹5.1定時(shí)器介紹定時(shí)器中斷實(shí)驗(yàn)APB1時(shí)鐘X1/X2F(CK_PSC)

÷NCK_CNT內(nèi)部時(shí)鐘選擇5.1定時(shí)器介紹定時(shí)器中斷實(shí)驗(yàn)時(shí)鐘計(jì)算方法：5.1定時(shí)器介紹定時(shí)器中斷實(shí)驗(yàn)通用定時(shí)器可以向上計(jì)數(shù)、向下計(jì)數(shù)、向上向下雙向計(jì)數(shù)模式。①向上計(jì)數(shù)模式：計(jì)數(shù)器從0計(jì)數(shù)到自動(dòng)加載值(TIMx_ARR)，然后重新從0開始計(jì)數(shù)并且產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)器溢出事件。②向下計(jì)數(shù)模式：計(jì)數(shù)器從自動(dòng)裝入的值(TIMx_ARR)開始向下計(jì)數(shù)到0，然后從自動(dòng)裝入的值重新開始，并產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)器向下溢出事件。③中央對齊模式（向上/向下計(jì)數(shù)）：計(jì)數(shù)器從0開始計(jì)數(shù)到自動(dòng)裝入的值-1，產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)器溢出事件，然后向下計(jì)數(shù)到1并且產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)器溢出事件；然后再從0開始重新計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器模式5.1定時(shí)器介紹向下計(jì)數(shù)模式（時(shí)鐘分頻因子=1）5.1定時(shí)器介紹向上計(jì)數(shù)模式（時(shí)鐘分頻因子=1）5.1定時(shí)器介紹中央對齊計(jì)數(shù)模式（時(shí)鐘分頻因子=1ARR=6）5.1定時(shí)器介紹計(jì)數(shù)器當(dāng)前值寄存器CNT5.1定時(shí)器介紹預(yù)分頻寄存器TIMx_PSC5.1定時(shí)器介紹自動(dòng)重裝載寄存器（TIMx_ARR)5.1定時(shí)器介紹控制寄存器1（TIMx_CR1）5.1定時(shí)器介紹DMA中斷使能寄存器（TIMx_DIER）5.1定時(shí)器介紹常用庫函數(shù)voidTIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef*TIMx,TIM_TimeBaseInitTypeDef*TIM_TimeBaseInitStruct);定時(shí)器參數(shù)初始化：voidTIM_Cmd(TIM_TypeDef*TIMx,FunctionalStateNewState)定時(shí)器使能函數(shù)：定時(shí)器中斷使能函數(shù)：voidTIM_ITConfig(TIM_TypeDef*TIMx,uint16_tTIM_IT,FunctionalStateNewState);5.1定時(shí)器介紹狀態(tài)標(biāo)志位獲取和清除FlagStatusTIM_GetFlagStatus(TIM_TypeDef*TIMx,uint16_tTIM_FLAG);voidTIM_ClearFlag(TIM_TypeDef*TIMx,uint16_tTIM_FLAG);ITStatusTIM_GetITStatus(TIM_TypeDef*TIMx,uint16_tTIM_IT);voidTIM_ClearITPendingBit(TIM_TypeDef*TIMx,uint16_tTIM_IT);5.1定時(shí)器介紹定時(shí)器中斷實(shí)現(xiàn)步驟能定時(shí)器時(shí)鐘。RCC_APB1PeriphClockCmd();②

初始化定時(shí)器，配置ARR,PSC。

TIM_TimeBaseInit();開啟定時(shí)器中斷，配置NVIC。

voidTIM_ITConfig();

NVIC_Init();④

使能定時(shí)器。

TIM_Cmd();⑥

編寫中斷服務(wù)函數(shù)。

TIMx_IRQHandler();5.1定時(shí)器介紹TIM2初始化函數(shù)voidTIM2_Init(u16per,u16psc){TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseInitStructure;NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure;RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);//使能TIM2時(shí)鐘TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=per;//自動(dòng)裝載值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=psc;//分頻系數(shù)TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;//設(shè)置向上計(jì)數(shù)模式TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseInitStructure);TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE);//開啟定時(shí)器中斷TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_Update);NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM2_IRQn;//定時(shí)器中斷通道NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;//搶占優(yōu)先級(jí)NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=3;//子優(yōu)先級(jí)NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; //IRQ通道使能NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);TIM_Cmd(TIM4,ENABLE);//使能定時(shí)器}5.1定時(shí)器介紹TIM2中斷函數(shù)voidTIM2_IRQHandler(void){if(TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_Update)){led1=!led1;}TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_Update); }5.1定時(shí)器介紹主函數(shù)#include"system.h"#include"SysTick.h"#include"led.h"#include"time.h"intmain(){u8i;SysTick_Init(72);NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//中斷優(yōu)先級(jí)分組，分2組LED_Init();TIM2_Init(1000,36000-1);//定時(shí)500mswhile(1){i++;if(i%20==0){led0=!led0;}delay_ms(10);}}

通過TIM2的更新中斷控制LED1指示燈間隔500ms秒狀態(tài)取反，主函數(shù)控制LED0指示燈不斷閃爍。5.2任務(wù)9使用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)PWM控制

脈沖寬度調(diào)制PWM(PulseWidthModulation)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種技術(shù)手段。就是調(diào)節(jié)一個(gè)周期中高電平所占的百分比，也就是調(diào)節(jié)占空比。比如可以通過調(diào)節(jié)占空比來控制直流電機(jī)的通電時(shí)間，以達(dá)到調(diào)速的目的，或通過調(diào)節(jié)占空比控制加熱時(shí)間，進(jìn)行溫度控制等。5.2任務(wù)9使用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)PWM控制STM32PWM工作過程5.2任務(wù)9使用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)PWM控制STM32PWM工作過程5.2任務(wù)9使用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)PWM控制STM32PWM工作過程（通道1為例）CCR1:捕獲比較(值)寄存器（x=1,2,3,4):設(shè)置比較值。CCMR1:OC1M[2:0]位：

對于PWM方式下，用于設(shè)置PWM模式1【110】或者PWM模式2【111】CCER:CC1P位：輸入/捕獲1輸出極性。0：高電平有效，1：低電平有效。CCER:CC1E位：輸入/捕獲1輸出使能。0：關(guān)閉，1：打開。5.2任務(wù)9使用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)PWM控制PWM模式1&PWM模式25.2任務(wù)9使用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)PWM控制5.2任務(wù)9使用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)PWM控制voidTIM_OC2PreloadConfig(TIM_TypeDef*TIMx,uint16_tTIM_OCPreload);voidTIM_ARRPreloadConfig(TIM_TypeDef*TIMx,FunctionalStateNewState);5.2任務(wù)9使用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)PWM控制自動(dòng)重載的預(yù)裝載寄存器voidTIM_ARRPreloadConfig(TIM_TypeDef*TIMx,FunctionalStateNewState);簡單的說，ARPE=1,ARR立即生效APRE=0,ARR下個(gè)比較周期生效。5.2任務(wù)9使用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)PWM控制STM32定時(shí)器3輸出通道引腳5.2任務(wù)9使用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)PWM控制PWM輸出配置步驟

使能定時(shí)器3和相關(guān)IO口時(shí)鐘。

使能定時(shí)器3時(shí)鐘：RCC_APB1PeriphClockCmd();

使能GPIOB時(shí)鐘：RCC_APB2PeriphClockCmd();②

初始化IO口為復(fù)用功能輸出。函數(shù)：GPIO_Init();

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;

這里我們是要把PB5用作定時(shí)器的PWM輸出引腳，所以要重映射配置，

所以需要開啟AFIO時(shí)鐘。同時(shí)設(shè)置重映射。RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);

GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3,ENABLE);④

初始化定時(shí)器：ARR,PSC等：TIM_TimeBaseInit();⑤

初始化輸出比較參數(shù):TIM_OC2Init();⑥

使能預(yù)裝載寄存器：TIM_OC2PreloadConfig(TIM3,TIM_OCPreload_Enable);⑦

使能定時(shí)器。TIM_Cmd();⑧

不斷改變比較值CCRx，達(dá)到不同的占空比效果:TIM_SetCompare2();5.2任務(wù)9使用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)PWM控制TIM3通道3的PWM初始化代碼voidTIM3_CH1_PWM_Init(u16per,u16psc){TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseInitStructure;TIM_OCInitTypeDefTIM_OCInitStructure;GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;/*開啟時(shí)鐘*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);/*配置GPIO模式和IO口*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;//復(fù)用推挽輸出GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);GPIO_PinRemapConfig(GPIO_FullRemap_TIM3,ENABLE);//改變指定管腳的映射TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=per;//自動(dòng)裝載值TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=psc;//分頻系數(shù)TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;//設(shè)置向上計(jì)數(shù)模式TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStructure);TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_Low;TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;TIM_OC1Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure);//輸出比較通道3初始化TIM_OC1PreloadConfig(TIM3,TIM_OCPreload_Enable);//使能TIMx在CCR1上的預(yù)裝載寄存器TIM_ARRPreloadConfig(TIM3,ENABLE);//使能預(yù)裝載寄存器TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);//使能定時(shí)器}

硬件電路只使用到開發(fā)板上的LED0，連接在PB0管腳。要實(shí)現(xiàn)的功能是：通過TIM3的CH3輸出一個(gè)PWM信號(hào)，控制LED0指示燈由暗變亮，再由亮變暗。5.2任務(wù)9使用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)PWM控制#include"system.h"#include"SysTick.h"#include"led.h"#include"pwm.h"intmain(){u16i=0;u8fx=0;SysTick_Init(72);NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//中斷優(yōu)先級(jí)分組，分2組LED_Init();TIM3_CH1_PWM_Init(500,72-1);//頻率是2Khwhile(1){if(fx==0){i++;if(i==300){fx=1;}}else{i--;if(i==0){fx=0;}}TIM_SetCompare1(TIM3,i);//i值最大可以取499，因?yàn)锳RR最大是499.delay_ms(10); }}主函數(shù)首先初始化對應(yīng)的硬件端口時(shí)鐘和IO口，然后調(diào)TIM3_CH3_PWM_Init函數(shù)，這里設(shè)定定時(shí)器自動(dòng)重裝載值為500，預(yù)分頻系數(shù)為72-1，定時(shí)周期即為500us，頻率即為2KHz。初始化后，定時(shí)器開始工作，PB0開始輸出PWM波形，波形頻率為2KHz。通過變量fx控制i的方向，如果fx=0，i值累加，否則遞減，然后將這個(gè)變化的i值傳遞給TIM_SetCompare1函數(shù)，該函數(shù)功能是改變占空比的，從而實(shí)現(xiàn)指示燈亮度的調(diào)節(jié)，呈現(xiàn)呼吸燈的效果。程序中將i值控制在300內(nèi)，主要是因?yàn)镻WM輸出波形占空比達(dá)到這個(gè)值時(shí)，指示燈亮度變化就不明顯了，而且在初始化定時(shí)器時(shí)，將自動(dòng)重裝載值設(shè)置為499，i值不能超過499。5.2任務(wù)9使用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)PWM控制測試效果舉一反三（1）修改TIM2初始化函數(shù)參數(shù)值，設(shè)定1秒鐘的定時(shí)中斷，讓D2指示燈1秒鐘狀態(tài)反轉(zhuǎn)一次，實(shí)現(xiàn)2秒鐘閃爍一次。（2）使用TIM3的更新中斷控制D2指示燈閃爍，閃爍時(shí)間自定義。（溫馨提示：只需要在初始化函數(shù)和中斷函數(shù)中，將TIM2修改為TIM3即可）（3）使用TIM3的CH2通道輸出PWM控制蜂鳴器聲音大小。（溫馨提示：按照前面介紹的方法查找對應(yīng)通道復(fù)用映射關(guān)系即可，可以嘗試不同頻率的控制）嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用

項(xiàng)目化教程項(xiàng)目6串行通信設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解串行通信的基本概念；2．掌握STM32F1的USART接口及配置；3．掌握printf重定向；4．利用STM32F1的USART1實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)對話。目錄6.1串行通信6.2USART介紹6.3任務(wù)10USART1與PC機(jī)實(shí)現(xiàn)對話6.4任務(wù)11printf重定向至串口1.通信接口背景知識(shí)

處理器與外部設(shè)備通信的兩種方式：并行通信-傳輸原理：數(shù)據(jù)各個(gè)位同時(shí)傳輸。-優(yōu)點(diǎn)：速度快-缺點(diǎn)：占用引腳資源多串行通信-傳輸原理：數(shù)據(jù)按位順序傳輸。-優(yōu)點(diǎn)：占用引腳資源少-缺點(diǎn)：速度相對較慢6.1串行通信1.通信接口背景知識(shí)

串行通信：按照數(shù)據(jù)傳送方向，分為：單工：

數(shù)據(jù)傳輸只支持?jǐn)?shù)據(jù)在一個(gè)方向上傳輸半雙工：

允許數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上傳輸，但是，在某一時(shí)刻，只允許數(shù)

據(jù)在一個(gè)方向上傳輸，它實(shí)際上是一種切換方向的單工通信；全雙工：允許數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸，因此，全雙工通信是兩個(gè)

單工通信方式的結(jié)合，它要求發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備都有獨(dú)立

的接收和發(fā)送能力。6.1串行通信1.通信接口背景知識(shí)

串行通信三種傳送方式：6.1串行通信1.通信接口背景知識(shí)

串行通信的通信方式同步通信：帶時(shí)鐘同步信號(hào)傳輸。-SPI，IIC通信接口異步通信：不帶時(shí)鐘同步信號(hào)。-UART(通用異步收發(fā)器),單總線6.1串行通信1.通信接口背景知識(shí)

常見的串行通信接口：通信標(biāo)準(zhǔn)引腳說明通信方式通信方向UART(通用異步收發(fā)器)TXD:發(fā)送端RXD:接受端GND:公共地異步通信全雙工單總線（1-wire)DQ:發(fā)送/接受端異步通信半雙工SPISCK:同步時(shí)鐘MISO:主機(jī)輸入，從機(jī)輸出MOSI:主機(jī)輸出，從機(jī)輸入同步通信全雙工I2CSCL:同步時(shí)鐘SDA:數(shù)據(jù)輸入/輸出端同步通信半雙工6.1串行通信2.STM32串口通信基礎(chǔ)

STM32的串口通信接口UART:通用異步收發(fā)器USART:通用同步異步收發(fā)器大容量STM32F10x系列芯片，包含3個(gè)USART和2個(gè)UART6.1串行通信2.STM32串口通信基礎(chǔ)

UART異步通信方式引腳連接方法：-RXD:數(shù)據(jù)輸入引腳。數(shù)據(jù)接受。-TXD:數(shù)據(jù)發(fā)送引腳。數(shù)據(jù)發(fā)送。6.1串行通信2.STM32串口通信基礎(chǔ)

UART異步通信方式引腳：-RXD:數(shù)據(jù)輸入引腳。數(shù)據(jù)接受。-TXD:數(shù)據(jù)發(fā)送引腳。數(shù)據(jù)發(fā)送。串口號(hào)RXDTXD1PA10PA92PA3PA23PB11PB104PC11PC105PD2PC126.1串行通信2.STM32串口通信基礎(chǔ)

UART異步通信方式特點(diǎn)：全雙工異步通信。分?jǐn)?shù)波特率發(fā)生器系統(tǒng)，提供精確的波特率。-發(fā)送和接受共用的可編程波特率，最高可達(dá)4.5Mbits/s可編程的數(shù)據(jù)字長度（8位或者9位）；可配置的停止位（支持1或者2位停止位）；可配置的使用DMA多緩沖器通信。單獨(dú)的發(fā)送器和接收器使能位。檢測標(biāo)志：①

接受緩沖器②發(fā)送緩沖器空③傳輸結(jié)束標(biāo)志多個(gè)帶標(biāo)志的中斷源。觸發(fā)中斷。其他：校驗(yàn)控制，四個(gè)錯(cuò)誤檢測標(biāo)志。6.1串行通信2.STM32串口通信基礎(chǔ)

串口通信過程數(shù)據(jù)接收過程：MCU內(nèi)核輸入數(shù)據(jù)緩沖器串行輸入移位寄存器MCU內(nèi)核輸出數(shù)據(jù)緩沖器串行輸出移位寄存器數(shù)據(jù)發(fā)送過程：RXDTXD串行數(shù)據(jù)輸入串行數(shù)據(jù)輸出外部設(shè)備外部設(shè)備……6.1串行通信

STM32串口異步通信需要定義的參