嵌入式系統(tǒng)(STM32微處理器)實訓指導(dǎo)書

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上嵌入式系統(tǒng)（STM32微控制器）實訓指導(dǎo)書意法半導(dǎo)體公司的STM32微控制器具有32位字長的CPU，使用精簡指令系統(tǒng)（RISC）。精簡指令系統(tǒng)的指令字長固定，譯碼方便，相對于復(fù)雜指令系統(tǒng)（CISC），精簡指令系統(tǒng)的處理效率更高。具有32位字長CPU的STM32系列微控制器的處理能力遠高于8位和16位單片機，同時集成了與32位CPU相適應(yīng)的強大外設(shè)（如雙通道ADC、多功能定時器、7通道DMA、SPI等），能夠完成過去一般單片機所無法達到控制功能?，F(xiàn)在，已經(jīng)形成了以8位單片機為主流的低端產(chǎn)品和以32位微控制器為主流的高端產(chǎn)品兩大市場。對于自動化領(lǐng)域的從業(yè)人員，了解32位微

2、控制器的結(jié)構(gòu)、特點，掌握其使用方法，是很有必要的。一、 關(guān)于學習方法此前，我們已經(jīng)學習過C語言程序設(shè)計、微機原理、單片機原理及應(yīng)用等相關(guān)課程。這些課程的學習是系統(tǒng)的、完整的、全面的，是有老師講授的。這種學習方法，適合在學校學習一些重要的基礎(chǔ)理論課程。在工作中，我們常常會遇到新的東西，需要以已有的知識作為基礎(chǔ)，去解決問題、完成任務(wù)。這就需要不同于前述的另一種學習方法。這種方法是建立在自學基礎(chǔ)上的，以解決實際問題為目的，允許通過局部的、模仿性的手段，來實現(xiàn)既定目標。這種方法在工程實踐中的應(yīng)用是非常普遍的?！鞍棕埡谪?，能抓住老鼠就是好貓”。能解決問題的方法就是好方法。本次實訓采取的方法是：將參考資料

3、發(fā)給同學，同學自學其中需要的部分。在指導(dǎo)教師引導(dǎo)下，體驗各個控制項目、理解各組成部分，再以原控制軟件為基礎(chǔ)進行修改和移植，獲得要達到的控制效果。在本次實訓中，我們使用的微控制器型號為STM32F103RB。STM32F103RB是STM32微控制器系列中的一種，內(nèi)部具有128KB程序存儲器、20KB隨機讀寫存儲器、1個16位高級定時器、3個16位通用定時器、2個SPI、2個I2C、3個USART、1個USB、1個CAN、2個ADC。芯片為64引腳LQFP封裝，有51個I/O引腳。開發(fā)環(huán)境使用Keil uVision4 MDK。它是我們學習51內(nèi)核單片機時使用的Keil uVision2和Kei

4、l uVision3提高版本，具有相同或相似的界面及使用方法。STM32微控制器的結(jié)構(gòu)與MCS51單片機是相似的，也是用讀寫寄存器來使用內(nèi)部的個部件。但是，STM32的規(guī)模龐大，遠非51內(nèi)核單片機可比。完成一個復(fù)雜的功能，可能需要操作多個寄存器的多個位，掌握其使用方法確有一定難度。為了解決這個問題，意法半導(dǎo)體公司提供了固件庫。有了固件庫，我們就可以調(diào)用函數(shù)來實現(xiàn)所需要的功能，這比通過操作寄存器實現(xiàn)就容易多了。二、 關(guān)于實訓環(huán)境實訓是在一套基于STM32微控制器的實驗裝置上進行的。裝置采用積木式結(jié)構(gòu)，由J-LINK（V8）仿真器、主板、最小系統(tǒng)板、12864液晶顯示屏、3.2”TFT彩色液晶觸摸

5、屏、顯示及鍵盤板、10M網(wǎng)絡(luò)接口板、USB/RS232轉(zhuǎn)接線等組成。下面對將要使用的硬件、軟件作簡要說明。1 微控制器：在本次實訓中，我們使用的微控制器型號為STM32F103RB。它是STM32微控制器系列中的一種，內(nèi)部具有128KB程序存儲器、20KB隨機讀寫存儲器、1個16位高級定時器、3個16位通用定時器、2個SPI、2個I2C、3個USART、1個USB、1個CAN、2個ADC。芯片為64引腳LQFP封裝，有51個I/O引腳。2 開發(fā)環(huán)境：使用Keil uVision4 MDK。它是我們學習51內(nèi)核單片機時使用的Keil uVision2和Keil uVision3提高版本，具有相同

6、或相似的界面及使用方法。3 J-LINK仿真器：仿真器連接計算機的一個USB口和STM32微控制器的幾個專用位，使得計算機可以對微控制器進行下載、調(diào)試。4 固件庫：STM32微控制器的結(jié)構(gòu)與MCS51單片機是相識的，也是提高讀寫寄存器來使用內(nèi)部的個部件。但是，STM32的規(guī)模龐大，遠非51內(nèi)核單片機可比。完成一個復(fù)雜的功能，可能需要操作多個寄存器的數(shù)個位，掌握其使用方法確有一定難度。為了解決這個問題，意法半導(dǎo)體公司提供了固件庫。有了固件庫，我們就可以調(diào)用函數(shù)來實現(xiàn)所需要的功能，這比通過操作寄存器實現(xiàn)就容易多了。三、 軟件及文檔說明發(fā)給大家的電子文檔中，匯集了多種資料和軟件，下面把最常用的一些作

7、分類介紹。1 入門資料：STM8 32選型手冊.pdf、STM32F10x常見應(yīng)用解析(2008年9月).pdf、STM32的優(yōu)越外設(shè)介紹 (2007年12月).pdf、STM32應(yīng)用中的常見問題.pdf、STM32硬件設(shè)計問題解答.pdf。以上文檔在“stm32資料常用資料”文件夾下。2 硬件資料：STM32中文參考手冊_V10.pdf。在“stm32資料常用資料”文件夾下。3 固件庫資料：STM32固件庫使用手冊的中文翻譯版.pdf、STM32固件庫v3.5變更指南.doc。中文手冊只到2.0版本為止，現(xiàn)在通用的是3.5版本的固件庫，所以參考變更指南。以上文檔在“stm32資料常用資料”文

8、件夾下。4 STM32F103RB芯片資料：STM32F103x8B_DS_CH_V10.pdf。在“STM32芯片數(shù)據(jù)手冊STM32中文數(shù)據(jù)手冊”5 實訓裝置資料：STM32實驗系統(tǒng).pdf。6配置STM32微控制器的系統(tǒng)時鐘以及使用嘀嗒時鐘（定時器）的資料：在“stm32資料stm32_時鐘及systick”文件夾下。7 介紹STM32微控制器的位帶操作的資料：在“stm32資料STM32_位帶”文件夾。8 介紹STM32微控制器的中斷系統(tǒng)的資料：在“stm32資料stm32_中斷”文件夾下。9 介紹STM32微控制器的中斷系統(tǒng)的資料：在“stm32資料STM32定時器”文件夾。10 ST

9、M32的V3.5.0固件庫環(huán)境及模板及例程：“STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0”文件夾。四、 實訓項目及日程第一天：任務(wù)：1）學習STM32微控制器資料，熟悉Keil MDK軟件和J-LINK仿真器的安裝與使用。學習LED燈控制軟件結(jié)構(gòu)，弄懂其SysTick延時的原理和使用方法，弄懂GPIO的輸出控制方法。2）修改SysTick延時時間和輸出控制方案，得到新的LED發(fā)光組合。范例工程：STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0物電學院ARM實驗室STM32F103Rx_實驗01 跑馬燈。導(dǎo)學：“STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.

10、5.0”文件夾集合了STM32的固件庫V3.5.0版。“物電學院ARM實驗室”和“物電學院uCOS實驗室”兩個文件夾中有多個應(yīng)用工程范例。其中“物電學院ARM實驗室STM32F10x_模板”，已進行了必要的部件初始化（主要是時鐘部分和對串口printf函數(shù)的支持），加入應(yīng)用程序后即可工作。時鐘部分的初始化設(shè)置為使用外部高速時鐘（8MHz）經(jīng)分頻獲得工作主頻（72MHz），供定時器27和窗口看門狗以及備份接口使用的時鐘頻率為36MHz，供定時器1、8和ADC以及GPIOAGPIOE等使用的時鐘頻率為72 MHz?！癝TM32F103Rx_實驗01 跑馬燈”中因為不需要使用串口，拿掉了“usart

11、.c”這個支持串口的文件?！癲elay.c”是用來使用嘀嗒時鐘實現(xiàn)延時的。在51內(nèi)核單片機中，短暫延時常用軟件循環(huán)實現(xiàn)。這種做法在匯編語言中很簡單，在C程序中就比較困難，因為不知道編譯后會生成什么機器碼、耗用多少時間。在STM32中這個問題就更突出。好在STM32中有一個嘀嗒時鐘，它原本是用于嵌入式系統(tǒng)軟件中提供基本時鐘的，在不使用嵌入式系統(tǒng)軟件時可以用來作短暫延時用。注意：這種延時方法同軟件延時一樣是占用CPU的，一般僅適用于短暫延時或任務(wù)很輕CPU富余量很大的場合?！發(fā)ed.c”是用于對驅(qū)動LED的端口進行初始化的。STM32集成了太多的外設(shè)，對于一個控制項目，可能很多外設(shè)是用不上的。為了

12、盡量降低功耗，所有外設(shè)的時鐘在復(fù)位后都是關(guān)閉的，這樣外設(shè)就不工作也不耗電。如果要使用某個外設(shè)，首先要打開它的時鐘，以及進行一些相關(guān)的初始化。對端口寫“0”或“1”，有4種方法可使用。第一種方法是使用庫函數(shù)GPIO_WriteBit既可寫“0”也可寫“1”，但速度最慢；第二種方法是使用庫函數(shù)GPIO_ResetBits和GPIO_SetBits可分別寫“0”或“1”，速度比較快；第三種方法是直接操作寄存器完成寫“0”或“1”，本質(zhì)上與第二種方法是相同的，但更直接，因而也更快一點；第四種方法是使用位帶操作，速度是最快的。以上操作速度的差別，在非連續(xù)操作時是很小的，可以忽略不計。delay.h和le

13、d.h分別是delay.c和led.c的頭文件。Keil uVision4 MDK界面中，用來將編譯后生成的目標代碼文件*.hex下載到STM32微控制器的FLASH中，可打開工程管理器。這兩個操作是原來的Keil uVision2和Keil uVision3中沒有的。第二天：任務(wù)：1）學習按鍵輸入（掃描方式）軟件結(jié)構(gòu)，理解以掃描方式管理按鍵的工作原理和特點。2）對按鍵的輸入響應(yīng)進行修改，獲得與原軟件不同的LED響應(yīng)效果。范例工程：STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0物電學院ARM實驗室STM32F103Rx_實驗02 按鍵輸入(掃描方式)。導(dǎo)學：這個工程中新加入了ke

14、y.c文件。在key.c中有2個函數(shù)。KEY_Init ()是對按鍵所在端口進行輸入初始化的，KEY_Scan ()是對按鍵進行掃描的。在KEY_Scan ()中為了舉例，輪流使用2種方法對按鍵所在端口進行判斷，分別是庫函數(shù)法和位帶法，實際使用任何一種均可。KEY_Scan ()的核心任務(wù)有：有鍵按下時能識別并返回該鍵編碼（03），無鍵按下返回0xff（即255）；能夠排除鍵按下和松開時的抖動，不致發(fā)生誤判；允許鍵較長時間按下，不致誤判為多次按鍵。為此，采取的措施有：發(fā)現(xiàn)有鍵按下后間隔20mS再判一次，若仍為按下才確認此狀態(tài)；只有在當前鍵狀態(tài)為鍵松開時，又有鍵按下才返回鍵按下編碼并進入鍵按下狀

15、態(tài)；確認4個鍵均松開后進入鍵松開狀態(tài)。使用KEY_Scan ()進行鍵掃描，最長可耗時數(shù)十毫秒。key.h是key.c的頭文件。第三天：任務(wù)：1）學習按鍵輸入（外部中斷方式）軟件結(jié)構(gòu)，與比掃描方式管理按鍵進行比對，理解以外部中斷方式識別按鍵狀態(tài)改變的優(yōu)勢。2）對按鍵的輸入響應(yīng)進行修改，獲得與原軟件不同的LED響應(yīng)效果。范例工程：STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0物電學院ARM實驗室STM32F103Rx_實驗03 按鍵輸入(外部中斷方式)。導(dǎo)學：使用鍵掃描的方法對鍵狀態(tài)進行識別，就需要不斷調(diào)用KEY_Scan ()，這會對當前的工作造成較大影響。如果我們希望在按鍵沒有

16、按下時，不會干擾當前的工作，而一旦有鍵按下又能夠馬上響應(yīng)，這就要用到中斷。文件exti.c中，函數(shù)EXTI_InitInit ()對I/O端口的中斷進行初始化，設(shè)置4個按鍵端口為上升沿和下降沿均產(chǎn)生中斷。KEY1_DownKEY4_Down和KEY1_UpKEY4_Up是標志4個上升沿和下降沿的全局變量。在4個中斷服務(wù)函數(shù)中，調(diào)用LevelDistinguish ()函數(shù)判斷當前中斷是上升沿還是下降沿，設(shè)置對應(yīng)的變量。在主函數(shù)main中判別變量，驅(qū)動LED。事實上，對LED的處理也可以放在中斷服務(wù)函數(shù)中處理，這樣就可以做到對主函數(shù)中的正常工作的極小干擾。在主函數(shù)中調(diào)用了庫函數(shù)NVIC_Prio

17、rityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2)，設(shè)置使用4級搶占優(yōu)先級和4級響應(yīng)優(yōu)先級。這兩種優(yōu)先級的區(qū)別是：搶占優(yōu)先級是可以嵌套的，即低搶占優(yōu)先級的中斷服務(wù)可以被高搶占優(yōu)先級的中斷請求打斷；響應(yīng)優(yōu)先級是不能嵌套的，高響應(yīng)優(yōu)先級的中斷請求不能打斷低響應(yīng)優(yōu)先級的中斷服務(wù)，但不同響應(yīng)優(yōu)先級的中斷源同時發(fā)出中斷請求時，CPU會先響應(yīng)高響應(yīng)優(yōu)先級中斷請求。在文件exti.c中，NVIC_Init(&NVIC_InitStructure) 庫函數(shù)設(shè)置搶占優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級均為0級。第四天：任務(wù)：1）學習串口+中斷軟件結(jié)構(gòu)，理解以字符串打印方式發(fā)送、中斷方式發(fā)送、中斷方

18、式接受的特點及使用方法。在軟件中添加LED驅(qū)動和按鍵掃描文件。2）修改程序以實現(xiàn)：按KEY1鍵用字符串打印方式發(fā)送一個“KEY1”；按KEY2鍵用中斷方式發(fā)送“KEY2”；接收到“KEY1ON”和“KEY1OFF”使LED1發(fā)光和熄滅；接收到“KEY2ON”和“KEY2OFF”使LED1發(fā)光和熄滅。范例工程：STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0物電學院ARM實驗室STM32F103Rx_實驗05 串口+中斷。導(dǎo)學：此工程由模板增補而成，在文件usart_int.c中的USART1_Init ()中使能了串口中斷。USART1_IRQHandler ()是串口中斷服務(wù)函數(shù)

19、。文件usart_int.c中定義了TxBuffer1255和RxBuffer1255分別為串口發(fā)送緩沖區(qū)和串口接收緩沖區(qū)，定義了TxCounter1和RxCounter1為串口發(fā)送計數(shù)器和串口接收計數(shù)器。在usart_int.h中，將上述變量聲明為外部變量。在主程序中，通過串口發(fā)送信息有兩種方法：調(diào)用printf函數(shù)；將待發(fā)送的ASC碼按順序逐一放入TxBuffer1中，再向TxCounter1存入待發(fā)送的字符數(shù)。第一種方法，其間CPU一直由printf函數(shù)占用，直到發(fā)送完畢才退出，但使用方便，功能強。第二種方法，在完成對TxBuffer1和TxCounter1的賦值后，對串口的發(fā)送操作是在

20、中斷服務(wù)函數(shù)中完成的，對CPU的占用極少。串口接收是由其他設(shè)備的串口發(fā)送引起的，接收到的信息放在RxBuffer1中，字符數(shù)放在RxCounter1中，當判斷RxCounter1>0且100mS未發(fā)生變化，即認為一次接收完成。串口通信的參數(shù)為：波特率9600、數(shù)據(jù)位8位、停止位1位、無奇偶校驗。通信的另一方應(yīng)按此設(shè)置。第五天：任務(wù)：1）學習定時器2定時中斷軟件結(jié)構(gòu)，理解定時器2定時中斷的使用方法。2）修改程序，使定時器2每5秒中斷一次，在中斷處理中對自動次數(shù)進行記錄并通過串口發(fā)送中斷次數(shù)。范例工程：STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0物電學院ARM實驗室STM32

21、F103Rx_實驗11 定時器2定時中斷。導(dǎo)學：使用定時器定時中斷，可以不干擾主程序的工作，在定時時間到來時進入定時中斷服務(wù)程序。文件timer.c中的定時器初始化函數(shù)TIM2_Init (u16 arr, u16 psc)中的arr是定時器的自動重裝值，psc是時鐘預(yù)分頻數(shù)（0是不分頻，1是2分頻，以此類推）。主函數(shù)中的TIM2_Init(5000, 7199)，即為時鐘預(yù)分頻數(shù)7200，自動重裝值5000，由于時鐘是72MHz，每0.5S發(fā)生一次中斷。改變arr和psc可以得到不同的中斷周期。文件timer.c中的TIM2_IRQHandler ()是定時器2的中斷服務(wù)函數(shù)，可在其中進行你

22、需要的操作，但必須保證在下一次中斷到來之前退出。第六天：任務(wù)：1）學習定時器3PWM輸出軟件結(jié)構(gòu)，理解用定時器3產(chǎn)生PWM的方法，達到改變PWM的頻率和占空比的目的。2）修改程序，在軟件中添加按鍵中斷文件，用KEY1和KEY2控制LED1的亮度，即每按KEY1和KEY2一次分別使輸出到LED1的PWM占空比增加和減少20。范例工程：STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0物電學院ARM實驗室STM32F103Rx_實驗12 定時器3PWM輸出。導(dǎo)學：文件timer_pwm.c中的TIM3PWM_Init (u16 arr, u16 psc)函數(shù)設(shè)定TIM3工作在PWM狀態(tài)。

23、Arr和psc的作用與上一范例相同。定時器TIM3工作在向下計數(shù)方式，重裝值為900。使用庫函數(shù)TIM_SetCompare1(TIM3, ii)TIM_SetCompare4(TIM3, ii)可設(shè)定PWM比較值，這個值應(yīng)在0900之間。定時器TIM3的計數(shù)器值>PWM比較值時對應(yīng)引腳輸出低電平，否則輸出高電平。這樣，當PWM比較值大時引腳輸出的低電平占比也比較大，LED亮度也就比較高。如果將TIM3的計數(shù)方式修改為向下計數(shù)，結(jié)果則相反。改變arr可以改變pwm的精度，改變psc可以改變pwm的頻率。第七天：任務(wù)：1）學習DS18B20測溫軟件結(jié)構(gòu)，理解數(shù)字溫度傳感器DS18B20與STM32微控制器的硬件接口和軟件驅(qū)動方法。2）在軟件中加入LED驅(qū)動文件，修改程序，實現(xiàn)若溫度高于設(shè)定的上限則LED1亮，低于設(shè)定的下限則LED4亮，在上限和下限之間則LED2和LED3交替發(fā)光。范例工程：STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0物電學院ARM實驗室STM32F103Rx_實驗17 D