嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報告

嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報告學(xué)院：計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程姓名：學(xué)號：______________專業(yè)：指導(dǎo)老師：完成日期：實(shí)驗(yàn)一：流水燈案例、8位數(shù)碼管動態(tài)掃描案例實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1進(jìn)一步熟悉KeilC51集成開發(fā)環(huán)境調(diào)試功能的使用；1.2學(xué)會自己編寫程序，進(jìn)行編譯和仿真測試；1.3利用開發(fā)板下載hex文件后驗(yàn)證功能。二、實(shí)驗(yàn)原理2.1：實(shí)驗(yàn)原理圖

2.2：工作原理2.2.1：流水燈電路中有LO,1,L2,L3,4,L5,L6,L7共八個發(fā)光二極管，當(dāng)引腳LED_SEL輸入為1,對于A、B、C、D、E、F、G、H引腳，只要輸入為1,則點(diǎn)亮相連接的發(fā)光二極管。A~H引腳連接STM32F108VB芯片的PE8~PE15，程序初始化時，對其進(jìn)行初始設(shè)置。引腳LED_SEL為1時，發(fā)光二極管才工作，否則右邊的數(shù)碼管工作。注意，LEDSEL連接于PB3，該引腳具有復(fù)用功能，在默認(rèn)狀態(tài)下，該引腳的I0不可用，需對AFIO_MAPR寄存器進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置其為10可用。2.2.2：8位數(shù)碼管數(shù)碼管中的A~G、DP段分別連接到電路圖中的A~G、H線上，當(dāng)某段上有一-定的電壓差值時，便會點(diǎn)亮該段。當(dāng)E3輸入為1，也就是LED_

SEL輸入為0時，根據(jù)SELO~SEL2的值確定選中的數(shù)碼管，即位選，再根據(jù)A~H引腳的高低電平，點(diǎn)亮對應(yīng)段，即段選。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果3.1：流水燈對于給出的流水燈案例，下載HEX文件后，在開發(fā)板上可觀察到L0-L7從左至右依次點(diǎn)亮，間隔300ms。當(dāng)全部點(diǎn)亮八個發(fā)光二極管后，八個發(fā)光二極管同時熄滅，間隔300ms后，發(fā)光二極管再次從左至右依次點(diǎn)亮。如此反復(fù)循壞。3.2：8位數(shù)碼管對于給出的8位數(shù)碼管動態(tài)掃描案例，下載后，在開發(fā)板上可觀察到8個數(shù)碼管從左至右依次顯示對應(yīng)的數(shù)字，且每一個數(shù)碼顯示的數(shù)字在1-9之間循環(huán)?？梢酝ㄟ^加快掃描頻率，使得八位數(shù)碼管在人眼看上去是同時顯示。在后續(xù)的案例中可以看到該現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)分析4.1：流水燈該題是后續(xù)做題的基礎(chǔ)，通過對代碼的分析，以及借助實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書對實(shí)驗(yàn)過程有了大致了解。4.2：8位數(shù)碼管在流水燈的基礎(chǔ)上，首先只需要將LED_SEL=0修改為LED_SEL=1，便可選中二極管，此時8個二極管從左往右依次顯示數(shù)字，且每一個數(shù)字在0-9之間循環(huán)。應(yīng)老師要求，將8個二極管顯示出1-181-07（班級學(xué)號），在main.c中直接調(diào)用led.c中的voidSetLed(u8w,u8value)函數(shù)，再加修改即可。實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過本次實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步熟悉KeilC51集成開發(fā)環(huán)境調(diào)試功能的使用，了解了數(shù)碼管硬件原理，根據(jù)數(shù)碼管連接原理圖，設(shè)計(jì)八段數(shù)碼管顯示程序，在開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)可觀察到8個數(shù)碼管從左至右依次顯示對應(yīng)的學(xué)號。實(shí)驗(yàn)二：外部中斷_鍵盤、按鍵計(jì)數(shù)案例、串口1與pc機(jī)通信案例一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1、了解鍵盤掃描方式，有效的控制鍵盤；1.2、為使CPU正確讀出端口的狀態(tài)，須掌握去除抖動的方法；1.3、了解異步收發(fā)傳輸器的工作原理；1.4、進(jìn)行串口程序設(shè)計(jì)，完成實(shí)驗(yàn)要求；二、實(shí)驗(yàn)原理2.1、外部中斷&按鍵計(jì)數(shù)實(shí)驗(yàn)原理圖2.2、外部中斷&按鍵計(jì)數(shù)工作原理K1、K2、K3按下去，引腳KEY1、KEY2輸出低電平。在K1或K2或K3按下后要對其進(jìn)行消抖的工作，在定時器中斷中判斷按鍵的狀態(tài)，為低電平，計(jì)數(shù)加1,連續(xù)60次計(jì)數(shù)，超過2/3，則證明按鍵已經(jīng)按下，通過兩個變量分別保存按鍵的當(dāng)前狀態(tài)與上一個狀態(tài)來判斷是.上升沿、下降沿、低電平、高電平的觸發(fā)方式。2.3、串口通信原理圖2.4、串口通信工作原理USB轉(zhuǎn)串口模塊，對應(yīng)使用RXD線接收數(shù)據(jù)，用TXD發(fā)送數(shù)據(jù)。每個串口由2個數(shù)據(jù)緩沖器(相互獨(dú)立1收1發(fā))一個移位寄存器(

-字節(jié)數(shù)據(jù)一位-

~位發(fā)送出去)一個串行控制器和一個波特率發(fā)生器(這個比較重要，結(jié)合相關(guān)的定時器)組成。對應(yīng)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)完成(RI、TI硬件置1)都會觸發(fā)串口中斷，但是無法確定是哪個觸發(fā)的，所以在串口中斷中我們要判斷是接收數(shù)據(jù)產(chǎn)生的中斷還是發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生的中斷，對于發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生的中斷，我們要軟件將TI清0,并將數(shù)據(jù)就緒標(biāo)志清0，允許下一字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送，發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)中通過while循環(huán)，等待發(fā)送數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒，完了將就緒的數(shù)據(jù)復(fù)制給SBUF;對于接收數(shù)據(jù)產(chǎn)生的中斷，我們要軟件將RI清0,并從SBUF中讀取數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果3.1、外部中斷(1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是，按鍵一次就會跳過幾個燈，也就是說按鍵一次并不是向后移一位而是好幾位，這是因?yàn)榘存I沒有去抖動，所以會進(jìn)入多次中斷導(dǎo)致。(2)按鍵-次，燈就向下移一位，這是通過軟件去抖動之后，按鍵按下后延時一段時間，再來判斷中斷有沒有打開，所以按鍵一-次只進(jìn)入一次中斷。(3)按鍵-次，燈就向下移一位，雖然沒有用按鍵去抖動，但是這個鍵在硬件上已經(jīng)去抖，所以按鍵一次也是只進(jìn)入一次中斷程序，所以會有這種現(xiàn)象。(4)由于是電平觸發(fā)，所以在按下按鍵的時候，會有好多燈一起亮，比如低電平，在低電平這段時間里，會不斷地請求中斷，所以就會進(jìn)入很多次中斷，在加上請求中斷的速度快和LED燈有一定的的余暉，所以肉眼看起來就好像燈全是亮的。3.2、按鍵計(jì)數(shù)本實(shí)驗(yàn)涉及K1、K2兩個按鍵。③下載程序后，數(shù)碼管左邊三位點(diǎn)亮，為000;③當(dāng)K1每按一次，則顯示的三位十進(jìn)制值加1，當(dāng)加到999時，再按一次，值變?yōu)?00;③當(dāng)K2每按下一次，顯示的值減1，當(dāng)減到000時，再按一次，則值變?yōu)?99。3.3、串口通信本實(shí)驗(yàn)在上位機(jī)上需使用串口助手連接，可使用STC-ISP作為串口助手(也可使用其它的串口助手；下載程序后，數(shù)碼管左邊三位代表十進(jìn)制數(shù)。K1:控制數(shù)據(jù)發(fā)送;

K2:數(shù)據(jù)減1:

K3:數(shù)據(jù)加1。上位機(jī)使用串口助手接受，波特率設(shè)置為115200，使用文本格式接受。K1發(fā)送數(shù)據(jù)006后，串口助手顯示“您發(fā)送的數(shù)據(jù)為:6”。上位機(jī)發(fā)送HEX數(shù)據(jù)4，則開發(fā)板上最左端的三位顯示004。四、實(shí)驗(yàn)分析4.1、外部中斷邊沿觸發(fā)方式外部中斷電路的最大優(yōu)點(diǎn)在于不會丟失中斷。只要中斷請求負(fù)跳變的寬度大于1個機(jī)器周期，單片機(jī)就能夠采樣到中斷請求信號，單片機(jī)將采樣到的信號存到中斷請求標(biāo)志寄存器中。4.2、按鍵計(jì)數(shù)利用中斷的思想進(jìn)行按鍵的加減，中斷相對于內(nèi)部掩飾，具有反應(yīng)靈敏，易操作的特點(diǎn)。4.3、串口通信本次實(shí)驗(yàn)中解決了如何判斷數(shù)據(jù)是發(fā)送還是接收的問題和如何判斷數(shù)據(jù)是否發(fā)送或接受完畢的問題，通過實(shí)驗(yàn)中的討論和研究書上關(guān)于串行口的內(nèi)容，我們通過中斷標(biāo)志位和循環(huán)很好的解決了這個問題。這個實(shí)驗(yàn)讓我認(rèn)識到單片機(jī)中中斷的巨大作用，它不僅可以省去很多繁瑣的設(shè)計(jì)步驟,還可以幫助我們解決許多設(shè)計(jì)上的問題。另外，我覺得這是一次較為綜合性的實(shí)驗(yàn)，按鍵,消抖，數(shù)碼管顯示，定時，串行口中斷，串行口數(shù)據(jù)的收發(fā)這些內(nèi)容都在本次實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)出來了，也算是讓我們進(jìn)行了一個小復(fù)習(xí)，讓我們站在一個更高的平臺上去編寫程序。五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過這些實(shí)驗(yàn)，我們了解了鍵盤掃描方式有交叉掃描和直接掃描兩種方式，同時也了解到嵌入式系統(tǒng)一般采用軟件延時去除抖動。對串行接口程序設(shè)計(jì)有了更加深入的了解，明白了既作為發(fā)送器，也作為接收器的異步收發(fā)傳輸器的工作原理及字符意義。在整個實(shí)驗(yàn)過程中，與同學(xué)及時交流，解決疑惑，順利完成了該項(xiàng)試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)三：ADC實(shí)驗(yàn)、定時器和看門狗實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1學(xué)習(xí)ADC模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的使用。1.2學(xué)習(xí)ADC應(yīng)用。1.3了解STM32的定時器1.4了解STM32的看門狗計(jì)時器。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.1溫度與光照測量2.2ADC雙通道測量電壓2.3定時器數(shù)字鐘實(shí)現(xiàn)，采用定時器中斷計(jì)時。2.4獨(dú)立看門狗實(shí)驗(yàn)。2.5窗口看門狗實(shí)驗(yàn)。2.6定時器中斷實(shí)驗(yàn)。三、實(shí)驗(yàn)原理3.1溫度與光照測量實(shí)驗(yàn)原理圖3.2工作原理熱敏電阻隨溫度呈線性變化，光敏電阻電流隨光強(qiáng)線性變化。通過AD(STM32的AD值為12位)采集光敏電阻和熱敏電阻的輸出值，輸出對應(yīng)的AD值，光照值直接為AD值，而采集的溫度AD值，通過公式計(jì)算或查表可得。具體公式請參照程序中的GetTemperature()函數(shù)。3.3ADC雙通道實(shí)驗(yàn)原理圖3.4工作原理根據(jù)PA0和PA1輸入的電壓，可轉(zhuǎn)化成不同的AD值，通過獲取寄存器中的AD值，再將其轉(zhuǎn)變成電壓值。開發(fā)板采用的3.3V的外部參考電壓。3.5實(shí)驗(yàn)原理圖3.6工作原理STM32的定時器功能十分強(qiáng)大，有TIME1和TIMe8等高級定時器，也有TIME2~TIME5等通用定時器，還有TIME6和TIME7等基本定時器。STM32內(nèi)部還自帶了兩個看門狗定時器：獨(dú)立看門狗（IWDG）和窗口看門狗（WWDG）。通過這些定時器可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)的功能?？撮T狗定時器是嵌入式的一個重要組成部分，它實(shí)際上是一個計(jì)數(shù)器。一般給看門狗一個數(shù)字，程序開始運(yùn)行后看門狗開始倒計(jì)數(shù)。如果程序運(yùn)行正常，過一段時間CPU應(yīng)發(fā)出指令讓看門狗復(fù)位，重新開始倒計(jì)數(shù)。如果看門狗計(jì)數(shù)器倒數(shù)到0就認(rèn)為程序沒有正常工作，而強(qiáng)制復(fù)位系統(tǒng)。因此看門狗定時器對嵌入式系統(tǒng)提供了獨(dú)立的保護(hù)功能，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，在可控的時鐘周期內(nèi)，看門狗將系統(tǒng)復(fù)位或?qū)⑾到y(tǒng)從休眠中喚醒。窗口看門狗通常用來監(jiān)測由外部干擾或不可預(yù)見的邏輯條件造成的應(yīng)用程序背離正常運(yùn)行序列而產(chǎn)生的軟件故障。除非遞減計(jì)數(shù)器的值在T6位變成0前被刷新，看門狗電路在達(dá)到預(yù)置的時間周期時，會產(chǎn)生一個MCU復(fù)位。在遞減計(jì)數(shù)器達(dá)到窗口配置寄存器數(shù)值之前，如果7位的遞減計(jì)數(shù)器數(shù)值（在控制寄存器中）被刷新，那么也將產(chǎn)生一個MCU復(fù)位。這表面遞減計(jì)數(shù)器需要在一個有限的時間窗口中被刷新。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果4.1溫度與光照測量程序下載到開發(fā)板，并運(yùn)行后，可以觀察到數(shù)碼管的左邊三位和右邊四位點(diǎn)亮。左邊三位形成的十進(jìn)制值為溫度值，精確到小數(shù)點(diǎn)后1位。通過改變Rt器件接觸到的溫度，可觀察到不同的溫度(可用手接觸Rt器件，也可對其吹氣等等方式);右邊四位形成的+進(jìn)制為光照值，直接使用AD值表示。通過遮擋或增強(qiáng)ROP的光照可觀察到AD值的變換。4.2ADC雙通道測量電壓程序下載到開發(fā)板，并運(yùn)行后，可以觀察到數(shù)碼管的左邊三位和右邊三位點(diǎn)亮。并顯示有精確到小數(shù)點(diǎn)后2位的數(shù)值。當(dāng)PAO或PA1槽沒有任何接入時，不同的開發(fā)板可能顯示的值有所不同，但對電壓的測量沒有影響。先取一個電壓值小于3.3V的電池，將電池的負(fù)極接EXT的GND槽，電池的正極接EXT的PAO槽或PA1槽，根據(jù)正極接入不同的插槽，是的電壓值顯示的位置不同。左邊三位形成的十進(jìn)制值為PAO槽測到的電壓值，精確到小數(shù)點(diǎn)后2位。右邊三位形成的十進(jìn)制值為PA1槽測到的電壓值，精確到小數(shù)點(diǎn)后2位。4.3定時器設(shè)置①TIM3時鐘使能。②設(shè)置TIM3_ARR和TIM3_PSC的值。③設(shè)置TIM3_DIER允許更新中斷。④允許TIM3工作。⑤TIM3中斷分組設(shè)置。⑥編寫中斷服務(wù)函數(shù)。4.4獨(dú)立看門狗設(shè)置①向鍵值寄存器(IWDG_KR)寫入0x5555，取消IWDG_PR和IWDG_RLR的寫保護(hù)。②向IWDG_KR寫入0xAAAAA，使STM32重新加載IWDG_RLR的值到看門狗計(jì)數(shù)器里面，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立看門狗的喂狗操作。③向IWDG_KR寫入0xCCCCC來啟動STM32的看門狗。4.5窗口看門狗設(shè)置①使能WWDG時鐘。②設(shè)置WWDG_CFR和WWDG_CR兩個寄存器。③開啟WWDG中斷并分組。④編寫中斷服務(wù)函數(shù)。實(shí)驗(yàn)分析ADC測電壓：使用STM32內(nèi)部溫度傳感器，首先設(shè)置內(nèi)部ADC，并激活內(nèi)部通道，通過ADC_CR1的AWDEN位（bit23）設(shè)置，設(shè)置該位為1，則啟用內(nèi)部溫度傳感器。STM32的內(nèi)部溫度傳感器固定連接在ADC的通道16上，所以，設(shè)置好ADC之后只要讀取通道16的值，就是溫度傳感器返回來的電壓值。獨(dú)立看門狗：在鍵值寄存器(IWDG_KR)中寫入0Xcccc，啟用獨(dú)立看門狗，此時計(jì)時器開始從其復(fù)位值0Xfff遞減計(jì)數(shù)。串口看門狗：除非遞減計(jì)數(shù)器的值在T6位（WWDG-》CR的第六位）變成0前被刷新，看門狗電路在達(dá)到預(yù)置的時間周期時，會產(chǎn)生一個MCU復(fù)位。在遞減計(jì)數(shù)器達(dá)到窗口配置寄存器（WWDG-》CFR）數(shù)值之前，如果7位的遞減計(jì)數(shù)器數(shù)值（在控制寄存器中）被刷新，那么也將產(chǎn)生一個MCU復(fù)位。這表明遞減計(jì)數(shù)器需要在一個有限的時間窗口中被刷新。定時器中斷：通用定時器是一個通過可編程預(yù)分頻器驅(qū)動的16位自動裝載計(jì)數(shù)器構(gòu)成。適用于多種場合，包括定時中斷、測量輸入信號的脈沖長度(輸入捕獲)或者產(chǎn)生輸出波形(輸出比較和PWM)。每個定時器都是完全獨(dú)立的，沒有互相共享任何資源，可以一起同步操作。實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過本次實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步了解了ADC模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理，以及利用ADC進(jìn)行電壓溫度等測量。通過本次實(shí)驗(yàn)stm32的幾種通用定時器、基本定時器、高級定時器和看門狗定時器在嵌入式系統(tǒng)中的重要作用。其中的看門狗定時器能夠?qū)η度胧较到y(tǒng)提供獨(dú)立的保護(hù)功能，能夠在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，在可控的時鐘周期內(nèi)，看門狗將系統(tǒng)復(fù)位或?qū)⑾到y(tǒng)從休眠中喚醒。實(shí)驗(yàn)四：μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1了解μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)的基本功能。1.2了解μC/OS-Ⅱ內(nèi)核結(jié)構(gòu)。1.3學(xué)習(xí)μC/OS-Ⅱ在Cortex-M3上的移植。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.STM32平臺μC/OS-Ⅱ移植。三、實(shí)驗(yàn)原理μC/OS-Ⅱ?qū)嶋H上是一個實(shí)時操作系統(tǒng)內(nèi)核，它只包含了任務(wù)調(diào)度、任務(wù)管理、時間管理、內(nèi)存管理和任務(wù)間的通信與同步等基本功能。而沒有提供輸人輸出管理、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)之類的額外服務(wù)。但是,由于μC/OS-Ⅱ的可移植性和開源性,用戶可以自己添加所需的各種服務(wù)。μC/OS-Ⅱ包含全部功能的核心部分代碼只占用8.3KB,而且由于μC/OS-Ⅱ是可裁剪的.所以用戶系統(tǒng)中實(shí)際的代碼最少可達(dá)2.7KB,可謂短小精悍。目前，已經(jīng)出現(xiàn)了第三方為yC/OS-II開發(fā)的文件系統(tǒng)、TCP/IP協(xié)議棧用戶顯示接口等。μC/OS-Ⅱ內(nèi)核結(jié)構(gòu)：臨界段、任務(wù)、任務(wù)狀態(tài)、任務(wù)控制快、任務(wù)調(diào)度、空閑任務(wù)。μC/OS-Ⅱ的時間管理：任務(wù)延時函數(shù)(OSTimeDly())、按時分秒延時函數(shù)(OSTimeDlyHMSM())、讓處在延時期的任務(wù)結(jié)束延時(OSTimeDlyResume())、系統(tǒng)時間(OSTimeGet()和OSTimeSet())。μC/OS-Ⅱ任務(wù)之間的通信：事件控制塊ECB，信號量，郵箱，消息隊(duì)列。μC/OS-Ⅱ的內(nèi)存管理：通過內(nèi)存控制塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來跟蹤每一個內(nèi)存分區(qū)，系統(tǒng)中的每個內(nèi)存分區(qū)都有它自己的內(nèi)存控制塊。μC/OS-Ⅱ的中斷處理：μC/OS中，中斷服務(wù)子程序要使用匯編