《基于構(gòu)件化的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 課件 項(xiàng)目4-8 利用UART實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的通信- 利用CAN實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可移植和可復(fù)用，嵌入式硬件和嵌入式軟件均采用構(gòu)件化的設(shè)計(jì)思想，即對嵌入式硬件和嵌入式軟件進(jìn)行封裝，供系統(tǒng)設(shè)計(jì)者調(diào)用，并倡導(dǎo)嵌入式軟件分層設(shè)計(jì)的理念，以大幅度降低嵌入式技術(shù)學(xué)習(xí)難度和開發(fā)難度。

本書特色：項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)，突出學(xué)以致用，注重實(shí)踐創(chuàng)新。每個(gè)項(xiàng)目且均采用了“通用知識(shí)”→“嵌入式構(gòu)件設(shè)計(jì)”→“應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)”→“學(xué)以致用與創(chuàng)新”的學(xué)習(xí)流程。采用“搭積木”的思想，逐步提高嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。

本書可作為高等學(xué)校電子信息類、計(jì)算機(jī)類、自動(dòng)化類等專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)教材，也可作為嵌入式技術(shù)培訓(xùn)教材，還可供從事嵌入式技術(shù)開發(fā)的工程技術(shù)人員參考。項(xiàng)目1：GPIO基礎(chǔ)應(yīng)用—實(shí)現(xiàn)閃燈和開關(guān)狀態(tài)檢測與控制功能項(xiàng)目2：利用定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈項(xiàng)目3：GPIO和定時(shí)器的綜合應(yīng)用—實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示、鍵盤測控、測溫功能項(xiàng)目4：利用UART實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的通信項(xiàng)目5：利用

Timer

實(shí)現(xiàn)PWM和輸入捕獲功能項(xiàng)目6：利用

ADC

設(shè)計(jì)簡易數(shù)字電壓表項(xiàng)目7：利用

SPI

實(shí)現(xiàn)多機(jī)串行通信項(xiàng)目8：利用

CAN

實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信教

材

內(nèi)

容

項(xiàng)目4利用UART實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的通信【項(xiàng)目導(dǎo)讀】

為了實(shí)現(xiàn)上位機(jī)PC和下位機(jī)MCU之間的通信，可采用UART、USB、Ethernet等多種通信方式，其中UART是最簡單的一種通信方式，也是學(xué)習(xí)其他通信方式的基礎(chǔ)?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】（1）理解UART的通用知識(shí)，包括UART硬件、UART通信的數(shù)據(jù)幀格式、數(shù)據(jù)通信的波特率和串行通信的傳輸方式等。（2）熟悉MCU的UART主要特性和引腳，掌握MCU的UART底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的使用方法。（3）能夠利用MCU的UART底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件頭文件進(jìn)行PC和MCU的串口通信應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)與測試。（4）掌握通過UART實(shí)現(xiàn)利用格式化輸出函數(shù)（printf）向PC輸出數(shù)據(jù)的方法，為今后在嵌入式軟件設(shè)計(jì)中使用printf調(diào)試奠定基礎(chǔ)。*（5）熟悉MCU的UART底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件源文件的設(shè)計(jì)方法。項(xiàng)目4利用UART實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的通信任務(wù)4.1理解UART的通用知識(shí)

UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter，通用異步收發(fā)器）可實(shí)現(xiàn)異步串行通信功能。有時(shí)還將UART稱為SCI（SerialCommunicationInterface，串行通信接口），簡稱串口。1、UART硬件

MCU的UART通信一般只需3根線：發(fā)送線TxD、接收線RxD和地線GND。

MCU可通過TTL-USB轉(zhuǎn)換器連接到PC的USB接口，在PC上安裝相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)軟件，就可實(shí)現(xiàn)MCU與PC之間的串口通信。2、UART通信的數(shù)據(jù)幀格式

UART通信的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)以字節(jié)為單位，按位的順序（如最低位優(yōu)先）從一條傳輸線上發(fā)送出去。

（1）發(fā)送1位起始位——邏輯“0”，用于通知接收方通信同步。

（2）依次發(fā)送8位數(shù)據(jù)D0～D7（低位在前、高位在后）。

（3）發(fā)送1位奇偶校驗(yàn)位（可選），便于接收方檢測數(shù)據(jù)發(fā)送是否正確。

（4）發(fā)送1～2位停止位——邏輯“1”，用于通知接收方該幀數(shù)據(jù)已發(fā)送完成。

若發(fā)送方無數(shù)據(jù)發(fā)送，則通信線路上保持空閑狀態(tài)——邏輯“1”。若發(fā)送方發(fā)送下一個(gè)UART數(shù)據(jù)幀，則要重新發(fā)送起始位，然后發(fā)送一字節(jié)的新數(shù)據(jù)。任務(wù)4.1理解UART的通用知識(shí)3、數(shù)據(jù)通信的波特率

波特率：每秒鐘傳輸二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，單位是bit/s。波特率越高，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣染驮娇?。只有通信雙方的波特率相同時(shí)才可以正常通信。

串口通信常用的波特率：1200、1800、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200等（bit/s）。4、串行通信的傳輸方式

（3）半雙工通信：通信雙方雙向傳輸信息，但在任何時(shí)刻，只能由一方發(fā)送數(shù)據(jù)，另一方接收數(shù)據(jù)，不能同時(shí)收發(fā)。如，對講機(jī)通信。

（2）全雙工通信：通信雙方雙向傳輸信息，且可以同時(shí)發(fā)送和接收。如，手機(jī)通信。一般情況下，MCU的UART通信接口均是全雙工的。

（1）單工通信：通信的發(fā)送方與接收方，單向傳輸信息。如，無線電廣播、有線電視廣播。

任務(wù)4.1理解UART的通用知識(shí)5、MCU的UART內(nèi)部結(jié)構(gòu)及編程模型將8位串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為1字節(jié)的并行數(shù)據(jù)用于存放接收的數(shù)據(jù)將1字節(jié)的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為8位串行數(shù)據(jù)用于存放待發(fā)送的數(shù)據(jù)用于判斷是否接收到數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)是否發(fā)送完成等用于設(shè)置數(shù)據(jù)幀格式（8位或9位數(shù)據(jù)）、是否校驗(yàn)、是否允許中斷等用于設(shè)置UART通信波特率任務(wù)4.1理解UART的通用知識(shí)【知識(shí)鞏固】

（1）MCU的UART通信一般需要幾根線？分別是什么？

（2）畫出UART通信的數(shù)據(jù)幀格式示意圖。

（3）串行通信速率是否越高越好？

（4）串行通信有哪些傳輸方式？任務(wù)4.2掌握MCU的UART底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件使用方法4.2.1MCU的UART主要特性和引腳

STM32F103C8T6中有

3個(gè)

USART模塊：USART1、USART2和USART3。既支持全雙工通信，也支持同步單向通信和半雙工單線通信。利用分?jǐn)?shù)波特率發(fā)生器提供寬范圍的波特率選擇，波特率最高可達(dá)4.5Mbit/s。

UART發(fā)送數(shù)據(jù)引腳為UART_TX，接收數(shù)據(jù)引腳為UART_RX。UART1使用的引腳，見

uart.h中的宏定義任務(wù)4.2掌握MCU的UART底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件使用方法4.2.2MCU的UART底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的組成及使用方法

UART具有初始化、發(fā)送和接收三種基本操作。其中，UART發(fā)送是主動(dòng)任務(wù)，不必采用中斷方式；而UART接收是被動(dòng)任務(wù)，為了確保及時(shí)接收到對方發(fā)送來的每幀數(shù)據(jù)，一般采用中斷方式。

UART底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件由uart.h頭文件和uart.c源文件組成，若要使用UART底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，只需將這兩個(gè)文件添加到所建工程的04_Driver（MCU底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件）文件夾中，即可實(shí)現(xiàn)對UART的操作。見工程文件：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx

其中，uart.h頭文件主要包括相關(guān)頭文件的包含、一些必要的宏定義、對外接口函數(shù)的聲明，而uart.c源文件則是對外接口函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)，初學(xué)者不必深究。

用戶只要熟悉uart.h頭文件的內(nèi)容，即可使用UART底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件進(jìn)行編程。任務(wù)4.2掌握MCU的UART底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件使用方法4.2.2MCU的UART底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的組成及使用方法【學(xué)以致用】

根據(jù)uart.h頭文件，寫出實(shí)現(xiàn)下列功能的函數(shù)調(diào)用語句。

（1）初始化UART1，波特率為9600bit/s。

（2）通過UART1發(fā)送1個(gè)字符'A'。

（3）通過UART1發(fā)送保存在數(shù)組str中的字符串"ABCDEFG"。

（4）使能UART1接收中斷。

（5）通過UART1接收1個(gè)字符，將其保存至變量re_data中，并將接收標(biāo)志保存至變量re_flag中。任務(wù)4.3UART通信應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)與功能測試4.3.1UART通信的應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)

在嵌入式軟件最小系統(tǒng)框架下，設(shè)計(jì)07_Source（應(yīng)用層軟件構(gòu)件）的文件，以實(shí)現(xiàn)：上位機(jī)PC

與

下位機(jī)MCU之間的串口通信。1）工程總頭文件includes.h：包含04、05、06文件夾中的頭文件2）主程序源文件main.c：

定義字符數(shù)組（存放待發(fā)送的字符型數(shù)據(jù)）；

初始化；使能UART接收中斷；

在主循環(huán)中，MCU通過UART使用發(fā)送函數(shù)向PC發(fā)送數(shù)據(jù)在工程文件中分析代碼并編程：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx【思路總結(jié)】請畫出上述程序的設(shè)計(jì)和執(zhí)行流程圖。3）中斷服務(wù)程序源文件isr.c：在UART接收中斷服務(wù)程序中，MCU使用UART接收函數(shù)

接收PC發(fā)來的數(shù)據(jù)，并向PC回送接收到的字符任務(wù)4.3UART通信應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)與功能測試4.3.2UART通信的測試方法

（1）將USB-TTL轉(zhuǎn)換器TTL端的RX、TX、GND端子分別與MCU的TX、RX、GND引腳（參照uart.h中的引腳宏定義）相連接，將USB-TTL轉(zhuǎn)換器的USB端與PC的USB接口連接；

（2）打開PC串口調(diào)試軟件，打開串口，并且設(shè)置與MCU的UART相同的波特率；

（3）運(yùn)行MCU程序，通過PC串口調(diào)試窗口查看MCU發(fā)送給PC的信息；

（4）在PC串口調(diào)試窗口中寫入字符或字符串并發(fā)送給MCU，在串口調(diào)試窗口中查看是否有MCU回送到PC的信息；

（5）調(diào)試結(jié)束后，先在PC串口調(diào)試軟件中關(guān)閉串口，然后將USB-TTL轉(zhuǎn)換器從PC的USB接口斷開。任務(wù)4.3UART通信應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)與功能測試【學(xué)以致用與創(chuàng)新】

當(dāng)通過PC串口調(diào)試窗口向MCU發(fā)送不同的字符時(shí)，可改變項(xiàng)目1中不同小燈的狀態(tài)。任務(wù)4.3UART通信應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)與功能測試4.3.3使用printf函數(shù)輸出數(shù)據(jù)1、通過UART使用

printf

函數(shù)的方法

使用printf函數(shù)時(shí)，需要將printf軟件構(gòu)件對應(yīng)的printf.h頭文件和printf.c源文件添加到所建工程的06_Soft（通用軟件構(gòu)件）文件夾中。

在printf.h頭文件中，添加了以下兩條預(yù)處理命令：

2、printf函數(shù)的調(diào)用形式：printf(格式控制字符串,輸出列表)（1）格式控制字符串：由雙撇號(hào)括起來的一個(gè)字符串，它包含兩種信息。

①由%開頭的格式符，用于指定數(shù)據(jù)的輸出格式。例如，%d：以十進(jìn)制形式輸出帶符號(hào)整數(shù)；%c：輸出單個(gè)字符；%x：以十六進(jìn)制形式輸出無符號(hào)整數(shù)；%s：輸出字符串；%f：以小數(shù)形式輸出實(shí)數(shù)；%e：以指數(shù)形式輸出實(shí)數(shù)。②原樣輸出的字符，在顯示中起提示作用。（2）輸出列表：是需要輸出的一些數(shù)據(jù)，可以是常量、變量或表達(dá)式。

多個(gè)數(shù)據(jù)之間要用逗號(hào)隔開。

任務(wù)4.3UART通信應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)與功能測試4.3.3使用printf函數(shù)輸出數(shù)據(jù)3、通過UART使用printf函數(shù)輸出數(shù)據(jù)的應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)1）工程總頭文件includes.h：包含04、05、06文件夾中的頭文件2）主程序源文件main.c：

定義局部變量（存放待發(fā)送的數(shù)據(jù)）；

初始化；MCU通過UART使用printf函數(shù)向PC發(fā)送數(shù)據(jù)在工程文件中分析代碼并編程：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx【學(xué)以致用與創(chuàng)新】

（1）使用printf函數(shù)替代上節(jié)所給出的文件main.c和isr.c中的UART發(fā)送函數(shù)，以實(shí)現(xiàn)相同的實(shí)驗(yàn)效果。

（2）使用printf函數(shù)輸出常見數(shù)據(jù)類型（char、shortint、int、longint、float、double）在KeilMDK編譯系統(tǒng)中的字節(jié)數(shù)。

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可移植和可復(fù)用，嵌入式硬件和嵌入式軟件均采用構(gòu)件化的設(shè)計(jì)思想，即對嵌入式硬件和嵌入式軟件進(jìn)行封裝，供系統(tǒng)設(shè)計(jì)者調(diào)用，并倡導(dǎo)嵌入式軟件分層設(shè)計(jì)的理念，以大幅度降低嵌入式技術(shù)學(xué)習(xí)難度和開發(fā)難度。

本書特色：項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)，突出學(xué)以致用，注重實(shí)踐創(chuàng)新。每個(gè)項(xiàng)目且均采用了“通用知識(shí)”→“嵌入式構(gòu)件設(shè)計(jì)”→“應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)”→“學(xué)以致用與創(chuàng)新”的學(xué)習(xí)流程。采用“搭積木”的思想，逐步提高嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。

本書可作為高等學(xué)校電子信息類、計(jì)算機(jī)類、自動(dòng)化類等專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)教材，也可作為嵌入式技術(shù)培訓(xùn)教材，還可供從事嵌入式技術(shù)開發(fā)的工程技術(shù)人員參考。項(xiàng)目1：GPIO基礎(chǔ)應(yīng)用—實(shí)現(xiàn)閃燈和開關(guān)狀態(tài)檢測與控制功能項(xiàng)目2：利用定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈項(xiàng)目3：GPIO和定時(shí)器的綜合應(yīng)用—實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示、鍵盤測控、測溫功能項(xiàng)目4：利用UART實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的通信項(xiàng)目5：利用Timer實(shí)現(xiàn)PWM和輸入捕獲功能項(xiàng)目6：利用

ADC

設(shè)計(jì)簡易數(shù)字電壓表項(xiàng)目7：利用

SPI

實(shí)現(xiàn)多機(jī)串行通信項(xiàng)目8：利用

CAN

實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信教

材

內(nèi)

容

項(xiàng)目5利用Timer實(shí)現(xiàn)PWM和輸入捕獲功能【項(xiàng)目導(dǎo)讀】

在項(xiàng)目2中已學(xué)習(xí)STM32F103C8T6中的16位定時(shí)器（Timer）的基本定時(shí)功能。在本項(xiàng)目中學(xué)習(xí)利用Timer實(shí)現(xiàn)PWM功能和輸入捕獲功能。

脈寬調(diào)制（PulseWidthModulation，PWM）信號(hào)是一個(gè)高電平和低電平重復(fù)交替的輸出信號(hào)，PWM廣泛應(yīng)用于電機(jī)轉(zhuǎn)速控制、燈光亮度控制等領(lǐng)域。輸入捕獲（InputCapture）可用于測量脈沖信號(hào)的周期和脈寬?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】1）理解PWM的通用知識(shí)，包括PWM的相關(guān)概念、技術(shù)指標(biāo)及應(yīng)用場合。2）理解輸入捕獲的通用知識(shí)，包括輸入捕獲的過程、原理及應(yīng)用場合。3）熟悉MCU的Timer通道引腳，掌握MCU的PWM和輸入捕獲底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的使用方法，能利用其底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件頭文件進(jìn)行PWM功能和輸入捕獲功能的應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)，能利用PWM控制小燈的亮度、利用輸入捕獲測量脈沖信號(hào)的周期和脈寬。*4）熟悉MCU的PWM和輸入捕獲底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件源文件的設(shè)計(jì)方法。項(xiàng)目5利用Timer實(shí)現(xiàn)PWM和輸入捕獲功能任務(wù)5.1理解PWM和輸入捕獲的通用知識(shí)5.1.1PWM的通用知識(shí)1、

PWM的基本概念與技術(shù)指標(biāo)

PWM信號(hào)是一個(gè)高電平和低電平重復(fù)交替的輸出信號(hào)。

目前經(jīng)常使用的PWM信號(hào)主要是通過MCU編程實(shí)現(xiàn)的。利用MCU輸出PWM信號(hào)時(shí)，需要一個(gè)產(chǎn)生PWM信號(hào)的時(shí)鐘源，設(shè)其周期為TCLK。任務(wù)5.1理解PWM和輸入捕獲的通用知識(shí)5.1.1PWM的通用知識(shí)1、

PWM的基本概念與技術(shù)指標(biāo)（1）周期：持續(xù)的時(shí)鐘周期個(gè)數(shù)。

TPWM=8

TCLK

圖（a）：2

TCLK

圖（b）：4

TCLK

圖（c）：6

TCLK（3）占空比：脈寬/周期，百分比

（2）脈寬：一個(gè)PWM周期內(nèi)PWM信號(hào)

處于高電平的時(shí)間。

圖（a）：25%

圖（b）：50%

圖（c）：75%任務(wù)5.1理解PWM和輸入捕獲的通用知識(shí)5.1.1PWM的通用知識(shí)1、

PWM的基本概念與技術(shù)指標(biāo)（4）極性：決定了PWM信號(hào)的有效電平

正極性：PWM信號(hào)的有效電平為高電平，平時(shí)電平（空閑電平）為低電平；

負(fù)極性：PWM信號(hào)的有效電平為低電平，平時(shí)電平（空閑電平）為高電平。（5）分辨率△T

：PWM脈寬的最小時(shí)間增量，等于計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期。

脈沖寬度的增加與減少只能是△T的整數(shù)倍。

任務(wù)5.1理解PWM和輸入捕獲的通用知識(shí)5.1.1PWM的通用知識(shí)1、

PWM的基本概念與技術(shù)指標(biāo)（6）對齊方式——邊沿對齊

向上單向計(jì)數(shù)初值

IN=0模值

MOD=7通道值CnV=4PWM周期=(MOD－IN+1)×TCLKPWM脈寬=(CnV－IN)×TCLK任務(wù)5.1理解PWM和輸入捕獲的通用知識(shí)5.1.1PWM的通用知識(shí)1、

PWM的基本概念與技術(shù)指標(biāo)（6）對齊方式——中心對齊

向上/向下雙向計(jì)數(shù)初值

IN=0模值

MOD=4通道值CnV=2PWM周期=2×(MOD－IN)×TCLKPWM脈寬=2×(CnV－IN)×TCLK任務(wù)5.1理解PWM和輸入捕獲的通用知識(shí)5.1.1PWM的通用知識(shí)2、

PWM的應(yīng)用場合

（1）利用PWM為其他設(shè)備產(chǎn)生類似于時(shí)鐘的信號(hào)。例如，PWM可用來控制燈以一定的頻率閃爍。

（2）利用PWM控制輸入到某個(gè)設(shè)備的平均電流或電壓。例如，PWM可用來控制直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

（3）利用PWM控制命令字編碼。例如，用不同的脈寬代表不同的命令，控制無線遙控車做不同的動(dòng)作（左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進(jìn)等）。任務(wù)5.1理解PWM和輸入捕獲的通用知識(shí)

【知識(shí)鞏固】

（1）PWM涉及哪些基本概念和技術(shù)指標(biāo)？

（2）PWM有哪些主要用途？5.1.1PWM的通用知識(shí)5.1.2輸入捕獲的通用知識(shí)任務(wù)5.1理解PWM和輸入捕獲的通用知識(shí)

MCU的定時(shí)/計(jì)數(shù)器的通道引腳在捕獲到外部脈沖信號(hào)的沿跳變（上升沿或下降沿）時(shí)，會(huì)將計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值鎖存到對應(yīng)的通道值寄存器；若允許輸入捕獲中斷（通道中斷），則可在中斷服務(wù)程序中通過讀取通道值寄存器的值得到沿跳變對應(yīng)的時(shí)刻。

脈沖信號(hào)的周期

=

時(shí)刻3－時(shí)刻1=時(shí)刻4－時(shí)刻2

脈沖信號(hào)的脈寬

=時(shí)刻2－時(shí)刻1=時(shí)刻4－時(shí)刻3

當(dāng)被測脈沖信號(hào)的周期或脈寬小于定時(shí)器的溢出周期時(shí)：脈沖信號(hào)的周期或脈寬=對應(yīng)的計(jì)數(shù)次數(shù)*計(jì)數(shù)周期

=對應(yīng)的計(jì)數(shù)次數(shù)/計(jì)數(shù)頻率【知識(shí)鞏固】簡述利用輸入捕獲測量脈沖信號(hào)的周期和脈寬的基本原理。

任務(wù)5.2掌握Timer_PWM_INCAP底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件使用方法5.2.1MCU的Timer通道引腳

每個(gè)Timer的4個(gè)通道引腳有不同的組合，具體由復(fù)用功能I/O引腳的配置決定，其實(shí)現(xiàn)請參閱后續(xù)底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件頭文件中的宏定義。5.2.2Timer_PWM_INCAP底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的組成及使用方法

Timer_PWM_INCAP底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件由timer_pwm_incap.h頭文件和timer_pwm_incap.c源文件組成，若要使用Timer_PWM_INCAP底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，只需將這兩個(gè)文件添加到所建工程的04_Driver（MCU底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件）文件夾中，即可實(shí)現(xiàn)對PWM功能和輸入捕獲功能的操作。見工程文件：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx

其中，timer_pwm_incap.h頭文件主要包括相關(guān)頭文件的包含、一些必要的宏定義、對外接口函數(shù)的聲明，而timer_pwm_incap.c源文件則是對外接口函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)，初學(xué)者不必深究。

用戶只要熟悉timer_pwm_incap.h頭文件的內(nèi)容，即可使用Timer_PWM_INCAP底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件進(jìn)行編程。任務(wù)5.2掌握Timer_PWM_INCAP底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件使用方法【學(xué)以致用】

根據(jù)

timer_pwm_incap.h頭文件，寫出實(shí)現(xiàn)下列功能的函數(shù)調(diào)用語句。

（1）初始化TIMER1_CH1通道PWM，正極性、邊沿對齊、周期為1000us、占空比為30%。

（2）將TIMER1_CH1通道的PWM輸出占空比更新為50%。

（3）初始化TIMER2_CH1通道為輸入捕獲功能，并采用上升沿捕獲。

（4）為TIMER2_CH1通道選擇為下降沿捕獲方式。

（5）將TIMER2_CH1通道的輸入捕獲值保存至變量cap_value中。

（6）使能TIMER2_CH1通道中斷。5.2.2Timer_PWM_INCAP底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的組成及使用方法任務(wù)5.2掌握Timer_PWM_INCAP底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件使用方法任務(wù)5.3利用PWM控制小燈的亮度

在嵌入式軟件最小系統(tǒng)框架下，設(shè)計(jì)07_Source（應(yīng)用層軟件構(gòu)件）的文件，以實(shí)現(xiàn)：利用PWM控制與PWM通道引腳相連接的小燈的亮度。1）工程總頭文件includes.h：

包含04、05、06文件夾中的頭文件2）主程序源文件main.c：

初始化（PWM）在工程文件中分析代碼并編程：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx【學(xué)以致用與創(chuàng)新】

（1）利用PWM實(shí)現(xiàn)頻閃燈。

（2）利用PWM控制小燈逐漸變亮。任務(wù)5.4利用輸入捕獲測量脈沖信號(hào)的周期和脈寬

在嵌入式軟件最小系統(tǒng)框架下，設(shè)計(jì)07_Source（應(yīng)用層軟件構(gòu)件）的文件，以實(shí)現(xiàn)：利用Timer的輸入捕獲功能（采用通道中斷方式）測量PWM信號(hào)的周期和脈寬，并通過UART使用printf函數(shù)向PC串口調(diào)試窗口輸出對應(yīng)的測量信息。1）工程總頭文件includes.h：

包含04、05、06文件夾中的頭文件2）主程序源文件main.c：

定義全局變量（存放脈沖信號(hào)的周期和脈寬對應(yīng)的計(jì)數(shù)次數(shù)）

在主程序中，初始化（UART、PWM、INCAP）；

使能Timer通道中斷；

在主循環(huán)中，輸出全局變量的值（周期和脈寬對應(yīng)的計(jì)數(shù)次數(shù)）在工程文件中分析代碼并編程：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx3）中斷服務(wù)程序源文件isr.c：聲明全局變量

在Timer通道中斷服務(wù)程序中，獲取通道捕獲值，計(jì)算并

更新全局變量的值（脈沖信號(hào)周期和脈寬對應(yīng)的計(jì)數(shù)次數(shù)）任務(wù)5.4利用輸入捕獲測量脈沖信號(hào)的周期和脈寬【學(xué)以致用與創(chuàng)新】

（1）根據(jù)脈沖信號(hào)的輸入捕獲原理，畫出上述程序的設(shè)計(jì)和執(zhí)行流程圖，理解上述中斷服務(wù)程序。

（2）計(jì)算并輸出脈沖信號(hào)的周期和脈寬。

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可移植和可復(fù)用，嵌入式硬件和嵌入式軟件均采用構(gòu)件化的設(shè)計(jì)思想，即對嵌入式硬件和嵌入式軟件進(jìn)行封裝，供系統(tǒng)設(shè)計(jì)者調(diào)用，并倡導(dǎo)嵌入式軟件分層設(shè)計(jì)的理念，以大幅度降低嵌入式技術(shù)學(xué)習(xí)難度和開發(fā)難度。

本書特色：項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)，突出學(xué)以致用，注重實(shí)踐創(chuàng)新。每個(gè)項(xiàng)目且均采用了“通用知識(shí)”→“嵌入式構(gòu)件設(shè)計(jì)”→“應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)”→“學(xué)以致用與創(chuàng)新”的學(xué)習(xí)流程。采用“搭積木”的思想，逐步提高嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。

本書可作為高等學(xué)校電子信息類、計(jì)算機(jī)類、自動(dòng)化類等專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)教材，也可作為嵌入式技術(shù)培訓(xùn)教材，還可供從事嵌入式技術(shù)開發(fā)的工程技術(shù)人員參考。項(xiàng)目1：GPIO基礎(chǔ)應(yīng)用—實(shí)現(xiàn)閃燈和開關(guān)狀態(tài)檢測與控制功能項(xiàng)目2：利用定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈項(xiàng)目3：GPIO和定時(shí)器的綜合應(yīng)用—實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示、鍵盤測控、測溫功能項(xiàng)目4：利用UART實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的通信項(xiàng)目5：利用Timer實(shí)現(xiàn)PWM和輸入捕獲功能項(xiàng)目6：利用ADC設(shè)計(jì)簡易數(shù)字電壓表項(xiàng)目7：利用

SPI

實(shí)現(xiàn)多機(jī)串行通信項(xiàng)目8：利用

CAN

實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信教

材

內(nèi)

容

項(xiàng)目6利用ADC設(shè)計(jì)簡易數(shù)字電壓表【項(xiàng)目導(dǎo)讀】

在嵌入式測控系統(tǒng)中，往往需要通過ADC（AnalogtoDigitalConverter，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器）將模擬輸入量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，以供MCU接收和處理。

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】（1）理解ADC的通用知識(shí)，包括ADC的相關(guān)概念和最簡單的A/D轉(zhuǎn)換采樣電路。（2）熟悉MCU的ADC主要特性和引腳，掌握MCU的ADC底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的使用方法。（3）掌握簡易數(shù)字電壓表的硬件電路組成和工作原理，以及利用MCU的ADC底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件頭文件進(jìn)行ADC應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)的方法。*（4）熟悉MCU的ADC底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件源文件的設(shè)計(jì)方法。任務(wù)6.1理解ADC的通用知識(shí)1、

ADC的相關(guān)概念（1）轉(zhuǎn)換精度

設(shè)ADC的二進(jìn)制位數(shù)為n，則其分辨率為1/2n。例如，某一ADC是12位，若模擬輸入信號(hào)的量程為5V，則該ADC可以檢測到的模擬量變化最小值（理論上的轉(zhuǎn)換精度）為

5V/212

≈

1.22mV。任務(wù)6.1理解ADC的通用知識(shí)1、

ADC的相關(guān)概念（2）轉(zhuǎn)換速度

完成一次A/D轉(zhuǎn)換所要花費(fèi)的時(shí)間。（3）單端輸入與差分輸入

單端輸入：只有一個(gè)輸入引腳，使用公共地GND作為參考電平。輸入電路簡單，但A/D轉(zhuǎn)換值易因受到干擾而變化。

差分輸入：兩個(gè)輸入引腳（VIN+、VIN-），ADC的采樣值是兩個(gè)輸入引腳的電平差值，從而降低了干擾。任務(wù)6.1理解ADC的通用知識(shí)1、

ADC的相關(guān)概念（4）ADC參考電壓

A/D轉(zhuǎn)換需要一個(gè)參考電壓VREF。在一般要求下，ADC參考電壓使用芯片的供電電源電壓。在更為精確的要求下，ADC參考電壓使用單獨(dú)電源。（5）軟件濾波

為了使采樣的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，必須對采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，去掉誤差較大的數(shù)據(jù)（毛刺）?？赏ㄟ^中值濾波或均值濾波實(shí)現(xiàn)。（6）物理量回歸

在得到穩(wěn)定的A/D采樣值以后，還需要把A/D采樣值與實(shí)際物理量對應(yīng)起來。

例如，利用MCU采集室內(nèi)溫度，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值是126，實(shí)際它代表的溫度是多少？光敏電阻或熱敏電阻

例如：采樣電路任務(wù)6.1理解ADC的通用知識(shí)2、

MCU的ADC內(nèi)部結(jié)構(gòu)及編程模型任務(wù)6.1理解ADC的通用知識(shí)

【知識(shí)鞏固】

（1）ADC有哪些基本概念？

（2）軟件濾波的作用是什么？任務(wù)6.2掌握MCU的ADC底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件使用方法6.2.1MCU的ADC主要特性和引腳

STM32F103C8T6具有兩個(gè)12位的ADC模塊：ADC1和ADC2，均具有10個(gè)外部模擬輸入通道（通道共用），采用單端輸入方式。

供電電壓VDDA為2.4~3.6V，芯片內(nèi)部已將參考電壓VREF+連接到VDDA，VREF-連接到VSSA，因此各模擬通道的輸入電壓范圍為0~VDDA。

輸入時(shí)鐘不得超過14MHz。ADC轉(zhuǎn)換時(shí)間≥14個(gè)ADC時(shí)鐘周期，微妙級。6.2.2MCU的ADC底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的組成及使用方法

ADC底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件由adc.h頭文件和adc.c源文件組成，若要使用ADC底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，只需將這兩個(gè)文件添加到所建工程的04_Driver（MCU底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件）文件夾中，即可實(shí)現(xiàn)對ADC的操作。見工程文件：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx

其中，adc.h頭文件主要包括相關(guān)頭文件的包含、一些必要的宏定義、對外接口函數(shù)的聲明，而adc.c源文件則是對外接口函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)，初學(xué)者不必深究。

用戶只要熟悉adc.h頭文件的內(nèi)容，即可使用ADC底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件進(jìn)行編程。任務(wù)6.2掌握MCU的ADC底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件使用方法

【學(xué)以致用】

根據(jù)

adc.h頭文件，寫出實(shí)現(xiàn)下列功能的函數(shù)調(diào)用語句。

（1）對ADC1模塊進(jìn)行初始化。

（2）獲取ADC1通道8的A/D轉(zhuǎn)換值。6.3.1

簡易數(shù)字電壓表的硬件電路組成和工作原理任務(wù)6.3簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

MCU通過ADC對A端的模擬電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果可計(jì)算出A端對應(yīng)的電壓值：ADCresult

：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)n：ADC的位數(shù)VCC的具體電壓值可用萬用表測量出來

【知識(shí)鞏固】

寫出電路的工作原理。電位器10kΩ

在嵌入式軟件最小系統(tǒng)框架下，設(shè)計(jì)07_Source（應(yīng)用層軟件構(gòu)件）的文件，以實(shí)現(xiàn)：通過UART使用printf函數(shù)向PC串口調(diào)試窗口輸出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果和對應(yīng)的電壓值。1）工程總頭文件includes.h：

包含04、05、06文件夾中的頭文件2）主程序源文件main.c：

定義局部變量（存放A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果和對應(yīng)的電壓值）；

初始化（UART、ADC）；

在主循環(huán)中，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，并輸出信息（A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果

和對應(yīng)的電壓值）在工程文件中分析代碼并編程：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx6.3.2

簡易數(shù)字電壓表的應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)任務(wù)6.3簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)測試時(shí)，將電位器A端引腳與ADC通道引腳相連，轉(zhuǎn)動(dòng)電位器的轉(zhuǎn)柄，觀察PC串口調(diào)試窗口輸出的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果變化情況?！緦W(xué)以致用與創(chuàng)新】

（1）結(jié)合項(xiàng)目3中的TM1637_LED_KB軟件構(gòu)件及數(shù)碼管顯示程序，改用數(shù)碼管顯示對應(yīng)的信息。

（2）利用printf函數(shù)輸出多個(gè)ADC通道的信息。

（3）利用printf函數(shù)輸出一個(gè)ADC通道的多次采樣值軟件濾波的結(jié)果。

6.3.2

簡易數(shù)字電壓表的應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)任務(wù)6.3簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可移植和可復(fù)用，嵌入式硬件和嵌入式軟件均采用構(gòu)件化的設(shè)計(jì)思想，即對嵌入式硬件和嵌入式軟件進(jìn)行封裝，供系統(tǒng)設(shè)計(jì)者調(diào)用，并倡導(dǎo)嵌入式軟件分層設(shè)計(jì)的理念，以大幅度降低嵌入式技術(shù)學(xué)習(xí)難度和開發(fā)難度。

本書特色：項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)，突出學(xué)以致用，注重實(shí)踐創(chuàng)新。每個(gè)項(xiàng)目且均采用了“通用知識(shí)”→“嵌入式構(gòu)件設(shè)計(jì)”→“應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)”→“學(xué)以致用與創(chuàng)新”的學(xué)習(xí)流程。采用“搭積木”的思想，逐步提高嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。

本書可作為高等學(xué)校電子信息類、計(jì)算機(jī)類、自動(dòng)化類等專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)教材，也可作為嵌入式技術(shù)培訓(xùn)教材，還可供從事嵌入式技術(shù)開發(fā)的工程技術(shù)人員參考。項(xiàng)目1：GPIO基礎(chǔ)應(yīng)用—實(shí)現(xiàn)閃燈和開關(guān)狀態(tài)檢測與控制功能項(xiàng)目2：利用定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈項(xiàng)目3：GPIO和定時(shí)器的綜合應(yīng)用—實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示、鍵盤測控、測溫功能項(xiàng)目4：利用UART實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的通信項(xiàng)目5：利用

Timer

實(shí)現(xiàn)PWM和輸入捕獲功能項(xiàng)目6：利用

ADC

設(shè)計(jì)簡易數(shù)字電壓表項(xiàng)目7：利用SPI實(shí)現(xiàn)多機(jī)串行通信項(xiàng)目8：利用

CAN

實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信教

材

內(nèi)

容

項(xiàng)目7利用SPI實(shí)現(xiàn)多機(jī)串行通信【項(xiàng)目導(dǎo)讀】

SPI（SerialPeripheralInterface，串行外設(shè)接口）是同步串行總線接口，已經(jīng)成為一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。通過SPI，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)MCU之間的串行通信，也可以實(shí)現(xiàn)MCU與其他帶有SPI接口的外部器件（如A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、LCD、OLED等）之間的串行通信?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】（1）理解SPI的通用知識(shí)，包括SPI的相關(guān)概念、SPI的通信過程與通信時(shí)序。（2）熟悉MCU的SPI主要特性和引腳，掌握MCU的SPI底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的使用方法。（3）能夠利用MCU的SPI底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件頭文件進(jìn)行SPI多機(jī)通信的應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)與測試。*（4）熟悉MCU的SPI底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件源文件的設(shè)計(jì)方法。任務(wù)7.1理解SPI的通用知識(shí)7.1.1SPI的相關(guān)概念

在SPI應(yīng)用系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)啟動(dòng)SPI通信和產(chǎn)生SPI時(shí)鐘信號(hào)的器件是主器件，其他器件是從器件。SPI可以工作于單主單從、一主多從或多主方式，其中最常用的SPI單主單從全雙工通信應(yīng)用系統(tǒng)如圖所示。

MISO（MasterInputSlaveOutput）：主輸入/從輸出數(shù)據(jù)。

MOSI（MasterOutputSlaveInput）：主輸出/從輸入數(shù)據(jù)。

SCK（SerialClock）：由主器件產(chǎn)生和輸出串行時(shí)鐘。通信速率由主器件控制，在主器件啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)傳送的過程中，在SCK引腳輸出自動(dòng)產(chǎn)生的8個(gè)時(shí)鐘周期信號(hào)，SCK信號(hào)的一個(gè)跳變進(jìn)行一位數(shù)據(jù)移位傳輸。

NSS（SlaveSelect）：從器件選擇引腳，低電平有效。作為主器件，其NSS引腳置為高電平。作為從器件，其NSS引腳置為低電平，表示主器件選中了該從器件。任務(wù)7.1理解SPI的通用知識(shí)7.1.2SPI的通信過程與通信時(shí)序

時(shí)鐘信號(hào)涉及時(shí)鐘極性和時(shí)鐘相位的問題，時(shí)鐘極性決定了當(dāng)沒有數(shù)據(jù)傳輸（空閑）時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)SCK的空閑狀態(tài)電平是高電平還是低電平。時(shí)鐘相位決定了在時(shí)鐘信號(hào)SCK的第1個(gè)邊沿或第2個(gè)邊沿捕獲和鎖存數(shù)據(jù)。圖7-2給出了CPOL和CPHA的4種組合對應(yīng)的SPI通信時(shí)序。

注意：SPI主器件和從器件必須使用相同的時(shí)鐘極性和時(shí)鐘相位，才能正常通信。

【知識(shí)鞏固】

（1）SPI通信涉及幾個(gè)引腳？分別代表什么含義？

（2）如何區(qū)分SPI主器件和從器件？任務(wù)7.1理解SPI的通用知識(shí)任務(wù)7.2掌握MCU的SPI底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件使用方法7.2.1MCU的SPI主要特性和引腳

STM32F103C8T6中有

2個(gè)SPI模塊：SPI1和SPI2。既支持全雙工通信，也支持半雙工通信和單工通信。支持單主單從、一主多從和多主通信方式?？蛇x擇4種不同的時(shí)鐘極性和時(shí)鐘相位組合。支持SPI軟件設(shè)置NSS引腳電平，設(shè)置主從模式。SPI1使用的引腳，見

spi.h中的宏定義任務(wù)7.2掌握MCU的SPI底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件使用方法7.2.2MCU的SPI底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的組成及使用方法SPI具有初始化、發(fā)送和接收三種基本操作。其中，SPI發(fā)送是主動(dòng)任務(wù)，不必采用中斷方式；而SPI接收是被動(dòng)任務(wù)，為了確保及時(shí)接收到對方發(fā)送來的每幀數(shù)據(jù)，一般采用中斷方式。

SPI底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件由spi.h頭文件和spi.c源文件組成，若要使用SPI底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，只需將這兩個(gè)文件添加到所建工程的04_Driver（MCU底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件）文件夾中，即可實(shí)現(xiàn)對SPI的操作。見工程文件：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx

其中，spi.h頭文件主要包括相關(guān)頭文件的包含、一些必要的宏定義、對外接口函數(shù)的聲明，而spi.c源文件則是對外接口函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)，初學(xué)者不必深究。

用戶只要熟悉spi.h頭文件的內(nèi)容，即可使用SPI底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件進(jìn)行編程?！緦W(xué)以致用】

根據(jù)spi.h頭文件，寫出實(shí)現(xiàn)下列功能的函數(shù)調(diào)用語句。

（1）將SPI1初始化主模式，波特率為1000kbit/s。

（2）通過SPI1發(fā)送1個(gè)字符'A'。

（3）通過SPI1發(fā)送保存在數(shù)組str中的字符串"ABCDEFG"。

（4）使能SPI2接收中斷。

（5）通過SPI2接收1個(gè)字符，將其保存至變量re_data中，并將接收標(biāo)志保存至變量re_flag中。任務(wù)7.2掌握MCU的SPI底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件使用方法7.2.2MCU的SPI底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的組成及使用方法任務(wù)7.3SPI多機(jī)通信的應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)

用同一個(gè)STM32F103C8T6芯片中的SPI1（作為主器件）和SPI2（作為從器件），在嵌入式軟件最小系統(tǒng)框架下，設(shè)計(jì)07_Source（應(yīng)用層軟件構(gòu)件）的文件，以實(shí)現(xiàn)：SPI1向SPI2發(fā)送數(shù)據(jù)，SPI2接收數(shù)據(jù)并通過UART將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送至PC顯示。1）工程總頭文件includes.h：

包含04、05、06文件夾中的頭文件2）主程序源文件main.c：

定義字符數(shù)組（存放待發(fā)送的字符型數(shù)據(jù)）；

初始化（UART、SPI）；使能SPI2接收中斷；

在主循環(huán)中，SPI1通過SPI發(fā)送函數(shù)向SPI2發(fā)送數(shù)據(jù)在工程文件中分析代碼并編程：..EmbeddedSource\03-Software\STM32F103\STM32F103.uvprojx【思路總結(jié)】請畫出上述程序的設(shè)計(jì)和執(zhí)行流程圖。3）中斷服務(wù)程序源文件isr.c：在SPI2接收中斷服務(wù)程序中，通過SPI接收函數(shù)接收由

SPI1發(fā)來的數(shù)據(jù)，并通過UART將其發(fā)送至PC顯示

【學(xué)以致用與創(chuàng)新】實(shí)現(xiàn)兩個(gè)MCU之間的SPI通信功能，其中一個(gè)MCU作為SPI主器件，而另一個(gè)MCU作為SPI從器件。

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可移植和可復(fù)用，嵌入式硬件和嵌入式軟件均采用構(gòu)件化的設(shè)計(jì)思想，即對嵌入式硬件和嵌入式軟件進(jìn)行封裝，供系統(tǒng)設(shè)計(jì)者調(diào)用，并倡導(dǎo)嵌入式軟件分層設(shè)計(jì)的理念，以大幅度降低嵌入式技術(shù)學(xué)習(xí)難度和開發(fā)難度。

本書特色：項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)，突出學(xué)以致用，注重實(shí)踐創(chuàng)新。每個(gè)項(xiàng)目且均采用了“通用知識(shí)”→“嵌入式構(gòu)件設(shè)計(jì)”→“應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)”→“學(xué)以致用與創(chuàng)新”的學(xué)習(xí)流程。采用“搭積木”的思想，逐步提高嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。

本書可作為高等學(xué)校電子信息類、計(jì)算機(jī)類、自動(dòng)化類等專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)教材，也可作為嵌入式技術(shù)培訓(xùn)教材，還可供從事嵌入式技術(shù)開發(fā)的工程技術(shù)人員參考。項(xiàng)目1：GPIO基礎(chǔ)應(yīng)用—實(shí)現(xiàn)閃燈和開關(guān)狀態(tài)檢測與控制功能項(xiàng)目2：利用定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)頻閃燈項(xiàng)目3：GPIO和定時(shí)器的綜合應(yīng)用—實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示、鍵盤測控、測溫功能項(xiàng)目4：利用UART實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的通信項(xiàng)目5：利用

Timer

實(shí)現(xiàn)PWM和輸入捕獲功能項(xiàng)目6：利用

ADC

設(shè)計(jì)簡易數(shù)字電壓表項(xiàng)目7：利用SPI實(shí)現(xiàn)多機(jī)串行通信項(xiàng)目8：利用CAN實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信教

材

內(nèi)

容

項(xiàng)目8利用CAN實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信【項(xiàng)目導(dǎo)讀】

CAN（ControllerAreaNetwork，控制器局域網(wǎng)）是德國Bosch公司針對汽車電子領(lǐng)域開發(fā)的具有國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線，由于CAN具有很強(qiáng)的可靠性、安全性和實(shí)時(shí)性，目前CAN廣泛應(yīng)用于汽車電子、工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)控制、機(jī)電產(chǎn)品等領(lǐng)域的分布式測控系統(tǒng)中。利用CAN可以很方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)聯(lián)網(wǎng)?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】（1）理解CAN的通用知識(shí)，包括CAN的相關(guān)概念、硬件結(jié)構(gòu)、通信原理和優(yōu)點(diǎn)。（2）熟悉MCU的CAN主要特性和引腳，掌握MCU的CAN底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的使用方法。（3）能夠利用MCU的CAN底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件頭文件進(jìn)行多機(jī)之間的CAN應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)，并掌握CAN通信功能測試方法。*（4）熟悉MCU的CAN底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件源文件的設(shè)計(jì)方法。任務(wù)8.1

理解CAN的通用知識(shí)8.1.1CAN系統(tǒng)的總體構(gòu)成和CAN節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)120Ω120Ω負(fù)載電阻（終端電阻）的作用是防止反射波干擾CAN系統(tǒng)主要由若干個(gè)節(jié)點(diǎn)、兩條數(shù)據(jù)傳輸線（CAN-H和CAN-L）及負(fù)載電阻組成。1、CAN系統(tǒng)的總體構(gòu)成任務(wù)8.1

理解CAN的通用知識(shí)8.1.1CAN系統(tǒng)的總體構(gòu)成和CAN節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)2、CAN節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)CAN節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)主要由傳感器、MCU、CAN控制器、CAN收發(fā)器、執(zhí)行器組成。任務(wù)8.1

理解CAN的通用知識(shí)8.1.2CAN的網(wǎng)絡(luò)通信原理1、CAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：CAN控制器硬件實(shí)現(xiàn)CAN收發(fā)器硬件實(shí)現(xiàn)

CAN應(yīng)用系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是對其應(yīng)用層程序進(jìn)行設(shè)計(jì)應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層——實(shí)時(shí)性強(qiáng)任務(wù)8.1

理解CAN的通用知識(shí)8.1.2CAN的網(wǎng)絡(luò)通信原理2、CAN的數(shù)據(jù)傳輸流程數(shù)據(jù)打包并/串轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)→電壓信號(hào)邊說邊聽電壓信號(hào)→數(shù)字信號(hào)驗(yàn)收過濾串/并轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)解包ID

+長度+相關(guān)數(shù)據(jù)CRC應(yīng)答信號(hào)任務(wù)8.1

理解CAN的通用知識(shí)8.1.2CAN的網(wǎng)絡(luò)通信原理3、CAN總線電壓信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間的關(guān)系CAN收發(fā)器11位以上的隱性位：空閑CAN-H與CAN-L的電壓值具有何特點(diǎn)？任務(wù)8.1

理解CAN的通用知識(shí)8.1.2CAN的網(wǎng)絡(luò)通信原理4、CAN的幀ID、數(shù)據(jù)優(yōu)先級、數(shù)據(jù)的仲裁

CAN為多主工作方式，任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向CAN總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，而不分主從。

若有多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向CAN總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，那么在CAN系統(tǒng)中是如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的仲裁（決定哪個(gè)數(shù)據(jù)先發(fā)，哪個(gè)數(shù)據(jù)后發(fā)）？——需要先理解幀ID和數(shù)據(jù)優(yōu)先級的關(guān)系

節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包實(shí)時(shí)性要求越高，優(yōu)先級越高，對應(yīng)的幀ID就越小。

原理：當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，總線上的結(jié)果是這多個(gè)數(shù)據(jù)“邏輯與”的值。節(jié)點(diǎn)A發(fā)送數(shù)據(jù):

0節(jié)點(diǎn)B發(fā)送數(shù)據(jù)：

10—顯性位1—隱性位0優(yōu)先級高！總線上顯示數(shù)據(jù)：

0在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)該按照數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級，給每個(gè)數(shù)據(jù)包分配一個(gè)唯一的ID。注意：CAN協(xié)議要求ID的高7位不能同時(shí)為1。任務(wù)8.1

理解CAN的通用知識(shí)8.1.2CAN的網(wǎng)絡(luò)通信原理4、CAN的幀ID、數(shù)據(jù)優(yōu)先級、數(shù)據(jù)的仲裁

當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)向CAN總線上發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，首先向總線上發(fā)送自己的幀ID。

在發(fā)送幀ID的過程中，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)向總線上發(fā)送的數(shù)據(jù)和從總線上接收到的數(shù)據(jù)一致，那么該節(jié)點(diǎn)就可以繼續(xù)向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)；否則，該節(jié)點(diǎn)就要停止向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)。

3個(gè)節(jié)點(diǎn)通過幀ID進(jìn)行優(yōu)先級競爭的結(jié)果：節(jié)點(diǎn)1首先獲得總線使用權(quán)；在節(jié)點(diǎn)1將其數(shù)據(jù)包發(fā)送完畢后，若總線處于空閑狀態(tài)，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)使節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)3繼續(xù)通過發(fā)送幀ID重新競爭總線的使用權(quán)（自動(dòng)重發(fā)）。

在仲裁過程中，不會(huì)出現(xiàn)不同優(yōu)先級數(shù)據(jù)包之間的相互破壞——“非破壞性仲裁”?！緦W(xué)以致用】CAN通信優(yōu)先級分析及應(yīng)用。任務(wù)8.1

理解CAN的通用知識(shí)8.1.2CAN的網(wǎng)絡(luò)通信原理5、CAN驗(yàn)收過濾功能的實(shí)現(xiàn)【學(xué)以致用】

表8-1：CAN驗(yàn)收過濾應(yīng)用分析。過濾器標(biāo)識(shí)符寄存器：100101102

過濾器掩碼寄存器：

-----

有關(guān)有關(guān)發(fā)送：101+數(shù)據(jù)A？？接收放棄接收接收

放棄接收發(fā)送：102+數(shù)據(jù)A發(fā)送：***+數(shù)據(jù)A

過濾器掩碼寄存器：

-----

無關(guān)無關(guān)例：三個(gè)節(jié)點(diǎn)：A（發(fā)送）、B（接收）、C（接收）

節(jié)點(diǎn)A節(jié)點(diǎn)B節(jié)點(diǎn)CCAN-BUS

幀ID過濾器掩碼寄存器：

無關(guān)

-----

-----？接收過濾器標(biāo)識(shí)符寄存器：100101102例：三個(gè)節(jié)點(diǎn)：A（接收）、B（發(fā)送）、C（發(fā)送）

節(jié)點(diǎn)A節(jié)點(diǎn)B節(jié)點(diǎn)CCAN-BUS發(fā)送：***+數(shù)據(jù)B

幀ID發(fā)送：***+數(shù)據(jù)C

幀ID

通過CAN控制器中過濾器的標(biāo)識(shí)符寄存器和掩碼寄存器實(shí)現(xiàn)?！c(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)（廣播式）、多點(diǎn)對一點(diǎn)任務(wù)8.1

理解CAN的通用知識(shí)8.1.2CAN的網(wǎng)絡(luò)通信原理6、CAN數(shù)據(jù)幀的組成

在CAN節(jié)點(diǎn)之間的通信中，若將數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送器傳輸?shù)搅硪粋€(gè)節(jié)點(diǎn)的接收器，則必須發(fā)送數(shù)據(jù)幀。發(fā)送方：寫1接收方正確接收：寫0總線值：0由CAN控制器硬件自動(dòng)處理幀內(nèi)應(yīng)答實(shí)時(shí)性強(qiáng)由CAN控制器硬件自動(dòng)完成有效數(shù)據(jù)：0~8字節(jié)，由用戶通過編程設(shè)定主要包括有效數(shù)據(jù)的長度，由用戶通過編程設(shè)定：0~8字節(jié)

主要包括幀ID和遠(yuǎn)程發(fā)送請求位（RTR），由用戶通過編程設(shè)定。

由CAN控制器硬件自動(dòng)