嵌入式系統(tǒng)-流水燈、按鍵、定時(shí)器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：學(xué)號(hào)：學(xué)院：專業(yè)：班級(jí)：指導(dǎo)教師：實(shí)驗(yàn)1、流水燈實(shí)驗(yàn)1.1實(shí)驗(yàn)要求編程控制實(shí)驗(yàn)板上LED燈輪流點(diǎn)亮、熄滅，中間間隔一定時(shí)間。1.2原理分析實(shí)驗(yàn)主要考察對(duì)STM32F10X系列單片機(jī)GPIO的輸出操作。參閱數(shù)據(jù)手冊(cè)可知，通過軟件編程，GPIO可以配置成以下幾種模式：

輸入浮空

輸入上拉

輸入下拉

模擬輸入

開漏輸出

推挽式輸出

推挽式復(fù)用功能

開漏式復(fù)用功能根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，應(yīng)該首先將GPIO配置為推挽輸出模式。由原理圖可知，單片機(jī)GPIO輸出信號(hào)經(jīng)過74HC244緩沖器，連接LED燈。由于74HC244的OE1和OE2都接地，為相同電平，故A端電平與Y端電平相同且LED燈共陽，所以，如果要點(diǎn)亮LED，GPIO應(yīng)輸出低電平。反之，LED燈熄滅。1.3程序分析軟件方面，在程序啟動(dòng)時(shí)，調(diào)用SystemInit()函數(shù)（見附錄1），對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘等關(guān)鍵部分進(jìn)行初始化，然后再對(duì)GPIO進(jìn)行配置。GPIO配置函數(shù)為SZ_STM32_LEDInit()（見附錄2），函數(shù)中首先使能GPIO時(shí)鐘：RCC_APB2PeriphClockCmd(GPIO_CLK[Led],ENABLE);然后配置GPIO輸入輸出模式：GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP；再配置GPIO端口翻轉(zhuǎn)速度：配置過程較為復(fù)雜，涉及到搶占優(yōu)先級(jí)和響應(yīng)優(yōu)先級(jí)的概念。程序首先將所有外部中斷歸為NVIC_PriorityGroup_2,即2位搶占優(yōu)先級(jí)和2位響應(yīng)優(yōu)先級(jí)：NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2)；然后將所有外部中斷信號(hào)的搶占優(yōu)先級(jí)規(guī)定為0、1、2，使其可以相互區(qū)別，并將配置好的參數(shù)寫入對(duì)應(yīng)寄存器中，完成配置：NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=GPIO_KEY1_EXTI_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=GPIO_KEY2_EXTI_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=GPIO_KEY3_EXTI_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure)。初始化完成后，程序進(jìn)入等待按鍵中斷觸發(fā)狀態(tài)，一旦按鍵按下，則進(jìn)入中斷服務(wù)函數(shù)EXTI9_5_IRQHandler()（見附錄7）中。在函數(shù)中對(duì)LED燈進(jìn)行點(diǎn)亮、熄滅操作，并重置中斷產(chǎn)生標(biāo)志位。實(shí)驗(yàn)流程圖如下（主函數(shù)代碼見附錄8）：硬件連接方式如下圖所示：2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)三、定時(shí)器實(shí)驗(yàn)3.1實(shí)驗(yàn)要求利用STM32的通用定時(shí)器TIM5產(chǎn)生一個(gè)1S的中斷，在中斷函數(shù)中實(shí)現(xiàn)LED1、LED2、LED3、LED4同時(shí)翻轉(zhuǎn)的效果。3.2原理分析實(shí)驗(yàn)主要考察對(duì)STM32F10X系列單片機(jī)定時(shí)器的使用。實(shí)驗(yàn)中使用的STM32F107單片機(jī)有多達(dá)10個(gè)定時(shí)器，包括：

多達(dá)4個(gè)16位定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有多達(dá)4個(gè)用于輸入捕獲/輸出比較/PWM或脈沖計(jì)數(shù)的通道和增量編碼器輸入

1個(gè)16位帶死區(qū)控制和緊急剎車，用于電機(jī)控制的PWM高級(jí)控制定時(shí)器

2個(gè)獨(dú)立的看門狗定時(shí)器（獨(dú)立的和窗口型的）

系統(tǒng)時(shí)間定時(shí)器：24位自減型計(jì)數(shù)器

2個(gè)16位基本定時(shí)器用于驅(qū)動(dòng)DAC根據(jù)時(shí)鐘樹可知，系統(tǒng)時(shí)鐘經(jīng)過分頻之后，進(jìn)入TIM5的時(shí)鐘模塊入口，在經(jīng)過預(yù)分頻處理，才供給TIM5作時(shí)鐘使用。預(yù)分頻器的系數(shù)為：TIMx_PSC，當(dāng)TIMx_PSC=0時(shí)表示不分頻，則TIM5定時(shí)器的時(shí)鐘

用CK_CNT=模塊入口時(shí)鐘72MHz；當(dāng)TIMx_PSC=1時(shí)表示不分頻，則TIM5定時(shí)器的時(shí)鐘用CK_CNT=模塊入口時(shí)鐘36MHz；以此類推。公式為：CK_CNT=fCK_PSC/(PSC[15:0]+1)，其中PSC最大為65535。

其次是TIM5計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值的設(shè)置，TIM5計(jì)數(shù)器以CK_CNT為時(shí)鐘計(jì)數(shù)，向下計(jì)數(shù)到0或向上計(jì)數(shù)到設(shè)定值（TIMx_ARR）則產(chǎn)生中斷。以向上計(jì)數(shù)為例，從0開始計(jì)數(shù)到設(shè)定值TIMx_ARR時(shí)產(chǎn)生中斷。要產(chǎn)生一秒一次中斷則要使計(jì)數(shù)器的值乘以預(yù)分頻的值=系統(tǒng)時(shí)鐘72MHz，其中計(jì)數(shù)器的值和預(yù)分頻值都必須小于65535。我們使預(yù)分頻值為7200，計(jì)數(shù)器值為10000，則7200*10000=72,000,000即72M。其中拆分方法很多35000*2000=72,000,000，只要注意計(jì)數(shù)器的值和預(yù)分頻值都必須小于65535即可。當(dāng)計(jì)數(shù)值溢出后，會(huì)改變計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位，并產(chǎn)生定時(shí)器中斷，實(shí)驗(yàn)中使用其產(chǎn)生中斷來進(jìn)行LED燈翻轉(zhuǎn)。3.3程序分析LED初始化部分與實(shí)驗(yàn)一相同，完成初始化后，點(diǎn)亮所有LED燈。定時(shí)器配置函數(shù)為TIM5_Init()（見附錄6）。配置函數(shù)首先使能計(jì)數(shù)器時(shí)鐘：RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5,ENABLE)；然后自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)值，計(jì)數(shù)從0開始：TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=(100-1)；再對(duì)計(jì)時(shí)器進(jìn)行預(yù)分頻系數(shù)設(shè)置：TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=(7200-1)；并將計(jì)數(shù)器設(shè)置為向上計(jì)數(shù)：TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up；最后寫入計(jì)時(shí)器配置寄存器，完成配置：TIM_TimeBaseInit(TIM5,&TIM_TimeBaseStructure)。配置完成后，還要對(duì)計(jì)數(shù)器溢出標(biāo)志位進(jìn)行清零，并打開溢出中斷，使能計(jì)數(shù)器以開始計(jì)數(shù)。TIM_ClearITPendingBit(TIM5,TIM_IT_Update);TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update,ENABLE);TIM_Cmd(TIM5,ENABLE)。定時(shí)器配置完成并使能后，計(jì)數(shù)器開始工作，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)設(shè)的計(jì)數(shù)值之后，產(chǎn)生中斷信號(hào)。系統(tǒng)在進(jìn)行相關(guān)配置后可以響應(yīng)定時(shí)器產(chǎn)生的中斷，中斷配置函數(shù)為NVIC_Configuration()（見附錄7）。函數(shù)首先將中斷向量表首地址置于0x08000000：NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH,0x0000)；然后使能TIM5中斷：NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM5_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;最后將配置參數(shù)寫入中斷控制寄存器，完成配置：NVIC_Init(&NVIC_InitStructure)。一旦中斷產(chǎn)生，系統(tǒng)會(huì)對(duì)中斷產(chǎn)生響應(yīng)，暫停所有正在執(zhí)行的低優(yōu)先級(jí)任務(wù)且將任務(wù)信息和數(shù)據(jù)壓入對(duì)應(yīng)對(duì)戰(zhàn)區(qū)，并進(jìn)入中斷服務(wù)函數(shù)TIM5_IRQHandler()（見附錄8）中進(jìn)行處理。在中斷服務(wù)函數(shù)中判斷并清除了中斷標(biāo)志位，以便定時(shí)器下一次計(jì)數(shù)中斷產(chǎn)生。函數(shù)中調(diào)用了LED_Spark()函數(shù)（見附錄9），實(shí)現(xiàn)了LED的閃爍。程序流程圖如下：硬件連接方式如下圖所示：實(shí)驗(yàn)四、按鍵中斷控制LED燈定時(shí)閃爍4.1實(shí)驗(yàn)要求綜合實(shí)驗(yàn)一、二、三，利用STM32讀取外部按鍵狀態(tài)，按鍵按下一次產(chǎn)生一次外部中斷在中斷處理函數(shù)中使按鍵所對(duì)應(yīng)的燈閃爍，閃爍間隔通過定時(shí)器定時(shí)控制。其中，SKEY1控制LED1以1S為間隔，閃爍3次，SKEY2控制LED2以2S為間隔閃爍3次，SKEY3控制LED3以3S為間隔，閃爍3次。4.2原理分析實(shí)驗(yàn)需要用到STM32的GPIO輸入輸出操作，GPIO外部中斷和內(nèi)部定時(shí)器中斷。在以上三個(gè)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)各個(gè)部分都已經(jīng)進(jìn)行過詳盡的解釋，這里不再贅述。 此實(shí)驗(yàn)需要將以上實(shí)驗(yàn)做綜合，并對(duì)時(shí)序進(jìn)行調(diào)整。難點(diǎn)為，對(duì)GPIO外部中斷和定時(shí)器內(nèi)部中斷的處理，即如何確定兩種不同中斷的優(yōu)先級(jí)。這里的使用的方法是，將所有按鍵外部中斷置于中斷分組2，即NVIC_PriorityGroup_2中。將所有按鍵中斷搶占優(yōu)先級(jí)置為0，即最高級(jí)別中斷，響應(yīng)優(yōu)先級(jí)置分別置為1、2、3，相互區(qū)別。將定時(shí)器中斷搶占優(yōu)先級(jí)置為1，相應(yīng)優(yōu)先級(jí)社會(huì)中低于按鍵中斷，使其可以被按鍵信號(hào)中斷計(jì)時(shí)，并刷新LED閃爍狀態(tài)。4.3程序分析這在程序初始化階段，分別對(duì)LED、按鍵外部中斷和定時(shí)器中斷進(jìn)行初始化。主函數(shù)如下：intmain(void){ /*LED初始化*/LED_config(); /*LED閃爍?*/Led_Turn_on_all();Delay(3000000);Led_Turn_off_all();Delay(3000000);Led_Turn_on_all();Delay(3000000);Led_Turn_off_all();Delay(3000000);Led_Turn_on_all();Delay(3000000);Led_Turn_off_all(); /*按鍵初始化*/GPIO_KEY_Config(); /*按鍵外部中斷初始化*/KEY_EXIT_In