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嵌入式系统课程设计

嵌入式系统课程设计

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目录:

1.系统要求

2.设计方案

三.程序流程图

四.软件设计

五.课程总结与个人体会

一、系统要求

使用STM32F103作为主控CPU设计一个温度综合测控系统,具体要求:

1、使用热敏电阻或者内部集成的温度传感器检测环境温度,每秒检测一次温度,对检测到的温度进行数字滤波(可以使用平均法)。

记录当前的温度值和时间。

2、使用计算机,通过串行通信获取STM32F103检测到的温度和所对应的时间。

3、使用计算机进行时间的设定。

4、使用计算机进行温度上限值和下限值的设定。

5、若超过上限值或者低于下限值,则STM32进行报警提示。

2、设计方案

本次课程设计的要求是使用STM32F103设计一个温度测控系统,这款单片机集成了很多的片上资源,功能十分强大,我使用了以下部分来完成课程设计的要求:

1、STM32F103内置了3个12位A/D转换模块,最快转换时间为1us。

本次课程设计要求进行温度测定,于是使用了其中一个ADC对片上温度传感器的内部信号源进行转换。

当有多个通道需要采集信号时,可以把ADC配置为按一定的顺序来对各个通道进行扫描转换,本设计只采集一个通道的信号,所以不使用扫描转换模式。

本设计需要循环采集电压值,所以使用连续转换模式。

2、本次课程设计还使用到了DMA。

DMA是一种高速的数据传输操作,允许在外部设备和储存器之间利用系统总线直接读写数据,不需要微处理器干预。

使能ADC的DMA接口后,DMA控制器把转换值从ADC数据寄存器(ADC_DR)中转移到变量ADC_ConvertedValue中,当DMA传输完成后,在main函数中使用的ADC_ConvertedValue的内容就是ADC转换值了。

3、STM32内部的温度传感器和ADCx_IN16输入通道相连接,此通道把传感器输出的电压值转换成数字值。

STM内部的温度传感器支持的温度范围:

-40到125摄氏度。

利用下列公式得出温度

温度(°C)={(V25-VSENSE)/Avg_Slope}+25

式中V25是VSENSE在25摄氏度时的数值(典型值为)

Avg_Slope是温度与VSENSE曲线的平均斜率(典型值为C)

利用均值法对转换后的温度进行滤波,将得到的温度通过串口输出。

4、本设计采用了USART1作为串行通信接口,来进行时间、温度的传输,以及进行时间和温度上下限的设定。

5、当温度超过上下限时,开发板上的灯会相应亮起作为警报,使用了GPIO配置引脚。

6、时间计时使用了systick时钟,并配置其中断,由此进行一秒定时,实现时钟的实时显示。

7、时间设定部分参考了一个两位数字读取的函数,在进入主循环前设定参数,从而避免了在串口中断中输入只能一次性输入所有参数的弊端。

3、程序流程图

 

4、软件设计

用到的库文件:

,,,,,,

自己编写的文件:

,,

main文件:

#include""

#include""

#include""

#defineADC1_DR_Address((uint32_t)0x4001244C)

extern__IOu16ADC_ConvertedValue;

extern__IOu16calculated_temp;

__IOu16Current_Temp;

unsignedcharsec=0,min=0,hour=0;

typedefstruct

{

inttm_sec;

inttm_min;

inttm_hour;

}rtc_time;

rtc_timesystmtime;

__IOu16upper_bound;

__IOu16lower_bound;

//staticuint8_tUSART_Scanf(uint32_tvalue);

voidTime_Regulate(rtc_time*tm);

unsignedintTimingDelay=0;

unsignedintKEY_ON;

unsignedintKEY_OFF;

voidDelay(u32count)

{

u32i=0;

for(;i

}

voidLED_GPIO_Config()

{

GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD,ENABLE);//使能PD端口时钟

=GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11;//LED0-->端口配置

=GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出

=GPIO_Speed_50MHz;//IO速度50MHz

GPIO_Init(GPIOD,&GPIO_InitStructure);//根据设定参数初始化

}

voidSysTick_Init()

{

if(SysTick_Config(SystemCoreClock/1000))

{

while

(1);

}

SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;//关闭滴答定时器

//SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;//开启滴答定时器

}

voidDelay_ms(__IOu32nTime)

{

TimingDelay=nTime;

SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;//打开

while(TimingDelay!

=0);

}

voidRCC_Config(void)//配置时钟

{

RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1,ENABLE);//DMA

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1|RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);//ADC1andGPIOC

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//USART

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD,ENABLE);//使能PD端口时钟LED

}

voidGPIO_Config(void)

{

GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;

/***Config(ADC1)***/

=GPIO_Pin_1;

=GPIO_Mode_AIN;

GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);

/***ConfigLED***/

=GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出

=GPIO_Speed_50MHz;//IO速度50MHz

GPIO_Init(GPIOD,&GPIO_InitStructure);//根据设定参数初始化

/***ConfigUSART***/

/*ConfigureUSART1Txasalternatefunctionpush-pull*/

=GPIO_Pin_9;

=GPIO_Mode_AF_PP;

=GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

/*ConfigureUSART1Rxasinputfloating*/

=GPIO_Pin_10;

=GPIO_Mode_IN_FLOATING;

GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

}

voidDMA_Config(void)

{

/*DMAchannel1configuration*/

DMA_InitTypeDefDMA_InitStructure;

DMA_DeInit(DMA1_Channel1);

=ADC1_DR_Address;/*ADC*/

=(u32)&ADC_ConvertedValue;

=DMA_DIR_PeripheralSRC;

=16;

=DMA_PeripheralInc_Disable;

=DMA_MemoryInc_Disable;

=DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;

=DMA_MemoryDataSize_HalfWord;

=DMA_Mode_Circular;

=DMA_Priority_High;

=DMA_M2M_Disable;

DMA_Init(DMA1_Channel1,&DMA_InitStructure);

/*EnableDMAchannel1*/

DMA_Cmd(DMA1_Channel1,ENABLE);

}

voidADC1_Config(void)

{ADC_InitTypeDefADC_InitStructure;

=ADC_Mode_Independent;

=ENABLE;

=ENABLE;

=ADC_ExternalTrigConv_None;

=ADC_DataAlign_Right;

=1;

ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure);

/*ADC1regularchannel16configuration*/

ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_16,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);

ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE);

ADC_DMACmd(ADC1,ENABLE);

ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);

ADC_ResetCalibration(ADC1);

while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));

ADC_StartCalibration(ADC1);

while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));

ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);

}

voidUSART1_Config(void)

{

USART_InitTypeDefUSART_InitStructure;

=9600;

=USART_WordLength_8b;

=USART_StopBits_1;

=USART_Parity_No;

=USART_HardwareFlowControl_None;

=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;

USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);

//USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE);//接收使能

//USART_ITConfig(USART1,USART_IT_TXE,ENABLE);//发送使能

USART_Cmd(USART1,ENABLE);//启动串口

}

staticuint8_tUSART_Scanf(uint32_tvalue)//字符串读取函数

{

uint32_tindex=0;

uint32_ttmp[2]={0,0};

while(index<2)

{

/*LoopuntilRXNE=1*/

while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE)==RESET)

{

}

tmp[index++]=(USART_ReceiveData(USART1));

if((tmp[index-1]<0x30)||(tmp[index-1]>0x39))

{

printf("\n\r请输入有效数字0到9-->:

");

index--;

}

}

index=(tmp[1]-0x30)+((tmp[0]-0x30)*10);

/*Checks*/

if(index>value)

{

printf("\n\r请输入有效数字0到%d",value);

return0xFF;

}

returnindex;

}

voidTime_Regulate(rtc_time*tm)//时间设定函数

{

uint32_tTmp_HH=0xFF,Tmp_MI=0xFF,Tmp_SS=0xFF;

uint32_tTmp_up=0xff,Tmp_low=0xff;

printf("\r\n设定温度范围");

printf("\r\n输入温度上限:

");

while(Tmp_up==0xFF)

{

Tmp_up=USART_Scanf(99);

}

printf("\n\r温度上限为%C\n\r",Tmp_up);

upper_bound=Tmp_up;

//-------------------

printf("\r\n输入温度下限:

");

while(Tmp_low==0xFF)

{

Tmp_low=USART_Scanf(99);

}

printf("\n\r温度下限为%C\n\r",Tmp_low);

lower_bound=Tmp_low;

printf("\r\n设定时间");

Tmp_HH=0xFF;

printf("\r\n设定小时:

");

while(Tmp_HH==0xFF)

{

Tmp_HH=USART_Scanf(23);

}

printf("\n\r设定小时为%d\n\r",Tmp_HH);

tm->tm_hour=Tmp_HH;

Tmp_MI=0xFF;

printf("\r\n设定分钟:

");

while(Tmp_MI==0xFF)

{

Tmp_MI=USART_Scanf(59);

}

printf("\n\r设定分钟为%d\n\r",Tmp_MI);

tm->tm_min=Tmp_MI;

Tmp_SS=0xFF;

printf("\r\n设定秒:

");

while(Tmp_SS==0xFF)

{

Tmp_SS=USART_Scanf(59);

}

printf("\n\r设定秒为%d\n\r",Tmp_SS);

tm->tm_sec=Tmp_SS;

}

intfputc(intch,FILE*f)//重定向函数

{

USART_SendData(USART1,(unsignedchar)ch);

//while(!

(USART1->SR&USART_FLAG_TXE));

while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)!

=SET);

return(ch);

}

/*****************************主函数***********************************************/

intmain(void)

{

#ifdefDEBUG

#endif

SysTick_Init();

LED_GPIO_Config();

RCC_Config();

GPIO_Config();

DMA_Config();

ADC1_Config();

USART1_Config();

Delay(5000);

Time_Regulate(&systmtime);

GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_8);

GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_9);

GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_10);

GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_11);

sec=;

min=;

hour=;

while

(1)

{

sec++;

if(sec==60)

{sec=0;min++;

if(min==60)

{

min=0;hour++;

if(hour==24)

{

hour=0;

}

}

}

printf("\r\n当前时间:

%d:

%d:

%d\r\n",hour,min,sec);

printf("\r\n当前温度:

%02dC温度上限:

%02dC温度下限:

%02dC\r\n",Average_Temp,upper_bound,lower_bound);

GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_8);

GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_9);

GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_10);

GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_11);

if(((int)Current_Temp)>((int)upper_bound))

{

GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_8);

}

elseif(((int)Current_Temp)<((int)lower_bound))

{

GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_11);

}

else{

GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_8);

GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_9);

GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_10);

GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_11);}

Delay_ms(1000);

}

}

文件:

/*Includes------------------------------------------------------------------*/

#include""

/*Privatefunctions---------------------------------------------------------*/

voiddisplay(void)

{

unsignedcharad_data,ad_value_max,ad_value_min;

ad_data=Current_Temp;

if(ad_sample_cnt==0)

{

ad_value_max=ad_data;

ad_value_min=ad_data;

}

elseif(ad_data

{

ad_value_min=ad_data;

}

elseif(ad_data>ad_value_max)

{

ad_value_max=ad_data;

}

ad_value_sum+=ad_data;

ad_sample_cnt++;

if(ad_sample_cnt==10)

{

ad_value_sum-=ad_value_min;

ad_value_sum-=ad_value_max;

ad_value_sum/=8;

calculated_temp=ad_value_sum;

ad_sample_cnt=0;

ad_value_min=0;

ad_value_max=0;

}

}

voidSysTick_Handler(void)

{

TimingDelay--;

ADC_tempValueLocal=ADC_ConvertedValue;

//printf("\n%02d\n,ADC_ConvertedValue");

Current_Temp=(V25-ADC_tempValueLocal)/Avg_Slope+25;

temp_sum+=Current_Temp;

temp_cnt++;

if(temp_cnt>=10)

{

temp_cnt=0;

temp_sum/=10;

Average_Temp=temp_sum;

temp_sum=0;

}

//printf("\r\nThecurrenttemperature=%02dC\r\n",calculated_temp);

}

5、课程总结与个人体会

嵌入式开发是自动化专业的主要课程之一,现实生活中,嵌入式在应用可以说得是无处不在。

因此在大学中掌握嵌入式的开发技术是十分重要的,也是十分必要的。

本次使用基于Cortex-M3内核的32位ARM处理器stm32作为主控制器,设计了一种温度测控系统。

系统中,使用了ADC、DMA、温度传感器、USART、GPIO、定时器、NVIC等资源,实践了课上所学的内容,深深体会到了应用的重要性。

在课程设计的过程中,为了减小干扰的影响,数据采集后,平均算法进行温度输出。

并利用串口设计了简单的交互系统,虽然没有使用上位机,但也达到了比较好的效果。

通过本次课程设计,着实经历到了很多想象不到的困难,自己的一些想法也不够成熟,最后还是参考了别人的解决方案,这让我深深认识到在嵌入式开发这条路上,与别人交流学习是提升自己的非常有效的方式。

在设计串口设定时间的程序时,我最开始的想法是通过USART的中断进行输入字符的识别,从而分别设定时间以及温度上下限,可是经过自己的冥思苦想还是想不出来,怎么都实现不了。

无奈之下,我只好去隔壁寝室的大神那里虚心求教,在参考了他的程序之后我恍然大悟,选择了在循环之外先按顺序读取字符串的方法,顺利解决了我的问题,让我深深认识到了交流的重要性,在自己的想法不够完善时,多多了解些别人的算法对提升自己是有很大帮助的。

由于之前没有完整开发一个有较多功能系统的经历,在本次做课程设计的过程中,走了不少的弯路,也学到很多课本上没有的知识。

使用库开发Stm32时,非常注重模块化的概念,不

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