單片機產品設計與制作

（stm32機型）袁秀英石梅香項目1、利用GPIO和位帶操作實現溫度報警任務1.5利用位操作實現溫度報警器總目錄1項目1、利用GPIO和位帶操作實現溫度報警

2項目2、利用SysTick實現溫度報警與控制

3項目3、利用按鍵查詢實現參數設定及顯示

4項目4、利用外部中斷實現工件計數顯示

5項目5、利用定時器實現直流電動機PWM調速6項目6、利用計數器實現工件計數顯示和打包控制

7項目7、利用ADC實現土壤濕度采集

具體工作任務設計基于STM32單片機的溫度報警器，實現如下功能：

溫度超過設定溫度（30℃）時，報警燈點亮；否則，報警燈熄滅。請進行1、方案設計2、器件選型3、電路和程序設計4、完成軟硬件調試。項目總目標1、了解單片機的發展及用途，理解其關鍵概念與術語；2、了解單片機產品的開發過程，會使用開發工具進行軟硬件設計與調試；3、理解基于STM32F103ZET6的電源電路原理，能夠獨立進行電源電路的設計與調試；4、理解按鍵、溫度開關等簡單DI電路的原理，能夠獨立進行類似電路的設計與調試；5、理解LED等簡單DO電路的原理，能夠獨立進行類似電路的設計與調試；6、掌握基于HAL庫函數的GPIO引腳讀寫和位操作編程方法；7、能夠按照分組管理的模塊化設計方法進行程序設計與調試；8、了解STM32GPIO電路的內部結構；9、會查找相關資料、閱讀相關文獻。子目錄1項目1、利用GPIO和位帶操作實現溫度報警

1.1任務1.1 認識STM32單片機及其開發工具1.2任務1.2 方案設計

1.3任務1.3 電路設計

1.4任務1.4 程序設計

1.5任務1.5 利用位帶操作實現溫度報警

1.6任務1.6 stm32軟硬件深入（一）

任務1.5利用位操作實現溫度報警器1、理解位操作的基本概念，會利用給出的框架和位操作文件，

編寫GPIO位操作程序；2、會給程序加入宏定義，提高程序的可移植性；3、理解分組管理的模塊化程序設計思路，會利用現有框架，

設計調試自己的模塊化程序。課程回顧——基于STM32的溫度報警器電路課程回顧——流程圖課程回顧——程序結構voidGPIOA_Init(){}voidGPIOC_Init(){}int

main(){}//包含聲明，頭文件stm32f1xx.h中包含了關于stm32單片機的各種定義#include"stm32f1xx.h"http://main()函數，主函數，復位后首先運行的函數//兩個子函數，運行中被main()調用數課程回顧——GPIO庫函數GPIO_PinState

HAL_GPIO_ReadPin（GPIO_TypeDef

*GPIOx

，

uint16_t

GPIO_Pin）端口名引腳號讀GPIO引腳void

HAL_GPIO_WritePin

（GPIO_TypeDef*GPIOx，

uint16_t

GPIO_Pin，GPIO_PinState

PinState）端口名引腳號寫GPIO引腳輸出值HAL_StatusTypeDef

HAL_Init（

）HAL初始化void

HAL_GPIO_Init（GPIO_TypeDef*GPIOx，GPIO_InitTypeDef*GPIO_Init）GPIO初始化端口名GPIO初始化變量

__HAL_RCC_GPIOx_CLK_ENABLE（）開啟GPIO時鐘

__HAL_RCC_GPIOx_CLK_DISABLE（）關閉GPIO時鐘GPIO引腳的位操作讀PA0引腳輸入給變量AAA，可直接寫：AAA=PAin（0）；相當于：AAA=HAL_GPIO_ReadPin（GPIOA,GPIO_PIN_0）；向PA0引腳輸出0，可寫語句：PAout（0）=0；相當于：HAL_GPIO_WritePin（GPIOA，GPIO_PIN_0，GPIO_PIN_RESET）；這就是位操作，也稱為位帶（BitBand）操作。這種輸入輸出方法和51單片機很相似，因此特別受熟悉51單片機編程人員的歡迎。這也是我們后續主要采用的GPIO引腳讀寫方法。直接使用GPIO管腿號進行數據輸入輸出，例如：搭建帶有位操作的程序框架“01-01-程序框架-加入位操作”中包含有sys.c和sys.h兩個文件。含有位操作的定義有了這兩個文件，我們就可以使用諸如PAin（0）、PAout（0）等符號進行GPIO位讀寫操作了。搭建帶有位操作的程序框架（1）復制文件夾“01-01-程序框架-加入位操作”，將其保存，以便以后使用。（2）再復制一次，將副本文件夾名修改為：01-03-溫度報警器-位操作-方法1。（3）打開“01-03-溫度報警器-位操作-方法1”，修改工程名為：Temperature_Alarm。（4）雙擊文件：Temperature_Alarm，打開工程。搭建帶有位操作的程序框架（5）觀察Project中增加了SYSTEM文件夾和sys.c文件。（6）打開main.c，多了一條：#include“sys.h”。（7）進行編譯（compile）、生成（build）操作，確保框架沒有錯誤（error）和警告（warning）。做完后會在左側的Project窗口中點擊的sys.c前的“+”號，可以找到sys.h。程序編輯與調試（1）將“01-02-溫度報警器-GPIO讀寫”中main.c內容復制粘貼過來，再對照以下程序進行修改。（2）檢查聲明部分是否包含了“sys.h”。（3）屏蔽第19行的GPIOC_Init（）函數中的GPIO寫引腳函數。（4）增加20行：PCout（0）=1；此句的功能與19行相同。（5）修改23、28、29、30行。（6）做編譯生成操作，直到沒有錯誤和警告。程序分析?PAin（0），就是輸入PA0，相當于語句：HAL_GPIO_ReadPin（GPIOA，GPIO_PIN_0）；利用sys.c和sys.h文件提供的位操作方法時，不支持GPIO_PinState數據類型，應將其數據類型設為uint16_t（第23行）?PCout（0）=0，就是讓PC0管腿輸出0，相當于語句：HAL_GPIO_WritePin（GPIOC，GPIO_PIN_0，GPIO_PIN_RESET）；?PCout（0）=1，就是讓PC0管腿輸出1，相當于語句：HAL_GPIO_WritePin（GPIOC，GPIO_PIN_0，GPIO_PIN_SET）；大家看，這樣寫程序根本不用記復雜的庫函數，而是直接使用管腿號和in、out符號：輸入PA0就是PAin（0），輸出PA0就是PAout（0），是不是特別簡明！這種通過直呼GPIO引腳名進行數據輸入輸出的方法，就是位操作。還可以將主函數修改如下：程序修改“！”是邏輯取反運算符。這種編程方法不需要定義中間變量temperature（1）復制文件夾“01-03-溫度報警器-位操作-方法1”。（2）將副本文件夾名修改為：01-04-溫度報警器-位操作-方法2。（3）雙擊文件：Temperature_Alarm，打開工程。（4）修改主函數（5）編譯、生成、下載、調試6、位操作支持文件的初步解讀本程序能夠使用PAin（0）、PAout（0）等符號進行位操作，是由于有sys.h文件的支持。程序分析至于第66～85行其它內容是什么意思，為什么這么寫就能實現位操作，我們暫不理會，留待以后研究。打開sys.h文件，第66行和67行定義了PAout（n）和PAin（n），n=0～15。第64～85行定義了每一個GPIO管腿的位操作名。練習編寫程序，利用位操作，實現：按下開發板上的K_DOWN按鍵（連接在PE3上），LED5（連接在PC6）點亮。利用宏定義實現溫度報警器1、程序框架搭建（1）復制文件夾：01-04-溫度報警器-加入位操作-方法2；（2）修改副本名字為：01-05-溫度報警器-位操作-加入宏定義；（3）雙擊Temperature_Alarm，打開工程。

2、管腿再定義

給每一個管腿都起一個有意義的名字。利用宏定義實現溫度報警器利用宏定義實現溫度報警器3、程序編輯與調試利用#define語句，在程序中增加關于這些引腳的再定義，然后在程序中直接使用這些管腿的名字。具體修改如下，請大家注意第3～14行、第31行、第38行。使用宏定義給管腿起名的好處：（1）意義清晰，可讀性好。（2）程序的移植性好。4、軟硬件聯調對程序進行編譯生成操作，將程序下載到開發板。反復操作按鍵，觀察LED顯示情況是否正確。編寫程序，利用宏定義和位操作，實現：按下開發板上的K_LEFT按鍵（連接在PE2上），LED8（連接在PC7）點亮。練習利用分組管理實現溫度報警1、框架結構再觀察仔細觀察Project（工程）窗口，我們發現：（1）在Temperature_Alarm工程中，包含Target1（目標）文件夾；（2）Target1中包含USER、CORE等多個文件夾，這些文件夾也被稱為Group（組）；（7）HARDWARE（硬件）組：用來存放我們自己編寫的一些關于硬件初始化的文件。（3）USER（用戶）組：內含我們熟悉的main.c文件；（4）SYSTEM（系統）組：內含位帶操作需要的sys.c和sys.h等文件；（5）CORE（內核）組：內含啟動文件以及ARM公司提供的內核文件；（6）HALLIB（HALLibrary，HAL庫）組：內含ST公司提供HAL庫文件。利用分組管理實現溫度報警2、主函數結構再觀察這種結構用戶把自己編輯的所有函數都放在文件main.c中，因此簡單直觀。但是如果子函數比較多或者比較長，程序就會很冗長，不容易抓住重點。利用分組管理實現溫度報警3、分組管理的思路類似位帶操作的sys.c和sys.h，將按鍵和LED初始化函數獨立，寫在key.c、key.h、led.c、led.h文件中；再把它們放到某個組Group，例如HARDWARE里，這樣，只要在main.c的開頭用#include將對應頭文件包含進來，主文件里就不需要再書寫那些子函數了。這樣的文件管理方式，就是分組管理。利用分組管理實現溫度報警4、框架搭建為實現分組管理，我們可以按以下步驟進行操作。（1）退出Keil，復制文件夾：01-05-溫度報警器-位操作-加入宏定義；（2）修改副本文件夾名為：01-06-溫度報警器-位操作-加入宏定義-分組管理，（3）打開后，在HARDWARE中新建兩個文件夾：KEY和LED；（4）復制SYSTEM文件夾中的sys.c和sys.h到KEY和LED，

分別修改文件名為key.c、key.h、led.c、led.h。利用分組管理實現溫度報警5、Project設置（1）雙擊Temperature_Alarm，打開工程；（2）HARDWARE——右鍵——AddExistingFilestoGroupHARDWARE（添加已存在的文件到HARDWARE組）；（3）在“查找范圍”項找到KEY，選擇key.c，點擊Add按鈕，將該文件添進來;（4）在“查找范圍”項找到LED，選擇led.c，點擊Add按鈕，將該文件添進來;（5）點擊“Close”，結束文件添加。利用分組管理實現溫度報警6、包含路徑設置（1）點擊options選項（魔術棒）按鈕，進入options設置頁；（2）進入C/C++頁;（3）找到：IncludePaths（包含路徑）；（4）點擊省略號“…”按鈕，進入包含文件設置頁。利用分組管理實現溫度報警（5）在FolderSetup（文件夾設置）頁，點New（Insert）（新增）和隨后出現的“…”；（6）將HARDWARE文件夾下的KEY和LED文件夾選進來，這樣，才可以讓編譯器找到led.h和key.h文件；（7）完成后點OK，退出Options設置。利用分組管理實現溫度報警7、按鍵初始化程序編輯與調試（1）key.c1）打開key.c，刪除全部內容。2）第一行加入語句：#include“key.h”3）將main.c文件中的函數

GPIOA_Init（）復制到key.c。4）修改函數名為：

KEY_Init（）（見第3行）。5）開啟GPIOA和GPIOE時鐘（第5、6行）6）對4個按鍵進行初始化（第8～16行）按照電路，PA0應設置為下拉（第10行），PE2、PE3、PE4應設置為上拉（15行）。此外第13行利用了“或”操作符“|”，這樣可以同時對多個引腳進行操作。7）編輯完成后，對照以上程序仔細檢查。8）對key.c進行編譯操作。如果無錯，就可以在Project窗口中的key.c前面看到“+”號。9）點擊“+”號，展開后可以就可以找到key.h。利用分組管理實現溫度報警（2）key.h1）打開key.h文件，編輯內容如下。利用分組管理實現溫度報警2）key.h中的第5行到第8行，直接剪切自main.c，為四個管腿起名。3）第10行，則聲明了函數KEY_Init（）。4）由于5～8行的定義中使用了位操作，第3行還聲明包含文件sys.h。5）第1行和最后一行的意思是：如果不曾定義符號_KEY_H（#ifndef_KEY_H），則做后面的內容，直到#endif，即做第2～10行的內容（定義符號_KEY_H（#define_KEY_H）等。否則，即如果已經定義過此符號，則不再做2～10行的內容，以免重復定義。最后的#endif代表結束第一行的ifndef。符號_KEY_H由文件名key.h演化而來，不一定非要是這個符號，但必須唯一。（3）文件分工“key.c”文件主要用于編寫按鍵初始化子函數。“key.c”文件的開頭應聲明：#include“key.h”。“key.h”文件主要用于按鍵定義、并對key.c中的函數進行聲明。“key.h”文件還用于聲明按鍵初始化函數需要包含的其它頭文件（例如sys.h）利用分組管理實現溫度報警利用分組管理實現溫度報警8、LED初始化程序設計與調試設計思路與按鍵初始化相同。（1）led.c第6～8行不僅使用了“或”操作符“|”，還使用了“換行連接”操作符“\”。這可以使一行不那么長。利用分組管理實現溫度報警（1）led.h文件利用分組管理實現溫度報警9、主程序設計與調試第3行和第4行：聲明包含key.h和led.h。這兩個文件分別聲明了KEY_Init（）和LED_Init（）函數，這樣，