单片机产品设计与调试-基于STM32F1xx机型和HAL库函数 课件 任务1.5 利用位操作实现温度报警器

单片机产品设计与制作

（stm32机型）袁秀英石梅香项目1、利用GPIO和位带操作实现温度报警任务1.5利用位操作实现温度报警器总目录1项目1、利用GPIO和位带操作实现温度报警

2项目2、利用SysTick实现温度报警与控制

3项目3、利用按键查询实现参数设定及显示

4项目4、利用外部中断实现工件计数显示

5项目5、利用定时器实现直流电动机PWM调速6项目6、利用计数器实现工件计数显示和打包控制

7项目7、利用ADC实现土壤湿度采集

具体工作任务设计基于STM32单片机的温度报警器，实现如下功能：

温度超过设定温度（30℃）时，报警灯点亮；否则，报警灯熄灭。请进行1、方案设计2、器件选型3、电路和程序设计4、完成软硬件调试。项目总目标1、了解单片机的发展及用途，理解其关键概念与术语；2、了解单片机产品的开发过程，会使用开发工具进行软硬件设计与调试；3、理解基于STM32F103ZET6的电源电路原理，能够独立进行电源电路的设计与调试；4、理解按键、温度开关等简单DI电路的原理，能够独立进行类似电路的设计与调试；5、理解LED等简单DO电路的原理，能够独立进行类似电路的设计与调试；6、掌握基于HAL库函数的GPIO引脚读写和位操作编程方法；7、能够按照分组管理的模块化设计方法进行程序设计与调试；8、了解STM32GPIO电路的内部结构；9、会查找相关资料、阅读相关文献。子目录1项目1、利用GPIO和位带操作实现温度报警

1.1任务1.1 认识STM32单片机及其开发工具1.2任务1.2 方案设计

1.3任务1.3 电路设计

1.4任务1.4 程序设计

1.5任务1.5 利用位带操作实现温度报警

1.6任务1.6 stm32软硬件深入（一）

任务1.5利用位操作实现温度报警器1、理解位操作的基本概念，会利用给出的框架和位操作文件，

编写GPIO位操作程序；2、会给程序加入宏定义，提高程序的可移植性；3、理解分组管理的模块化程序设计思路，会利用现有框架，

设计调试自己的模块化程序。课程回顾——基于STM32的温度报警器电路课程回顾——流程图课程回顾——程序结构voidGPIOA_Init(){}voidGPIOC_Init(){}int

main(){}//包含声明，头文件stm32f1xx.h中包含了关于stm32单片机的各种定义#include"stm32f1xx.h"//main()函数，主函数，复位后首先运行的函数//两个子函数，运行中被main()调用数课程回顾——GPIO库函数GPIO_PinState

HAL_GPIO_ReadPin（GPIO_TypeDef

*GPIOx

，

uint16_t

GPIO_Pin）端口名引脚号读GPIO引脚void

HAL_GPIO_WritePin

（GPIO_TypeDef*GPIOx，

uint16_t

GPIO_Pin，GPIO_PinState

PinState）端口名引脚号写GPIO引脚输出值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初始化变量

__HAL_RCC_GPIOx_CLK_ENABLE（）开启GPIO时钟

__HAL_RCC_GPIOx_CLK_DISABLE（）关闭GPIO时钟GPIO引脚的位操作读PA0引脚输入给变量AAA，可直接写：AAA=PAin（0）；相当于：AAA=HAL_GPIO_ReadPin（GPIOA,GPIO_PIN_0）；向PA0引脚输出0，可写语句：PAout（0）=0；相当于：HAL_GPIO_WritePin（GPIOA，GPIO_PIN_0，GPIO_PIN_RESET）；这就是位操作，也称为位带（BitBand）操作。这种输入输出方法和51单片机很相似，因此特别受熟悉51单片机编程人员的欢迎。这也是我们后续主要采用的GPIO引脚读写方法。直接使用GPIO管腿号进行数据输入输出，例如：搭建带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两个文件。含有位操作的定义有了这两个文件，我们就可以使用诸如PAin（0）、PAout（0）等符号进行GPIO位读写操作了。搭建带有位操作的程序框架（1）复制文件夹“01-01-程序框架-加入位操作”，将其保存，以便以后使用。（2）再复制一次，将副本文件夹名修改为：01-03-温度报警器-位操作-方法1。（3）打开“01-03-温度报警器-位操作-方法1”，修改工程名为：Temperature_Alarm。（4）双击文件：Temperature_Alarm，打开工程。搭建带有位操作的程序框架（5）观察Project中增加了SYSTEM文件夹和sys.c文件。（6）打开main.c，多了一条：#include“sys.h”。（7）进行编译（compile）、生成（build）操作，确保框架没有错误（error）和警告（warning）。做完后会在左侧的Project窗口中点击的sys.c前的“+”号，可以找到sys.h。程序编辑与调试（1）将“01-02-温度报警器-GPIO读写”中main.c内容复制粘贴过来，再对照以下程序进行修改。（2）检查声明部分是否包含了“sys.h”。（3）屏蔽第19行的GPIOC_Init（）函数中的GPIO写引脚函数。（4）增加20行：PCout（0）=1；此句的功能与19行相同。（5）修改23、28、29、30行。（6）做编译生成操作，直到没有错误和警告。程序分析ØPAin（0），就是输入PA0，相当于语句：HAL_GPIO_ReadPin（GPIOA，GPIO_PIN_0）；利用sys.c和sys.h文件提供的位操作方法时，不支持GPIO_PinState数据类型，应将其数据类型设为uint16_t（第23行）ØPCout（0）=0，就是让PC0管腿输出0，相当于语句：HAL_GPIO_WritePin（GPIOC，GPIO_PIN_0，GPIO_PIN_RESET）；ØPCout（0）=1，就是让PC0管腿输出1，相当于语句：HAL_GPIO_WritePin（GPIOC，GPIO_PIN_0，GPIO_PIN_SET）；大家看，这样写程序根本不用记复杂的库函数，而是直接使用管腿号和in、out符号：输入PA0就是PAin（0），输出PA0就是PAout（0），是不是特别简明！这种通过直呼GPIO引脚名进行数据输入输出的方法，就是位操作。还可以将主函数修改如下：程序修改“！”是逻辑取反运算符。这种编程方法不需要定义中间变量temperature（1）复制文件夹“01-03-温度报警器-位操作-方法1”。（2）将副本文件夹名修改为：01-04-温度报警器-位操作-方法2。（3）双击文件：Temperature_Alarm，打开工程。（4）修改主函数（5）编译、生成、下载、调试6、位操作支持文件的初步解读本程序能够使用PAin（0）、PAout（0）等符号进行位操作，是由于有sys.h文件的支持。程序分析至于第66～85行其它内容是什么意思，为什么这么写就能实现位操作，我们暂不理会，留待以后研究。打开sys.h文件，第66行和67行定义了PAout（n）和PAin（n），n=0～15。第64～85行定义了每一个GPIO管腿的位操作名。练习编写程序，利用位操作，实现：按下开发板上的K_DOWN按键（连接在PE3上），LED5（连接在PC6）点亮。利用宏定义实现温度报警器1、程序框架搭建（1）复制文件夹：01-04-温度报警器-加入位操作-方法2；（2）修改副本名字为：01-05-温度报警器-位操作-加入宏定义；（3）双击Temperature_Alarm，打开工程。

2、管腿再定义

给每一个管腿都起一个有意义的名字。利用宏定义实现温度报警器利用宏定义实现温度报警器3、程序编辑与调试利用#define语句，在程序中增加关于这些引脚的再定义，然后在程序中直接使用这些管腿的名字。具体修改如下，请大家注意第3～14行、第31行、第38行。使用宏定义给管腿起名的好处：（1）意义清晰，可读性好。（2）程序的移植性好。4、软硬件联调对程序进行编译生成操作，将程序下载到开发板。反复操作按键，观察LED显示情况是否正确。编写程序，利用宏定义和位操作，实现：按下开发板上的K_LEFT按键（连接在PE2上），LED8（连接在PC7）点亮。练习利用分组管理实现温度报警1、框架结构再观察仔细观察Project（工程）窗口，我们发现：（1）在Temperature_Alarm工程中，包含Target1（目标）文件夹；（2）Target1中包含USER、CORE等多个文件夹，这些文件夹也被称为Group（组）；（7）HARDWARE（硬件）组：用来存放我们自己编写的一些关于硬件初始化的文件。（3）USER（用户）组：内含我们熟悉的main.c文件；（4）SYSTEM（系统）组：内含位带操作需要的sys.c和sys.h等文件；（5）CORE（内核）组：内含启动文件以及ARM公司提供的内核文件；（6）HALLIB（HALLibrary，HAL库）组：内含ST公司提供HAL库文件。利用分组管理实现温度报警2、主函数结构再观察这种结构用户把自己编辑的所有函数都放在文件main.c中，因此简单直观。但是如果子函数比较多或者比较长，程序就会很冗长，不容易抓住重点。利用分组管理实现温度报警3、分组管理的思路类似位带操作的sys.c和sys.h，将按键和LED初始化函数独立，写在key.c、key.h、led.c、led.h文件中；再把它们放到某个组Group，例如HARDWARE里，这样，只要在main.c的开头用#include将对应头文件包含进来，主文件里就不需要再书写那些子函数了。这样的文件管理方式，就是分组管理。利用分组管理实现温度报警4、框架搭建为实现分组管理，我们可以按以下步骤进行操作。（1）退出Keil，复制文件夹：01-05-温度报警器-位操作-加入宏定义；（2）修改副本文件夹名为：01-06-温度报警器-位操作-加入宏定义-分组管理，（3）打开后，在HARDWARE中新建两个文件夹：KEY和LED；（4）复制SYSTEM文件夹中的sys.c和sys.h到KEY和LED，

分别修改文件名为key.c、key.h、led.c、led.h。利用分组管理实现温度报警5、Project设置（1）双击Temperature_Alarm，打开工程；（2）HARDWARE——右键——AddExistingFilestoGroupHARDWARE（添加已存在的文件到HARDWARE组）；（3）在“查找范围”项找到KEY，选择key.c，点击Add按钮，将该文件添进来;（4）在“查找范围”项找到LED，选择led.c，点击Add按钮，将该文件添进来;（5）点击“Close”，结束文件添加。利用分组管理实现温度报警6、包含路径设置（1）点击options选项（魔术棒）按钮，进入options设置页；（2）进入C/C++页;（3）找到：IncludePaths（包含路径）；（4）点击省略号“…”按钮，进入包含文件设置页。利用分组管理实现温度报警（5）在FolderSetup（文件夹设置）页，点New（Insert）（新增）和随后出现的“…”；（6）将HARDWARE文件夹下的KEY和LED文件夹选进来，这样，才可以让编译器找到led.h和key.h文件；（7）完成后点OK，退出Options设置。利用分组管理实现温度报警7、按键初始化程序编辑与调试（1）key.c1）打开key.c，删除全部内容。2）第一行加入语句：#include“key.h”3）将main.c文件中的函数

GPIOA_Init（）复制到key.c。4）修改函数名为：

KEY_Init（）（见第3行）。5）开启GPIOA和GPIOE时钟（第5、6行）6）对4个按键进行初始化（第8～16行）按照电路，PA0应设置为下拉（第10行），PE2、PE3、PE4应设置为上拉（15行）。此外第13行利用了“或”操作符“|”，这样可以同时对多个引脚进行操作。7）编辑完成后，对照以上程序仔细检查。8）对key.c进行编译操作。如果无错，就可以在Project窗口中的key.c前面看到“+”号。9）点击“+”号，展开后可以就可以找到key.h。利用分组管理实现温度报警（2）key.h1）打开key.h文件，编辑内容如下。利用分组管理实现温度报警2）key.h中的第5行到第8行，直接剪切自main.c，为四个管腿起名。3）第10行，则声明了函数KEY_Init（）。4）由于5～8行的定义中使用了位操作，第3行还声明包含文件sys.h。5）第1行和最后一行的意思是：如果不曾定义符号_KEY_H（#ifndef_KEY_H），则做后面的内容，直到#endif，即做第2～10行的内容（定义符号_KEY_H（#define_KEY_H）等。否则，即如果已经定义过此符号，则不再做2～10行的内容，以免重复定义。最后的#endif代表结束第一行的ifndef。符号_KEY_H由文件名key.h演化而来，不一定非要是这个符号，但必须唯一。（3）文件分工“key.c”文件主要用于编写按键初始化子函数。“key.c”文件的开头应声明：#include“key.h”。“key.h”文件主要用于按键定义、并对key.c中的函数进行声明。“key.h”文件还用于声明按键初始化函数需要包含的其它头文件（例如sys.h）利用分组管理实现温度报警利用分组管理实现温度报警8、LED初始化程序设计与调试设计思路与按键初始化相同。（1）led.c第6～8行不仅使用了“或”操作符“|”，还使用了“换行连接”操作符“\”。这可以使一行不那么长。利用分组管理实现温度报警（1）led.h文件利用分组管理实现温度报警9、主程序设计与调试第3行和第4行：声明包含key.h和led.h。这两个文件分别声明了KEY_Init（）和LED_Init（）函数，这样，