嵌入式系统-流水灯、按键、定时器实验报告

嵌入式系统应用实验报告姓名：学号：学院：专业：班级：指导教师：实验1、流水灯实验1.1实验要求编程控制实验板上LED灯轮流点亮、熄灭，中间间隔一定时间。1.2原理分析实验主要考察对STM32F10X系列单片机GPIO的输出操作。参阅数据手册可知，通过软件编程，GPIO可以配置成以下几种模式：

输入浮空

输入上拉

输入下拉

模拟输入

开漏输出

推挽式输出

推挽式复用功能

开漏式复用功能根据实验要求，应该首先将GPIO配置为推挽输出模式。由原理图可知，单片机GPIO输出信号经过74HC244缓冲器，连接LED灯。由于74HC244的OE1和OE2都接地，为相同电平，故A端电平与Y端电平相同且LED灯共阳，所以，如果要点亮LED，GPIO应输出低电平。反之，LED灯熄灭。1.3程序分析软件方面，在程序启动时，调用SystemInit()函数（见附录1），对系统时钟等关键部分进行初始化，然后再对GPIO进行配置。GPIO配置函数为SZ_STM32_LEDInit()（见附录2），函数中首先使能GPIO时钟：RCC_APB2PeriphClockCmd(GPIO_CLK[Led],ENABLE);然后配置GPIO输入输出模式：GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP；再配置GPIO端口翻转速度：配置过程较为复杂，涉及到抢占优先级和响应优先级的概念。程序首先将所有外部中断归为NVIC_PriorityGroup_2,即2位抢占优先级和2位响应优先级：NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2)；然后将所有外部中断信号的抢占优先级规定为0、1、2，使其可以相互区别，并将配置好的参数写入对应寄存器中，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，程序进入等待按键中断触发状态，一旦按键按下，则进入中断服务函数EXTI9_5_IRQHandler()（见附录7）中。在函数中对LED灯进行点亮、熄灭操作，并重置中断产生标志位。实验流程图如下（主函数代码见附录8）：硬件连接方式如下图所示：2.3实验结果实验三、定时器实验3.1实验要求利用STM32的通用定时器TIM5产生一个1S的中断，在中断函数中实现LED1、LED2、LED3、LED4同时翻转的效果。3.2原理分析实验主要考察对STM32F10X系列单片机定时器的使用。实验中使用的STM32F107单片机有多达10个定时器，包括：

多达4个16位定时器，每个定时器有多达4个用于输入捕获/输出比较/PWM或脉冲计数的通道和增量编码器输入

1个16位带死区控制和紧急刹车，用于电机控制的PWM高级控制定时器

2个独立的看门狗定时器（独立的和窗口型的）

系统时间定时器：24位自减型计数器

2个16位基本定时器用于驱动DAC根据时钟树可知，系统时钟经过分频之后，进入TIM5的时钟模块入口，在经过预分频处理，才供给TIM5作时钟使用。预分频器的系数为：TIMx_PSC，当TIMx_PSC=0时表示不分频，则TIM5定时器的时钟

用CK_CNT=模块入口时钟72MHz；当TIMx_PSC=1时表示不分频，则TIM5定时器的时钟用CK_CNT=模块入口时钟36MHz；以此类推。公式为：CK_CNT=fCK_PSC/(PSC[15:0]+1)，其中PSC最大为65535。

其次是TIM5计数器计数值的设置，TIM5计数器以CK_CNT为时钟计数，向下计数到0或向上计数到设定值（TIMx_ARR）则产生中断。以向上计数为例，从0开始计数到设定值TIMx_ARR时产生中断。要产生一秒一次中断则要使计数器的值乘以预分频的值=系统时钟72MHz，其中计数器的值和预分频值都必须小于65535。我们使预分频值为7200，计数器值为10000，则7200*10000=72,000,000即72M。其中拆分方法很多35000*2000=72,000,000，只要注意计数器的值和预分频值都必须小于65535即可。当计数值溢出后，会改变计数溢出标志位，并产生定时器中断，实验中使用其产生中断来进行LED灯翻转。3.3程序分析LED初始化部分与实验一相同，完成初始化后，点亮所有LED灯。定时器配置函数为TIM5_Init()（见附录6）。配置函数首先使能计数器时钟：RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5,ENABLE)；然后自动装载计数值，计数从0开始：TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=(100-1)；再对计时器进行预分频系数设置：TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=(7200-1)；并将计数器设置为向上计数：TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up；最后写入计时器配置寄存器，完成配置：TIM_TimeBaseInit(TIM5,&TIM_TimeBaseStructure)。配置完成后，还要对计数器溢出标志位进行清零，并打开溢出中断，使能计数器以开始计数。TIM_ClearITPendingBit(TIM5,TIM_IT_Update);TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update,ENABLE);TIM_Cmd(TIM5,ENABLE)。定时器配置完成并使能后，计数器开始工作，当到达预设的计数值之后，产生中断信号。系统在进行相关配置后可以响应定时器产生的中断，中断配置函数为NVIC_Configuration()（见附录7）。函数首先将中断向量表首地址置于0x08000000：NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH,0x0000)；然后使能TIM5中断：NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM5_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;最后将配置参数写入中断控制寄存器，完成配置：NVIC_Init(&NVIC_InitStructure)。一旦中断产生，系统会对中断产生响应，暂停所有正在执行的低优先级任务且将任务信息和数据压入对应对战区，并进入中断服务函数TIM5_IRQHandler()（见附录8）中进行处理。在中断服务函数中判断并清除了中断标志位，以便定时器下一次计数中断产生。函数中调用了LED_Spark()函数（见附录9），实现了LED的闪烁。程序流程图如下：硬件连接方式如下图所示：实验四、按键中断控制LED灯定时闪烁4.1实验要求综合实验一、二、三，利用STM32读取外部按键状态，按键按下一次产生一次外部中断在中断处理函数中使按键所对应的灯闪烁，闪烁间隔通过定时器定时控制。其中，SKEY1控制LED1以1S为间隔，闪烁3次，SKEY2控制LED2以2S为间隔闪烁3次，SKEY3控制LED3以3S为间隔，闪烁3次。4.2原理分析实验需要用到STM32的GPIO输入输出操作，GPIO外部中断和内部定时器中断。在以上三个实验中，对各个部分都已经进行过详尽的解释，这里不再赘述。 此实验需要将以上实验做综合，并对时序进行调整。难点为，对GPIO外部中断和定时器内部中断的处理，即如何确定两种不同中断的优先级。这里的使用的方法是，将所有按键外部中断置于中断分组2，即NVIC_PriorityGroup_2中。将所有按键中断抢占优先级置为0，即最高级别中断，响应优先级置分别置为1、2、3，相互区别。将定时器中断抢占优先级置为1，相应优先级社会中低于按键中断，使其可以被按键信号中断计时，并刷新LED闪烁状态。4.3程序分析这在程序初始化阶段，分别对LED、按键外部中断和定时器中断进行初始化。主函数如下：intmain(void){ /*LED初始化*/LED_config(); /*LED闪烁¸*/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(); /*按键初始化*/GPIO_KEY_Config(); /*按键外部中断初始化*/KEY_EXIT_In