單片機產(chǎn)品設(shè)計與調(diào)試-基于STM32F1xx機型和HAL庫函數(shù) 課件 任務(wù)1.1 認識STM32單片機及其開發(fā)工具

單片機產(chǎn)品設(shè)計與制作

（stm32機型）項目1、利用GPIO和位帶操作實現(xiàn)溫度報警任務(wù)1.1認識STM32單片機及其開發(fā)工具總目錄1項目1、利用GPIO和位帶操作實現(xiàn)溫度報警

2項目2、利用SysTick實現(xiàn)溫度報警與控制

3項目3、利用按鍵查詢實現(xiàn)參數(shù)設(shè)定及顯示

4項目4、利用外部中斷實現(xiàn)工件計數(shù)顯示

5項目5、利用定時器實現(xiàn)直流電動機PWM調(diào)速6項目6、利用計數(shù)器實現(xiàn)工件計數(shù)顯示和打包控制

7項目7、利用ADC實現(xiàn)土壤濕度采集

具體工作任務(wù)設(shè)計基于STM32單片機的溫度報警器，實現(xiàn)如下功能：

溫度超過設(shè)定溫度（30℃）時，報警燈點亮；否則，報警燈熄滅。請進行1、方案設(shè)計2、器件選型3、電路和程序設(shè)計4、完成軟硬件調(diào)試。項目總目標1、了解單片機的發(fā)展及用途，理解其關(guān)鍵概念與術(shù)語；2、了解單片機產(chǎn)品的開發(fā)過程，會使用開發(fā)工具進行軟硬件設(shè)計與調(diào)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(shè)計與調(diào)試；4、理解按鍵、溫度開關(guān)等簡單DI電路的原理，能夠獨立進行類似電路的設(shè)計與調(diào)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(shè)計與調(diào)試；6、掌握基于HAL庫函數(shù)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(shè)計方法進行程序設(shè)計與調(diào)試；8、了解STM32GPIO電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；9、會查找相關(guān)資料、閱讀相關(guān)文獻。子目錄1項目1、利用GPIO和位帶操作實現(xiàn)溫度報警

1.1任務(wù)1.1 認識STM32單片機及其開發(fā)工具1.2任務(wù)1.2 方案設(shè)計

1.3任務(wù)1.3 電路設(shè)計

1.4任務(wù)1.4 程序設(shè)計

1.5任務(wù)1.5 利用位帶操作實現(xiàn)溫度報警

1.6任務(wù)1.6 stm32軟硬件深入（一）

任務(wù)1.1認識STM32單片機及其開發(fā)工具本任務(wù)目標1、認識STM32單片機開發(fā)工具，能在其上找到STM32芯片和主要外設(shè)；2、能利用開發(fā)工具進行程序下載與功能測試；3、能說出單片機的定義與作用；4、能指出3種以上常見單片機產(chǎn)品和生產(chǎn)廠家；5、能說出STM32單片機的生產(chǎn)廠家、主要系列產(chǎn)品和主要性能指標；6、能說出學(xué)習(xí)單片機的目的；7、能自主查閱資料，閱讀文獻和發(fā)起討論。認識STM32單片機開發(fā)板正面認識STM32單片機開發(fā)板正面——拿掉液晶屏STM32單片機開發(fā)環(huán)境仿真器硬件開發(fā)平臺——仿真器仿真器接口計算機USB口仿真器作用：1.下載程序2.調(diào)試程序3.供電STM32單片機開發(fā)環(huán)境軟件開發(fā)環(huán)境——Keil公司MDK—ARMIAR公司EWARM單片機的編程語言C語言STM32匯編語言STM32機器語言代碼解釋代碼解釋十六進制二進制u8AAA；……AAA=5；……AAA=6；定義變量AAA……給AAA送5……給AAA送6MOVSr4，#0x05……MOVSr4，#0x06給寄存器r4送5……給寄存器r4送62405……24060010010000000101……0010010000000110單片機的編程語言C語言匯編語言機器語言用語句表示，例如用賦值語句：AAA=5；用指令助記符表示，例如MOVSr4，#0x05用二進制的機器指令表示，例如0010010000000101需要轉(zhuǎn)換（編譯）成機器碼才可以被執(zhí)行需要轉(zhuǎn)換（匯編）成機器碼才可以被執(zhí)行是唯一能被CPU識別和執(zhí)行的語言類似于自然語言，三種語言中最容易理解記憶直接針對硬件，比機器語言更易于理解和記憶直接針對硬件，不容易理解和記憶一條C語句，常對應(yīng)若干條機器指令一條匯編指令對應(yīng)一條機器指令一條機器指令常對應(yīng)一組CPU內(nèi)部功能電路功能強、編程容易編程難度大于C語言很少直接用機器語言編程C程序生成的機器碼不如匯編程序精簡生成的機器碼占內(nèi)存更少，速度更快我就是它們最終要生成的機器碼硬件兼容性較好CPU不同，指令助記符不同（不兼容）CPU不同，機器語言不同（不兼容）其他調(diào)試工具工具、儀器設(shè)備——讓實驗板和計算機通信1、連接實驗板、仿真器和計算機，檢查電源指示燈應(yīng)點亮仿真器實驗板計算機復(fù)制文件建立項目2、在電腦的F盤新建1個文件夾，專門存放本課程程序，文件夾名字自定義，例如電氣13、從多媒體網(wǎng)絡(luò)接收老師的測試程序：“01.按鍵點燈-測試”，將其存入剛才建立的文件夾4、解壓縮“01.按鍵點燈-測試”

到當前文件夾5、打開文件夾：“01.按鍵點燈-測試”，在根目錄找到文件”Push_Light“

6、雙擊該文件，打開keil5

keil界面7、進入keil5,左側(cè)為”Project”窗口，右側(cè)為程序編輯窗口。上面是文件欄和工具欄

編譯程序8、點擊“Rebuild”（再生成）按鈕，對程序進行編譯生成操作

調(diào)試器設(shè)置9、單擊“options”（選項）按鈕，準備進行調(diào)試器設(shè)置

調(diào)試器設(shè)置10、進“Debug”（調(diào)試）頁，選擇：Use:CMSIS-DAPDebugger，點擊：Settings。

調(diào)試器設(shè)置11、選擇PZCMSIS-DAP適配器，找到：適配器的IDCODE。注意不同的調(diào)試器，IDCODE不同，只要有編號，就說明設(shè)備被識別，否則需要檢查設(shè)備連接并重新上電。

12、設(shè)置中的Reset：SYSRESETREQ。調(diào)試器設(shè)置13、進入“FlashDownload（閃存下載）”頁，勾選：ResetandRun（復(fù)位并運行），點擊：OK，OK，退出Options設(shè)置。

下載程序14、點擊：“Download（下載）”按鈕，程序被下載到實驗板上的單片機中

運行程序1、按住K_UP按鈕，觀察：

LED模塊的D1被點亮數(shù)碼管的”a”段被點亮2、松開K_UP按鈕，觀察：

LED模塊的D1熄滅數(shù)碼管的”a”段熄滅3、如果一切正常，說明實驗板能正常通信和工作關(guān)于單片機-什么是單片機？——單片機是一個集成電路芯片關(guān)于單片機-什么是單片機？——單片機是一個計算機，可以按照程序運行關(guān)于單片機-什么是單片機？——單片機芯片內(nèi)部由CPU（CentralProcessingUnit）、存儲器（memory）、輸入/輸出接口即I/O接口（Input/OutputInterface）等部分組成關(guān)于單片機-什么是單片機？——單片機芯片與各種外設(shè)結(jié)合，即可構(gòu)成不同的單片機產(chǎn)品，并在程序控制下，實現(xiàn)各種功能。關(guān)于單片機-什么是單片機？——單片機是將CPU、存儲器、I/O接口等部件集成在一起的一個芯片，因此被稱為單片微型計算機即SingleChipMicrocomputer，簡稱單片機即SCM。關(guān)于單片機-什么是單片機？——單片機與PC機的異同與通用計算機（PC機）的異同？單片機與通用計算機（PC機）單片機與通用計算機（PC機）的相同之處——都由CPU、存儲器、I/O接口和外設(shè)組成通用計算機的CPU（中央處理器）是一個獨立的芯片，在機箱的主板上，是計算機的核心CPU單片機的CPU、存儲器、I/O接口等集成在一個芯片里。單片機與通用計算機（PC機）通用計算機的內(nèi)存儲器由一組芯片組成，稱為內(nèi)存條，在機箱里，用來存放運行程序和數(shù)據(jù)內(nèi)存條單片機的CPU、存儲器、I/O接口等集成在一個芯片里。單片機與通用計算機（PC機）通用計算機的外設(shè)包括顯示器、鍵盤、鼠標、音箱、麥克、硬盤等，置于機箱外，用來向CPU輸入輸出數(shù)據(jù)。常常是標準外設(shè)。接口電路（顯卡、鍵盤接口等）也是標準的。外設(shè)單片機的外設(shè)，包括按鍵、各種傳感器、LED、蜂鳴器、LCD、數(shù)碼管、電動機等。外設(shè)的形式更加多樣。單片機與通用計算機（PC機）通用計算機的外形比較統(tǒng)一。單片機產(chǎn)品的外形不固定，常嵌入到設(shè)備中，與設(shè)備一體。單片機與通用計算機（PC機）單片機有什么用？——單片機可與不同外設(shè)結(jié)合，構(gòu)成各種裝置單片機顯示器按鍵智能壓力檢測儀（單片機+壓力傳感器+顯示器等）智能壓力變送器（單片機+壓力傳感器+顯示器等）單片機有什么用？——單片機可與不同外設(shè)結(jié)合，構(gòu)成各種裝置無紙記錄儀智能數(shù)顯表單片機有什么用？——單片機可與不同外設(shè)結(jié)合，構(gòu)成各種裝置單片機有什么用？——單片機可與不同外設(shè)結(jié)合，構(gòu)成各種裝置空調(diào)控制主板溫度控制器單片機有什么用？——單片機可與不同外設(shè)結(jié)合，構(gòu)成各種裝置智能玩具汽車電子系統(tǒng)單片機有什么用？——單片機可與不同外設(shè)結(jié)合，構(gòu)成各種裝置單片機有什么用？——單片機可用于許多領(lǐng)域家用電器航空航天醫(yī)療儀器通訊網(wǎng)絡(luò)汽車電子辦公自動化儀器儀表工業(yè)自動化單片機單片機的發(fā)展1976～1978：SCM（SingleChipMicrocomputer）初始階段。代表產(chǎn)品為Intel公司生產(chǎn)的MCS-48。1978～1982：SCM的完善階段。代表產(chǎn)品為Intel公司生產(chǎn)的MCS-51。對單片機產(chǎn)品的貢獻極大?，F(xiàn)在許多單片機都與之兼容。1982～1990：從SCM向MCU發(fā)展的階段。也是8位單片機的鞏固發(fā)展及16位單片機的推出階段。代表產(chǎn)品是80C51單片機及以其為內(nèi)核的其它多種單片機。1990~:

全面發(fā)展階段。向上，出現(xiàn)了32位字長，速度更快的、強數(shù)據(jù)處理能力的單片機如ARM系列單片機和DSP（數(shù)字信號處理器）等產(chǎn)品。向下，在工控領(lǐng)域，8位機速度和功能都得以提高。典型產(chǎn)品是SiliconLabs生產(chǎn)的C8051F系列單片機單片機的生產(chǎn)廠家及系列產(chǎn)品2.Motorola:8位機：68HC05和升級產(chǎn)品68HC08、68HC11、68HC12

16位機：68HC16、32位機：683XX3.Microchip：PIC單片機1.Intel：8051/8031系列4.Zilog:Z8、Z865.Atmel:8位機：AT89：51兼容單片機

16位機：AT90（AVR）6.TI:MSP430，16位7.NS:美國國家半導(dǎo)體公司：COP8

8.宏晶:STC系列51兼容單片機9.Sililabs:C8051F系列10.ST：意法半導(dǎo)體stm32STM32單片機ST：意法半導(dǎo)體公司M：Micro32：32bitSTM32與ARM的關(guān)系A(chǔ)RM是英國的芯片設(shè)計公司其最成功的莫過于32位嵌入式CPU核----ARM系列最常用的是ARM7和ARM9ARM公司主要提供IP核，具有知識產(chǎn)權(quán)的核（Intellectual

Property

core）IP核是CPU最核心的部分，并不是完整的處理器。ARM把這個IP核賣給各大半導(dǎo)體公司，如

Philips

三星，ATMEL，甚至Intel等。各大公司在ARM的CPU核基礎(chǔ)上添加上一些需要的外設(shè)，封裝起來形成自己的處理器。STM32就是ST公司將ARM公司的Cortex-M作為內(nèi)核，與一些外設(shè)組合封裝在一起的32位嵌入式處理器。STM32Cortex-M

ARMv7架構(gòu)定義了三大分工明確的系列：“A”系列：面向尖端的基于虛擬內(nèi)存的操作系統(tǒng)和用戶應(yīng)用“R”系列：針對實時系統(tǒng)“M”系列：針對微控制器Cortex-A5/A8采用ARMv7-A架構(gòu)Cortex-M0采用ARMv6-M架構(gòu)Cortex-M3采用ARMv7-M架構(gòu)Cortex-M4采用ARMv7-ME架構(gòu)Cortex-M是ARM公司推出的一款I(lǐng)P核STM8和STM32單片機STM32單片機的命名規(guī)則我們的stm32我們開發(fā)板使用的是STM32F103ZET6芯片（1）內(nèi)核：32位高性能ARMCortex-M3處理器。時鐘：高達72M,實際還可以超頻一點。（2）144引腳112個IO，大部分IO口都耐5V(模擬通道除外)，支持調(diào)試：SWD和JTAG，SWD只要2根數(shù)據(jù)線（3）存儲器容量：512KFLASH，64KSRAM總結(jié)CPU存儲器I/O接口單片機是一種微型計算機（MicroComputer）包括CPU、存儲器、I/O接口等電路但是它很小，能將CPU、存儲器、I/O接口等集成在一個小小的芯片（Chip）中。CPU存儲器I/O接口CPU存儲器I/O接口單片機芯片SingleChipMicrocomputer最簡單的單片機系統(tǒng)只需要將單片機芯片與電源以及輸入輸出設(shè)備（例如按鍵、傳感器、數(shù)碼管、繼電器等）進行適當連接。CPU存儲器I/O接口電源單片機芯片VCCGND按鍵發(fā)光二極管再將預(yù)先編好的程序存入存儲器CPU存儲器I/O接口電源單片機芯片VCCGND程序就可以實現(xiàn)一定的功能例如按下按鍵，LED點亮再將預(yù)先編好的程序存入存儲器就可以實現(xiàn)一定的功能例如讓數(shù)碼管顯示需要的字符或數(shù)字各種連接好的單片機為核心的電路板

總結(jié)：1）單片機是一個集成電路芯片。3）單片機是一個將CPU、存儲器、I/O接口集成在一個芯片里的計算機。（故稱單片機——SCM:SingleChipMicrocomputer）2）單片機是一個計算機（智能芯片、