《嵌入式操作系統(tǒng)》課件-項(xiàng)目二 數(shù)碼管數(shù)字鐘的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

數(shù)碼管數(shù)字鐘的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目二任務(wù)一1位數(shù)碼管靜態(tài)顯示目錄數(shù)碼管的顯示原理用STM32驅(qū)動數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字或者字母一、數(shù)碼管的顯示原理一、數(shù)碼管的顯示原理數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。一、數(shù)碼管的顯示原理數(shù)碼管按段數(shù)分為7段、8段數(shù)碼管和14段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點(diǎn)顯示）。一、數(shù)碼管的顯示原理按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等數(shù)碼管。一、數(shù)碼管的顯示原理數(shù)碼管的外形結(jié)構(gòu)和驅(qū)動方式一、數(shù)碼管的顯示原理gdbcefdpadpgfedcba

00000110

編碼為：0x06二、1位數(shù)碼管循環(huán)顯示0-F使用protues仿真實(shí)現(xiàn)1位數(shù)碼管循環(huán)顯示0-F。二、1位數(shù)碼管循環(huán)顯示0-FG使能DIR方向控制操作LLB端送至A端LHA端送至B端HX不傳送二、1位數(shù)碼管循環(huán)顯示0-F二、1位數(shù)碼管循環(huán)顯示0-F共陰極不帶小數(shù)點(diǎn)0-F段碼為table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};二、1位數(shù)碼管循環(huán)顯示0-F二、1位數(shù)碼管循環(huán)顯示0-F數(shù)碼管數(shù)字鐘的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目二任務(wù)一2位數(shù)碼管靜態(tài)顯示2位數(shù)碼管靜態(tài)顯示2位數(shù)碼管靜態(tài)顯示目標(biāo)利用STM32與數(shù)碼管的接口技術(shù)，完成STM32的數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路設(shè)計和程序的設(shè)計、運(yùn)行及調(diào)試。任務(wù)要求使用STM32F103R6芯片的PC0~PC15引腳分別接2個共陰極LED數(shù)碼管。個位數(shù)碼管接PC0~PC7；十位數(shù)碼管接PC8~PC15。采用靜態(tài)顯示方式，編寫程序使2位數(shù)碼管上循環(huán)顯示0~99。2位數(shù)碼管靜態(tài)顯示數(shù)碼管的顯示方法LED數(shù)碼管有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方法。靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時，相應(yīng)的LED恒定導(dǎo)通或恒定截止。這種顯示方式的各位數(shù)碼管相互獨(dú)立，公共端恒定接地（共陰極）或接電源（共陽極）。每個數(shù)碼管的八個位段分別與一個八位I/O端口相連。I/O端口只要有字型碼輸出，數(shù)碼管就顯示給定字符，并保持不變，直到I/O口輸出新的段碼。2位數(shù)碼管靜態(tài)顯示數(shù)碼管顯示電路組成數(shù)碼管顯示電路是由STM32F103R6、2個1位的共陰極LED數(shù)碼管構(gòu)成。按照任務(wù)要求，采用靜態(tài)顯示方式，數(shù)碼管顯示電路連接方法如下：1.STM32F103R6的PC0~PC7引腳接個位數(shù)碼管的A~G七個位段；2.PC8~PC15引腳接十位數(shù)碼管的A~G七個位段；3.由于小數(shù)點(diǎn)“.”DP位不用，PC7和PC15引腳也就不用了。2位數(shù)碼管靜態(tài)顯示2位數(shù)碼管靜態(tài)顯示數(shù)碼管顯示功能實(shí)現(xiàn)分析電路采用共陰極結(jié)構(gòu)的數(shù)碼管，其公共端接地，這樣可以控制每一只LED的陽極電平來使其發(fā)光或熄滅，陽極為高電平發(fā)光，為低電平熄滅。“0~9”十個字符的字型編碼，采用查表的方式，表格是通過定義數(shù)組來完成的，代碼如下：

uint8_ttable_CA[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};通過PC0~PC15輸出“0~9”十個字符的字型編碼，就可以在數(shù)碼管上顯示“0~9”數(shù)字。2位數(shù)碼管靜態(tài)顯示創(chuàng)建工程；編寫主文件smgxs.c代碼在USER文件夾下面，編寫smgxs.c代碼。使能GPIOC時鐘和配置PC0-PC15引腳的代碼如下：

GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;

//使能GPIOC時鐘RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=0xffff; //PC0-PC15引腳配置GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//配置為推挽輸出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//GPIOC速度為50MHzGPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);

//初始化PC0-PC152位數(shù)碼管靜態(tài)顯示編寫主文件display0-99.c代碼十位和個位進(jìn)行結(jié)合：2位數(shù)碼管靜態(tài)顯示編寫主文件display0-99.c代碼十位和個位進(jìn)行分離顯示：2位數(shù)碼管靜態(tài)顯示編寫主文件display0-99.c代碼總結(jié)兩位數(shù)碼管的靜態(tài)顯示原理實(shí)現(xiàn)0-99的動態(tài)循環(huán)顯示課后任務(wù)

循環(huán)顯示00-ff該怎么做呢？兩位數(shù)碼管的靜態(tài)顯示原理數(shù)碼管數(shù)字鐘的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目二任務(wù)二

數(shù)碼管動態(tài)掃描數(shù)碼管動態(tài)掃描數(shù)碼管靜態(tài)顯示靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單。靜態(tài)顯示的亮度較高，適合室外LED顯示屏等場合。但它需要更多的驅(qū)動電路，因此成本較高。目錄2位數(shù)碼管顯示6位數(shù)碼管顯示一、2位數(shù)碼管顯示一、2位數(shù)碼管顯示99動態(tài)掃描輪流向各個數(shù)碼管送出段碼和相應(yīng)的位選碼，輪流點(diǎn)亮數(shù)碼管。利用人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示。一、2位數(shù)碼管顯示99輸入1的段碼com端（位選）com端（位選）輸入2的段碼一、2位數(shù)碼管顯示99也就是說要多長時間完成一次全部數(shù)碼管的掃描呢？整體掃描時間=單個數(shù)碼管點(diǎn)亮?xí)r間*數(shù)碼管個數(shù)。答案：10ms以內(nèi)一、2位數(shù)碼管顯示PC0～PC7引腳輸出顯示段碼（包括小數(shù)點(diǎn)“.”DP段）。PB0～PB1引腳依次接數(shù)碼管的位碼引腳1～2。2位數(shù)碼管顯示“99”一、2位數(shù)碼管顯示99一、2位數(shù)碼管顯示99二、6位數(shù)碼管顯示6位數(shù)碼管，顯示23點(diǎn)58分50秒。二、6位數(shù)碼管顯示123456二、6位數(shù)碼管顯示123456總結(jié)數(shù)碼管動態(tài)顯示原理程序設(shè)計方法數(shù)碼管數(shù)字鐘的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目二任務(wù)三

查詢方式的按鍵控制目錄一、掌握按鍵查詢方法的原理二、復(fù)習(xí)數(shù)碼管動態(tài)顯示以及按鍵檢測的原理查詢方式的按鍵控制學(xué)習(xí)目標(biāo)

一、掌握按鍵查詢方法的原理

二、復(fù)習(xí)數(shù)碼管動態(tài)顯示以及按鍵檢測的原理查詢方式的按鍵控制任務(wù)要求在6位數(shù)碼管動態(tài)掃描的基礎(chǔ)上增加三個按鍵，按鍵分別連接STM32單片機(jī)的GPIO引腳，然后編寫軟件利用查詢實(shí)現(xiàn)時分秒的調(diào)整功能。在STM32F103芯片GPIO引腳上分別接3個按和6個數(shù)碼管，數(shù)碼管顯示時分秒，利用查詢方式通過3個按鍵調(diào)整時分秒的顯示。按鍵1按下一次，小時對應(yīng)加1；按鍵2按下一次，分鐘對應(yīng)加1；按鍵3按下一次，秒對應(yīng)加1。一、硬件設(shè)計按鍵電路設(shè)計3個獨(dú)立按鍵，分別接在PA0、PA1、PA2，電源為3.3V，電阻為上拉電阻。按鍵如下圖所示：一、掌握按鍵查詢方法的原理仿真電路圖程序設(shè)計采用模塊化的軟件設(shè)計思想按鍵模塊，在按鍵程序中讀取按鍵的狀態(tài)，不同的按鍵狀態(tài)下對應(yīng)不同的按鍵處理函數(shù)；顯示模塊，顯示模塊主要就是數(shù)碼管的動態(tài)掃描程序；主程序：在主程序里一直執(zhí)行按鍵模塊和顯示模塊；達(dá)到動態(tài)改變數(shù)碼管狀態(tài)的目的。二、軟件設(shè)計三、查詢方式一旦某一外設(shè)被選中并啟動后，主機(jī)將查詢這個外設(shè)的某些狀態(tài)位，看其是否準(zhǔn)備就緒？若外設(shè)未準(zhǔn)備就緒，主機(jī)將再次查詢；若外設(shè)已準(zhǔn)備就緒，則執(zhí)行一次I/O操作。這種方式控制簡單，但外設(shè)和主機(jī)不能同時工作，各外設(shè)之間也不能同時工作，系統(tǒng)效率很低，因此，僅適用于外設(shè)的數(shù)目不多，對I/O處理的實(shí)時要求不那么高，CPU的操作任務(wù)比較單一，并不很忙的情況。四、程序設(shè)計工程的創(chuàng)建，在動態(tài)掃描程序的基礎(chǔ)上增加按鍵掃描的檢測。一、掌握按鍵查詢方法的原理程序設(shè)計修改數(shù)碼管設(shè)備文件。修改主程序的GPIO初始化函數(shù)，增加GPA0、GPA1、GPA2三個輸入引腳的配置。一、掌握按鍵查詢方法的原理程序設(shè)計增加按鍵檢測函數(shù)keyscan()。在主程序里增加按鍵檢測函數(shù)，該函數(shù)主要判斷按鍵是否按下，如果有按鍵按下，先識別按鍵按下的類型，然后對應(yīng)變量做+1的操作，按鍵掃描函數(shù)如下：一、掌握按鍵查詢方法的原理程序設(shè)計以key0按鍵按下為例。一、掌握按鍵查詢方法的原理程序設(shè)計數(shù)碼管動態(tài)掃描函數(shù)。一、掌握按鍵查詢方法的原理程序設(shè)計主函數(shù)的編寫。一、掌握按鍵查詢方法的原理程序設(shè)計查詢方式的按鍵控制流程圖二、復(fù)習(xí)數(shù)碼管動態(tài)顯示以及按鍵檢測的原理五、原因分析數(shù)碼管的動態(tài)顯示就是分時控制不同的數(shù)碼管進(jìn)行顯示，利用了人眼的視覺延遲效應(yīng)。如果按鍵函數(shù)長一點(diǎn)，相當(dāng)于把視覺延遲效應(yīng)拉長了，人眼就看出來數(shù)碼管的輪詢顯示了，至于按鍵按下不松開，則完全讓數(shù)碼管不顯示了，因?yàn)槲覀冊诘却存I釋放的位置是一個while循環(huán)。數(shù)碼管數(shù)字鐘的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目二任務(wù)四

中斷方式的按鍵控制查詢方式的按鍵控制當(dāng)按鍵按下以后或者按鍵按下的時間稍微長一點(diǎn)數(shù)碼管就不顯示了這是什么原因，有沒有辦法改進(jìn)？中斷方式的按鍵控制

一、中斷的概念、用法

二、通過中斷的方式實(shí)現(xiàn)時分秒按鍵控制中斷方式的按鍵控制學(xué)習(xí)目標(biāo)查詢方式的按鍵控制CPU和外設(shè)并行工作，當(dāng)外設(shè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好（或有某種突發(fā)事件發(fā)生）時向CPU提出請求，CPU暫停正在執(zhí)行的程序轉(zhuǎn)而為該外設(shè)服務(wù)（或處理緊急事件），處理完畢再回到原斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行原程序。中斷中斷返回正在運(yùn)行的程序CPU中斷正在執(zhí)行的程序，

轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序執(zhí)行結(jié)束，

返回繼續(xù)執(zhí)行原程序CPU收到中斷信號一、中斷的概念一、中斷的概念中斷的概念CPU在執(zhí)行主程序CPU執(zhí)行低級中斷服務(wù)程序CPU執(zhí)行高級中斷服務(wù)程序低級中斷請求高級中斷請求響應(yīng)低級中斷請求響應(yīng)高級中斷請求返回主程序返回主程序二、STM32中斷介紹在Cortex-M3內(nèi)核中集成了中斷控制器和中斷優(yōu)先級控制寄存器，Cortex-M3內(nèi)核支持256個中斷，其中包含了16個內(nèi)核中斷（也稱為系統(tǒng)異常）和240個外部中斷，并具有256級可編程的中斷優(yōu)先級設(shè)置。其中，個別異常的優(yōu)先級被定死外，其它的優(yōu)先級都是可編程的。1.STM32的中斷通道和中斷向量STM32中斷介紹1.STM32的中斷通道和中斷向量STM32有84個中斷，包括16個Cortex-M3內(nèi)核中斷線和68個可屏蔽中斷通道，具有16級可編程中斷優(yōu)先級的設(shè)置（僅設(shè)置8位中的高4位）。STM32中斷介紹STM32的每一個GPIO引腳都可以作為外部中斷的中斷輸入口，也就是都能配置成一個外部中斷觸發(fā)源。2.STM32的外部中斷STM32F103的中斷控制器支持19個外部中斷（對于互聯(lián)型產(chǎn)品是20個）事件請求。STM32根據(jù)GPIO端口的引腳序號不同，把不同GPIO端口、同一個序號的引腳組成一組，每組對應(yīng)一個外部中斷/事件源（既中斷線）EXTIx（x：0~15）,比如：PA0，PB0，PC0，PD0，PE0，PF0，PG0為第一組，依此類推，我們就能將眾多中斷觸發(fā)源分成16組。STM32中斷介紹3.GPIO與外部中斷的映射關(guān)系引腳分組（1）尾號相同的引腳一組，接入1個外部中斷線。（2）同組引腳只能有一個設(shè)置為外部中斷功能。中斷通道（1）EXTI0~EXIT4分別具有獨(dú)立的中斷通道。（2）EXTI5~EXIT9共享同一個中斷通道。（3）EXTI10~EXIT15共享同一個中斷通道。STM32中斷介紹STM32內(nèi)核有兩個中斷優(yōu)先級的概念，分別是搶占優(yōu)先級和響應(yīng)優(yōu)先級（也稱為子優(yōu)先級）具有高搶占優(yōu)先級的中斷，可以在具有低搶占優(yōu)先級的中斷處理過程中被響應(yīng)，既中斷嵌套。4.STM32的中斷優(yōu)先級Cortex-M3中定義了8bit（位）用于設(shè)置中斷源的優(yōu)先級，STM32只使用了高4位，這4位的中斷優(yōu)先級控制位分成2組。從高位開始，前面是定義搶占優(yōu)先級的位，后面位用于定義響應(yīng)優(yōu)先級。優(yōu)先級分組搶占優(yōu)先級子優(yōu)先級第0組：NVIC_PriorityGroup_0無4位/16級（0~15）第1組：NVIC_PriorityGroup_11位/2級（0~1）3位/8級（0~7）第2組：NVIC_PriorityGroup_22位/4級（0~3）2位/4級（0~3）第3組：NVIC_PriorityGroup_33位/8級（0~7）1位/2級（0~1）第4組：NVIC_PriorityGroup_44位/16級（0~15）無STM32中斷優(yōu)先級分組1.編寫外部中斷配置文件exit.c，開啟AFIO時鐘。三、程序編寫三、程序編寫那么什么是AFIO時鐘呢？當(dāng)需要對“AFIO管理的寄存器”進(jìn)行讀寫時，必須使能AFIO時鐘。外部中斷配置AFIO的管理范圍，用到外部中斷需要先開啟AFIO時鐘。在這個例子中我們把STM32的GPIO引腳引入到EXTI外部中斷線上，使得所有的GPIO引腳能作為外部中斷的輸入源。所以對于有復(fù)用功能的I/O引腳，還要開啟其復(fù)用功能時鐘。因此，還需要開啟AFIO時鐘。RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE)。程序編寫2.使用GPIO_EXTILineConfig()函數(shù)，設(shè)置PA0~PA2分別為EXTI0~EXTI2中斷源。程序編寫3.通過EXTI_InitTypeDef結(jié)構(gòu)體，使用EXTI_Init(&EXTI_InitStructure)函數(shù)，將4個中斷映射到中斷線EXTI_Line0~EXTI_Line2上，并將其配置為中斷模式和下降沿觸發(fā)中斷，最后使能中斷。程序編寫4.通過NVIC_InitTypeDef結(jié)構(gòu)體，使用NVIC_Init(&NVIC_InitStructure)函數(shù)，設(shè)置按鍵所在的外部中斷通道（既外部中斷向量）、優(yōu)先級以及使能外部中斷通道。程序編寫5.中斷服務(wù)函數(shù)，外部中斷服務(wù)函數(shù)的名字是在startup_stm32f10x_hd.s中是定義好的。中斷線0~4的每個中斷線對應(yīng)一個EXTI0_IRQHandler~EXTI4_IRQHandler中斷服務(wù)函數(shù)；中斷線5~9共用一個EXTI9_5_IRQHandler中斷服務(wù)函數(shù)；中斷線10~15共用一個EXTI15_10_IRQHandler中斷服務(wù)函數(shù)。6.EXTI_GetITStatus()和EXTI_ClearITPendingBit()函數(shù)。ITStatusEXTI_GetITStatus()函數(shù)，是判斷某個中斷線上的中斷是否發(fā)生（標(biāo)志位是否置位）。EXTI_ClearITPendingBit()函數(shù)，是清除某個中斷線上的中斷標(biāo)志位。程序編寫本次設(shè)計用到了中斷線0、1、2，需要寫三個中斷服務(wù)程序，分別調(diào)節(jié)時分秒這三個變量。程序編寫在Exit.c文件中需要將這三個變量設(shè)置為全局變量。程序編寫主函數(shù)的編寫總結(jié)STM32外部中斷編程步驟使用GPIO端口外部中斷的步驟：開啟IO口復(fù)用時鐘，設(shè)置IO口與中斷線的映射關(guān)系；1初始化線上中斷，設(shè)置觸發(fā)條件等；2配置中斷分組（NVIC），并使能中斷；3編寫中斷服務(wù)函數(shù)。4數(shù)碼管數(shù)字鐘的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目二任務(wù)五

定時器實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘定時器實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘任務(wù)要求利用STM32定時器精確實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘時分秒運(yùn)行的功能。一、什么是定時器定時器是對周期固定的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，如MCU內(nèi)部的外設(shè)時鐘（APB）。計數(shù)器是對周期不確定的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，如MCU的I/O引腳所引入的外部脈沖信號。定時器和計數(shù)器本質(zhì)上都是計數(shù)器，定時器是計數(shù)器的一種特例。二、定時器的分類片內(nèi)外設(shè)定時器（7個）內(nèi)核定時器（1個）STM32F1系列的開發(fā)板一共有8個定時器，按照功能的不同可以分為：高級定時器（TIM1、TIM8）通用定時器（TIM2、TIM3、TIM4、TIM5）基本定時器（TIM6、TIM7）SysTick定時器三、通過庫函數(shù)來實(shí)現(xiàn)定時器的定時任務(wù)本次操作以通用定時器TIM3為例：定時器相關(guān)的庫函數(shù)主要集中在固件庫文件stm32f10x_tim.h和stm32f10x_tim.c文件中。1.

TIM3時鐘使能三、通過庫函數(shù)來實(shí)現(xiàn)定時器的定時任務(wù)2.

TIM_TimeBaseInit()函數(shù)初始化定時器自動重裝值、分頻系數(shù)、計數(shù)方式等參數(shù)，是通過初始化函數(shù)TIM_TimeBaseInit()實(shí)現(xiàn)的。結(jié)構(gòu)體定義：注意：通用定時器只有前四個參數(shù)有用，最后一個參數(shù)是針對高級定時器的；typedefstruct{uint16_tTIM_Prescaler;//設(shè)置分頻系數(shù)uint16_tTIM_CounterMode;//設(shè)置計數(shù)方式/向上計數(shù)/向下計數(shù)/中央對齊計數(shù)uint16_tTIM_Period;//設(shè)置自動重載計數(shù)周期值uint16_tTIM_ClockDivision;//設(shè)置時鐘的分頻因子uint8_tTIM_RepetitionCounter;}TIM_TimeBaseInitTypeDef;三、通過庫函數(shù)來實(shí)現(xiàn)定時器的定時任務(wù)2.

TIM_TimeBaseInit()函數(shù)定時時間的確定除以1000分頻：f=72M/1000=7200HZT=1/7200hz計一秒需要7200T三、通過庫函數(shù)來實(shí)現(xiàn)定時器的定時任務(wù)2.

TIM_TimeBaseInit()函數(shù)成員變量ClockDivision的取值范圍：TIM_CLOCKDIVISION_DIV1 對定時器時鐘TIM_CLK進(jìn)行1分頻TIM_CLOCKDIVISION_DIV2 對定時器時鐘TIM_CLK進(jìn)行2分頻TIM_CLOCKDIVISION_DIV4 對定時器時鐘TIM_CLK進(jìn)行4分頻成員變量CounterMode的取值范圍：TIM_COUNTERMODE_UP 遞增計數(shù)模式三、通過庫函數(shù)來實(shí)現(xiàn)定時器的定時任務(wù)2.

TIM_TimeBaseInit()函數(shù)PSC預(yù)分頻器CNT計數(shù)器ARR自動重裝載數(shù)值時間到后通過中斷等方式通知STM32執(zhí)行某些程序CLKTIMCLK溢出時間到啦?。?！四、定時器中斷函數(shù)的編寫time.c四、定時器中斷函數(shù)的編寫time.c五、主函數(shù)的編寫總結(jié)STM32定時器的初始化步驟如何對STM32的TIMx定時器進(jìn)行初始化呢？其初始化步驟如下：時鐘使能；1配置預(yù)分頻、自動重裝值和重復(fù)計數(shù)值；2使能TIM中斷，選擇中斷源；3設(shè)置中斷優(yōu)先級；4使能TIMx外設(shè)。5總結(jié)STM32外部中斷編程步驟使用GPIO端口外部中斷的步驟：時鐘使能；1配置預(yù)分頻、自動重裝值和重復(fù)計數(shù)值；2使能TIM中斷，選擇中斷源；3設(shè)置中斷優(yōu)先級；4使能TIMx外設(shè)。5數(shù)碼管數(shù)字鐘的設(shè)