【转】基于STM32的自行车码表

只看该作者 · 2016-12-25 12:42

一、实验目的和要求

1. 理解MCU上电启动过程；

2. 掌握使用Cube库来编写STM32裸机程序的方法；

3. 掌握使用Cube库来编写GPTO和UART程序的方法；

4. 掌握使用Cube库来编写中断响应程序的方法；

5. 理解前后台程序模式

6. 掌握在STM32F103上编写裸机程序并下载运行的方法。

二、实验器材

1. STM32F103核心板一块；

2. MicroUSB线一根；

3. STLink板或USB串口板一块；

4. 交叉编译软件

三、实验内容和原理

1．编写Cube程序，配置UART0为9600，8n1，上电后向串口输出“Hello”，在PC上通过串口软件观察结果

2．通过面包板在PA11和PA12各连接一个按钮开关到地

3．编写Cube程序，配置PA11和PA12为内部上拉到输入模式，在main()函数循环检测PA11按钮按下，并在按钮按下时在串口输出Pressed。

4．编写Cube程序，配置PA12下降沿触发中断，程序中设置两个全局变量，一个为计数器，一个为标识。当中断触发时，计数器加1，并设置标识。在主循环中判断标识，如果标识置位则清除标识并通过串口输出计数值；

5．编写Cube程序，开启定时器为200ms中断一次，中断触发时设置标识，主循环根据这个标识来做串口输出（取消4的串口输出）；

6．编写完整的码表程序，PA12的按钮标识车轮转了一圈，通过计数器可以得到里程，通过定时器中断得到的时间可以计算出速度；PA的按钮切换模式，模式一在串口输出里程，模式二在串口输出速度。

四、实验过程和数据记录

1. 下列图片为实物连接图

其中串口使用PA9，PA10；GPIO使用PA11，PA12，分别连接按钮。黑线接地。

2. 在Cube软件中配置UART0的波特率为9600, 8n1，然后向串口输出Hello，通过Mac上的串口软件观察结果。

a. 下图为配置图片，将波特率设置为9600，8n1.

b. 配置完成后，我们就可以用HAL_UART_Transmit和HAL_UART_Receive两个函数来进行串口的收发数据。使用GNUC需要重写__io_putchar和fputc函数，我们通过宏定义来完成。

c. 测试串口输出，在while循环前添加printf函数来输出Hello

d. 下面是实验结果展示图

3. 编写Cube程序，配置PA11和PA12为内部上拉到输入模式，在main()函数循环检测PA11按钮按下，并在按钮按下时在串口输出Pressed

只看该作者 · 2016-12-25 12:43

a. 首先配置PA11和PA12为内部上拉到输入模式，如下图所示

b. 在while循环中写出如果按下按钮，则在串口输出Pressed字样，循环代码如下图所示

c. 下面是输出图示

4. 编写Cube程序，配置PA12下降沿触发中断，程序中设置两个全局变量，一个为计数器，一个为标识。当中断触发时，计数器加1，并设置标识。在主循环中判断标识，如果标识置位则清除标识并通过串口输出计数值

a. 配置PA12下降沿触发中断，配置过程如下

b. 设置两个全局变量stopwatch_counter和stopwatch_flag，并且实现HAL_GPIO_EXTI_Callback(unit16_tGPIO_Pin)函数，函数实现如下

c. 在while循环中，通过判断全局变量stopwatch_flag的值，来判断中断是否发生，代码实现如下

d. 成功编译之后下载到板子上，运行结果如下图所示

只看该作者 · 2016-12-25 12:44

本帖最后由 TXQDM 于 2016-12-25 12:46 编辑

5. 编写Cube程序，开启定时器为200ms中断一次，中断触发时设置标识，主循环根据这个标识来做串口输出（取消4的串口输出）
a. 配置时钟信息如下

b. 实现HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)函数，用来设置标识符

c. 在main函数初始化定时器，并且根据stopwatch_flag来判断中断是够发生。实现代码如下

d. 在串口软件监测到如下结果

6. 编写完整的码表程序，PA12的按钮标识车轮转了一圈，通过计数器可以得到里程，通过定时器中断得到的时间可以计算出速度；PA的按钮切换模式，模式一在串口输出里程，模式二在串口输出速度。
a. 在计算速度和里程的过程中，里程默认中断一次为1m，速度计算公式为stopwatch_mile*18/stopwatch_time，stopewatch_time为添加的全局变量，表示定时器的中断次数。

5. 编写Cube程序，开启定时器为200ms中断一次，中断触发时设置标识，主循环根据这个标识来做串口输出（取消4的串口输出）
a. 配置时钟信息如下

b. 实现HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)函数，用来设置标识符

c. 在main函数初始化定时器，并且根据stopwatch_flag来判断中断是够发生。实现代码如下

d. 在串口软件监测到如下结果

6. 编写完整的码表程序，PA12的按钮标识车轮转了一圈，通过计数器可以得到里程，通过定时器中断得到的时间可以计算出速度；PA的按钮切换模式，模式一在串口输出里程，模式二在串口输出速度。
a. 在计算速度和里程的过程中，里程默认中断一次为1m，速度计算公式为stopwatch_mile*18/stopwatch_time，stopewatch_time为添加的全局变量，表示定时器的中断次数。
b. 完整代码如下

/**
  ******************************************************************************
  * File Name       : main.c
  * Description       : Main program body
  ******************************************************************************
  *
  * COPYRIGHT(c) 2016 STMicroelectronics
  *
  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without modification,
  * are permitted provided that the following conditions are met:
  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright notice,
  *    this list of conditions and the following disclaimer.
  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright notice,
  *    this list of conditions and the following disclaimer in the documentation
  *    and/or other materials provided with the distribution.
  * 3. Neither the name of STMicroelectronics nor the names of its contributors
  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  *    without specific prior written permission.
  *
  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS "AS IS"
  * AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
  * DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT HOLDER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR
  * SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER
  * CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
  * OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "stm32f1xx_hal.h"

/* USER CODE BEGIN Includes */

/* USER CODE END Includes */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
TIM_HandleTypeDef htim2;

UART_HandleTypeDef huart1;

/* USER CODE BEGIN PV */
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

int stopwatch_counter;
int stopwatch_flag;
int stopwatch_time;
int stopwatch_mode;

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_USART1_UART_Init(void);
static void MX_TIM2_Init(void);

/* USER CODE BEGIN PFP */
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
#ifdef __GNUC__
/* With GCC/RAISONANCE, small printf (option LD Linker->Libraries->Small printf
set to 'Yes') calls __io_putchar() */
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endif /* __GNUC__ */

/* USER CODE END PFP */

/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration----------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_TIM2_Init();

  /* USER CODE BEGIN 2 */
         GPIO_PinState key;
         HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);
         printf("Hello\n\r");

         double mile = 0;
         double speed = 0;

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */

  while (1)
  {
  /* USER CODE END WHILE */

  /* USER CODE BEGIN 3 */

                     key = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_11);
                     if (key == GPIO_PIN_RESET)
                     {
                                 stopwatch_mode = !stopwatch_mode;
                     }
                     if (stopwatch_flag == 1)
                     {
                                 stopwatch_flag = 0;

                                 mile = stopwatch_counter * 1;
                                 if (stopwatch_mode == 0)
                                 {
                                             printf("Current Mile: %f\n\r", mile);
                                 }
                                 else
                                 {
                                             speed = stopwatch_counter  / stopwatch_time;
                                             printf("Current Speed: %1f\n\r", speed);
                                 }
                     }
                     HAL_Delay(100);

  }
  /* USER CODE END 3 */

}

/** System Clock Configuration
*/
void SystemClock_Config(void)
{

  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct;
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct;

  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = 16;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;
  HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct);

  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                           |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_HSI;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_0);

  HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq()/1000);

  HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);

  /* SysTick_IRQn interrupt configuration */
  HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0, 0);
}

只看该作者 · 2016-12-25 12:45

/* TIM2 init function */
void MX_TIM2_Init(void)
{

  TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig;
  TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig;

  htim2.Instance = TIM2;
  htim2.Init.Prescaler = 8000;
  htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim2.Init.Period = 199;
  htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  HAL_TIM_Base_Init(&htim2);

  sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
  HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim2, &sClockSourceConfig);

  sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
  sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
  HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim2, &sMasterConfig);

}

/* USART1 init function */
void MX_USART1_UART_Init(void)
{

  huart1.Instance = USART1;
  huart1.Init.BaudRate = 9600;
  huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  HAL_UART_Init(&huart1);

}

/** Configure pins as
      * Analog
      * Input
      * Output
      * EVENT_OUT
      * EXTI
*/
void MX_GPIO_Init(void)
{

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

  /* GPIO Ports Clock Enable */
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

  /*Configure GPIO pin : PA11 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_11;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

  /*Configure GPIO pin : PA12 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_12;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

  /* EXTI interrupt init*/
  HAL_NVIC_SetPriority(EXTI15_10_IRQn, 0, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI15_10_IRQn);

}

/* USER CODE BEGIN 4 */
PUTCHAR_PROTOTYPE
{
  /* Place your implementation of fputc here */
  /* e.g. write a character to the USART1 and Loop until the end of transmission */
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);

  return ch;
}

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
         if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_12)
         {
                     stopwatch_counter += 1;
//                   stopwatch_flag = 1;
         }
}

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
         if (htim->Instance == TIM2)
         {
                     stopwatch_flag = 1;
                     stopwatch_time += 1;
         }

}

/* USER CODE END 4 */

#ifdef USE_FULL_ASSERT

/**
* @brief Reports the name of the source file and the source line number
* where the assert_param error has occurred.
* @param file: pointer to the source file name
* @param line: assert_param error line source number
* @retval None
*/
void assert_failed(uint8_t* file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */

}

#endif

/**
  * @}
  */

/**
  * @}
*/

/************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/

c. 下面是实验结果图展示

7. 扩展内容
a. 扩展内容由于工程具有完整性，故统一完成如下
b. Main函数中代码较为简单，为休眠操作，由于SysTick中断也会终止休眠，故应该关掉中断。

int main(void)
{
  HAL_Init();

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_TIM2_Init();

  /* USER CODE BEGIN 2 */
         GPIO_PinState key;
         HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);
         printf("Hello\n\r");

  /* USER CODE END 2 */
  while (1)
  {
  /* USER CODE END WHILE */

  /* USER CODE BEGIN 3 */

                     HAL_SuspendTick();
                     __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
                     HAL_PWR_EnterSLEEPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON, PWR_SLEEPENTRY_WFI);
                     HAL_ResumeTick();
  }
  /* USER CODE END 3 */

}

c. 下面是中断处理函数的修改

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{

         double mile = 0;
         double speed = 0;

         if (htim->Instance == TIM2)
         {
//                   stopwatch_flag = 1;
                     stopwatch_time += 1;

                     mile = stopwatch_counter*1;
                     if (stopwatch_mode == 0)
                     {
                                 printf("Current Mile: %f\n\r", mile);
                     }
                     else
                     {
                                 speed = (double)stopwatch_counter / stopwatch_time;
                                 printf("Current Speed: %1f\n\r", speed);
                     }
         }

}

d. 下面是实验结果图

可以看出和之前实验的输出结果相类似，实验成功。

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