嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計溫度檢測報警系統(tǒng).doc

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1、 嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計 姓名: 班級: 學(xué)號: 目錄: 1. 系統(tǒng)要求 2. 設(shè)計方案 三.程序流程圖 四.軟件設(shè)計 五.課程總結(jié)與個人體會 一、系統(tǒng)要求 使用STM32F103作為主控CPU設(shè)計一個溫度綜合測控系統(tǒng),具體要求: 1、使用

2、熱敏電阻或者內(nèi)部集成的溫度傳感器檢測環(huán)境溫度,每0.1秒檢測一次溫度,對檢測到的溫度進行數(shù)字濾波(可以使用平均法)。記錄當(dāng)前的溫度值和時間。 2、使用計算機,通過串行通信獲取STM32F103檢測到的溫度和所對應(yīng)的時間。 3、使用計算機進行時間的設(shè)定。 4、使用計算機進行溫度上限值和下限值的設(shè)定。 5、若超過上限值或者低于下限值,則STM32進行報警提示。 2、 設(shè)計方案 本次課程設(shè)計的要求是使用STM32F103設(shè)計一個溫度測控系統(tǒng),這款單片機集成了很多的片上資源,功能十分強大,我使用了以下部分來完成課程設(shè)計的要

3、求: 1、 STM32F103內(nèi)置了3個12位A/D轉(zhuǎn)換模塊,最快轉(zhuǎn)換時間為1us。本次課程設(shè)計要求進行溫度測定,于是使用了其中一個ADC對片上溫度傳感器的內(nèi)部信號源進行轉(zhuǎn)換。當(dāng)有多個通道需要采集信號時,可以把ADC配置為按一定的順序來對各個通道進行掃描轉(zhuǎn)換,本設(shè)計只采集一個通道的信號,所以不使用掃描轉(zhuǎn)換模式。 本設(shè)計需要循環(huán)采集電壓值,所以使用連續(xù)轉(zhuǎn)換模式。 2、 本次課程設(shè)計還使用到了DMA。DMA是一種高速的數(shù)據(jù)傳輸操作,允許在外部設(shè)備和儲存器之間利用系統(tǒng)總線直接讀寫數(shù)據(jù),不需要微處理器干預(yù)。使能ADC的DMA接口后,DMA控制器把轉(zhuǎn)換值從ADC數(shù)據(jù)寄存器(ADC_DR)中轉(zhuǎn)移到變

4、量ADC_ConvertedValue中,當(dāng)DMA傳輸完成后,在main函數(shù)中使用的ADC_ConvertedValue的內(nèi)容就是ADC轉(zhuǎn)換值了。 3、 STM32內(nèi)部的溫度傳感器和ADCx_IN16輸入通道相連接,此通道把傳感器輸出的電壓值轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。STM內(nèi)部的溫度傳感器支持的溫度范圍:-40到125攝氏度。利用下列公式得出溫度 溫度(C) = {(V25 - VSENSE) / Avg_Slope} + 25 式中V25是 VSENSE在25攝氏度時的數(shù)值(典型值為1.42V) Avg_Slope是溫度與VSENSE曲線的平均斜率(典型值為4.3mV/C) 利用均值

5、法對轉(zhuǎn)換后的溫度進行濾波,將得到的溫度通過串口輸出。 4、 本設(shè)計采用了USART1作為串行通信接口,來進行時間、溫度的傳輸,以及進行時間和溫度上下限的設(shè)定。 5、 當(dāng)溫度超過上下限時,開發(fā)板上的燈會相應(yīng)亮起作為警報,使用了GPIO配置引腳。 6、 時間計時使用了systick時鐘,并配置其中斷,由此進行一秒定時,實現(xiàn)時鐘的實時顯示。 7、 時間設(shè)定部分參考了一個兩位數(shù)字讀取的函數(shù),在進入主循環(huán)前設(shè)定參數(shù),從而避免了在串口中斷中輸入只能一次性輸入所有參數(shù)的弊端。 3、 程序流程圖 開始 各模塊初始化 設(shè)

6、定溫度 顯示當(dāng)前 時間溫度 計時一秒 是 對應(yīng)警告燈亮 判斷當(dāng)前溫度 是否超過設(shè)定范圍 否 警告燈全滅 4、 軟件設(shè)計 用到的庫文件: stm32f10x_adc.h,stm32f10x_dma.h,stm32f10x_flash.h,stm32f10x_gpio.h,stm32f10x_rcc.h,stm32f10x_usart.h,misc.h 自己編寫的文件: main.c,stm32f10x_it.c,stm32f10x_it.h main文件: #include "stm32f

7、10x.h" #include "stdarg.h" #include "stdio.h" #define ADC1_DR_Address ((uint32_t)0x4001244C) extern __IO u16 ADC_ConvertedValue; extern __IO u16 calculated_temp; __IO u16 Current_Temp; unsigned char sec=0,min=0,hour=0; typedef struct { int tm_sec; int tm_min; int tm_hour; }rtc_t

8、ime; rtc_time systmtime; __IO u16 upper_bound; __IO u16 lower_bound; //static uint8_t USART_Scanf(uint32_t value); void Time_Regulate(rtc_time *tm); unsigned int TimingDelay=0; unsigned int KEY_ON; unsigned int KEY_OFF; void Delay(u32 count) { u32 i=0; for(;i

9、void LED_GPIO_Config() { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE); // 使能PD端口時鐘 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10|GPIO_Pin_11; //LED0-->PD.8端口配置 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; /

10、/推挽輸出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //IO 速度 50MHz GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure); //根據(jù)設(shè)定參數(shù)初始化 GPIOB.5 } void SysTick_Init() { if (SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000)) { while(1); } SysTick->CTRL &= ~ SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;//關(guān)閉滴答定時器 /

11、/SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;//開啟滴答定時器 } void Delay_ms(__IO u32 nTime) { TimingDelay=nTime; SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;//打開 while(TimingDelay != 0); } void RCC_Config(void)//配置時鐘 { RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);//DMA RCC_APB2Perip

12、hClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);//ADC1 and GPIOC RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);//USART RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE); // 使能PD端口時鐘 LED } void GPIO_Config(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitS

13、tructure; /***Config PA.01 (ADC1)***/ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); /***Config LED ***/ GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽輸出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPI

14、O_Speed_50MHz; //IO 速度 50MHz GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure); //根據(jù)設(shè)定參數(shù)初始化 GPIOB.5 /***Config USART ***/ /* Configure USART1 Tx (PA.09) as alternate function push-pull */ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_Init

15、Structure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); /* Configure USART1 Rx (PA.10) as input floating */ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); } void DMA_Conf

16、ig(void) { /* DMA channel1 configuration */ DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure; DMA_DeInit(DMA1_Channel1); DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address; /*ADC??*/ DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&ADC_ConvertedValue; DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_Peripheral

17、SRC; DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 16; DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Disable; DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_Memor

18、yDataSize_HalfWord; DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High; DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure); /* Enable DMA channel1 */ DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE); } void ADC1_C

19、onfig(void) { ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE ; ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE; ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; ADC_InitStructure.ADC_Da

20、taAlign = ADC_DataAlign_Right; ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); /* ADC1 regular channel16 configuration */ ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_16, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5); ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE); ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE)

21、; ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); ADC_ResetCalibration(ADC1); while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); ADC_StartCalibration(ADC1); while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); } void USART1_Config(void) { USART_InitTypeDef USART_InitStructure; U

22、SART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ; USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;

23、USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); // USART_ITConfig(USART1,USART_IT_RXNE,ENABLE); //接收使能 // USART_ITConfig(USART1,USART_IT_TXE,ENABLE); //發(fā)送使能 USART_Cmd(USART1,ENABLE); //啟動串口 } static uint8_t USART_Scanf(uint3

24、2_t value)//字符串讀取函數(shù) { uint32_t index = 0; uint32_t tmp[2] = {0, 0}; while (index < 2) { /* Loop until RXNE = 1 */ while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) ==RESET) { } tmp[index++] = (USART_ReceiveData(USART1)); if ((tmp[index - 1] < 0x30) || (tmp[index -1] > 0x3

25、9)) { printf("\n\r請輸入有效數(shù)字 0 到 9 -->: "); index--; } } index = (tmp[1] - 0x30) + ((tmp[0] - 0x30) * 10); /* Checks */ if (index > value) { printf("\n\r請輸入有效數(shù)字 0 到 %d", value); return 0xFF; } return index; } void Time_Regulate(rtc_time *tm)//時間設(shè)定函數(shù) { uint3

26、2_t Tmp_HH =0xFF, Tmp_MI = 0xFF, Tmp_SS = 0xFF; uint32_t Tmp_up = 0xff,Tmp_low = 0xff; printf("\r\n 設(shè)定溫度范圍"); printf("\r\n 輸入溫度上限: "); while (Tmp_up == 0xFF) { Tmp_up = USART_Scanf(99); } printf("\n\r 溫度上限為 %0.2d C\n\r", Tmp_up); upper_bound = Tmp_up; //------------------- pr

27、intf("\r\n 輸入溫度下限: "); while (Tmp_low == 0xFF) { Tmp_low = USART_Scanf(99); } printf("\n\r 溫度下限為 %0.2d C\n\r", Tmp_low); lower_bound = Tmp_low; printf("\r\n 設(shè)定時間 "); Tmp_HH = 0xFF; printf("\r\n 設(shè)定小時: "); while (Tmp_HH == 0xFF) { Tmp_HH = USART_Scanf(23); }

28、 printf("\n\r 設(shè)定小時為 %d\n\r", Tmp_HH ); tm->tm_hour= Tmp_HH; Tmp_MI = 0xFF; printf("\r\n 設(shè)定分鐘: "); while (Tmp_MI == 0xFF) { Tmp_MI = USART_Scanf(59); } printf("\n\r 設(shè)定分鐘為 %d\n\r", Tmp_MI); tm->tm_min= Tmp_MI; Tmp_SS = 0xFF; printf("\r\n 設(shè)定秒: "); while (Tmp_

29、SS == 0xFF) { Tmp_SS = USART_Scanf(59); } printf("\n\r 設(shè)定秒為 %d\n\r", Tmp_SS); tm->tm_sec= Tmp_SS; } int fputc(int ch, FILE *f)//重定向函數(shù) { USART_SendData(USART1, (unsigned char) ch); // while (!(USART1->SR & USART_FLAG_TXE)); while( USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)!= SET

30、); return (ch); } /*****************************主函數(shù)***********************************************/ int main(void) { #ifdef DEBUG #endif SysTick_Init(); LED_GPIO_Config(); RCC_Config(); GPIO_Config(); DMA_Config(); ADC1_Config(); USART1_Config(); Delay(5000); Time_Reg

31、ulate(&systmtime); GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_8); GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_9); GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_10); GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_11); sec=systmtime.tm_sec; min=systmtime.tm_min; hour=systmtime.tm_hour; while(1) { sec++; if(sec==60) { sec=0;

32、min++; if(min==60) { min=0;hour++; if(hour==24) { hour=0; } } } printf("\r\n 當(dāng)前時間: %d :%d :%d \r\n", hour,min,sec); printf("\r\n 當(dāng)前溫度: %02d C 溫度上限:%02d C 溫度下限:%02d C \r\n",Average_Temp,upper_bound,lower_bound); GPIO_SetBits(GPIOD, G

33、PIO_Pin_8); GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_9); GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_10); GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_11); if(((int)Current_Temp) > ((int)upper_bound)) { GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_8); } else if(((int)Current_Temp) < ((int)lower_bound)) { GPIO_ResetBits(

34、GPIOD, GPIO_Pin_11); } else{ GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_8); GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_9); GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_10); GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_11);} Delay_ms(1000); } } stm32f10x_it.c文件: /* Includes -----------------------------

35、-------------------------------------*/ #include "stm32f10x_it.h" /* Private functions ---------------------------------------------------------*/ void display(void) { unsigned char ad_data,ad_value_max,ad_value_min; ad_data=Current_Temp; if(ad_sample_cnt==0) { ad_value_max=ad_data;

36、 ad_value_min=ad_data; } else if(ad_dataad_value_max) { ad_value_max=ad_data; } ad_value_sum+=ad_data; ad_sample_cnt++; if(ad_sample_cnt==10) { ad_value_sum-=ad_value_min; ad_value_sum-=ad_value_max;

37、 ad_value_sum/=8; calculated_temp=ad_value_sum; ad_sample_cnt=0; ad_value_min=0; ad_value_max=0; } } void SysTick_Handler(void) { TimingDelay--; ADC_tempValueLocal = ADC_ConvertedValue; //printf("\n %02d \n, ADC_ConvertedValue"); Current_Temp=(V25-ADC_tempValueLocal)/A

38、vg_Slope+25; temp_sum+=Current_Temp; temp_cnt++; if(temp_cnt>=10) { temp_cnt=0; temp_sum/=10; Average_Temp=temp_sum; temp_sum=0; } //printf("\r\n The current temperature = %02d C\r\n", calculated_temp); } 5、 課程總結(jié)與個人體會 嵌入式開發(fā)是自動化專業(yè)的主要課程之一,現(xiàn)實生活中,嵌入式在應(yīng)

39、用可以說得是無處不在。因此在大學(xué)中掌握嵌入式的開發(fā)技術(shù)是十分重要的,也是十分必要的。 本次使用基于Cortex-M3內(nèi)核的32位ARM處理器stm32作為主控制器,設(shè)計了一種溫度測控系統(tǒng)。 系統(tǒng)中,使用了ADC、DMA、溫度傳感器、USART、GPIO、定時器、NVIC等資源,實踐了課上所學(xué)的內(nèi)容,深深體會到了應(yīng)用的重要性。在課程設(shè)計的過程中,為了減小干擾的影響,數(shù)據(jù)采集后,平均算法進行溫度輸出。并利用串口設(shè)計了簡單的交互系統(tǒng),雖然沒有使用上位機,但也達到了比較好的效果。通過本次課程設(shè)計,著實經(jīng)歷到了很多想象不到的困難,自己的一些想法也不夠成熟,最后還是參考了別人的解決方案,這讓我深

40、深認識到在嵌入式開發(fā)這條路上,與別人交流學(xué)習(xí)是提升自己的非常有效的方式。 在設(shè)計串口設(shè)定時間的程序時,我最開始的想法是通過USART的中斷進行輸入字符的識別,從而分別設(shè)定時間以及溫度上下限,可是經(jīng)過自己的冥思苦想還是想不出來,怎么都實現(xiàn)不了。無奈之下,我只好去隔壁寢室的大神那里虛心求教,在參考了他的程序之后我恍然大悟,選擇了在循環(huán)之外先按順序讀取字符串的方法,順利解決了我的問題,讓我深深認識到了交流的重要性,在自己的想法不夠完善時,多多了解些別人的算法對提升自己是有很大幫助的。 由于之前沒有完整開發(fā)一個有較多功能系統(tǒng)的經(jīng)歷,在本次做課程設(shè)計的過程中,走了不少的彎路,也學(xué)到很多課本上沒有的知

41、識。使用庫開發(fā)Stm32時,非常注重模塊化的概念,不光是很多片上資源使用庫文件來進行封裝,自己在編寫一些函數(shù)時也應(yīng)該學(xué)會進行封裝,其中又涉及到c語言很多之前沒太注意到的地方,在開發(fā)過程中著實讓我吃了不少苦頭,不過幸運的是同學(xué)的指導(dǎo)下,我一點點解決了那些疑惑的地方,更加深入了理解了一個工程的整體結(jié)構(gòu),對模塊化的思想印象深刻。這對我以后的開發(fā)將起到巨大的作用。 總之,本次的嵌入式課程設(shè)計讓我收獲了很多,不僅僅學(xué)習(xí)到了很多課本和課堂上學(xué)不到的東西,更重要的是學(xué)習(xí)到了庫開發(fā)的思想,以及體會到了交流的重要性,同時也感謝老師這一學(xué)期來的認真授課,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拇鹨山饣螅屛艺J識到理論知識對開發(fā)潛移默化的作用。 20

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