背景介绍

背景

嵌入式在汽车电子领域的应用

BMS:电池管理系统，限制充电放电温度电流大小等，包含限流模块（类似一个线圈）

BCM:车身控制器，对车体上的模块进行控制（一般在发动机左上角）

OBD:车载自诊断系统

关于通信频段：

芯片

国外单片机品牌：ST、德州仪器TI、恩智浦NXP

国内单片机品牌：兆易创新GD、MM、CH、HC

本次使用的芯片：STM32F103C8T6 ,手柄和飞控都用此芯片

单片机的组成：

  • Cortex-M3内核
  • 调试系统
  • 内部总线
  • 外设
  • 存储器
  • 时钟和复位
  • I/O

总线：

  • APB2总线（72MHZ）
  • AHB总线（系统总线）

外设：

  • 片上外设：存在于芯片内部的外设，出厂时由厂商集成在芯片内部的设备 | 例如： ADC，DAC，SPI，IIC，USART等
  • 片外外设： | 例如：蜂鸣器

存储器：

  • 内存（内存）：SRAM
  • 外存（磁盘）：FLASH（闪存）

| 根据片上flash的大小，对单片机容量进行了划分 |

时钟和复位：

  • 4个时钟源：
    • HSE：外部高速时钟（给予内核以时钟，外接晶振，稳定）
    • HSI：内部高速时钟（给予内核以时钟）
    • LSE：外部低速时钟（给予RTC以时钟，外接晶振，稳定）
    • LSI：内部低速时钟（给予RTC以时钟）
  • 复位：
    • 让程序恢复至最初位置重新运行
    • 冷复位：断点再上电
    • 热复位：上电时按下复位键
    • 复位是可控的、优先级最高的异常

IO口：

  • IO口是单片机和外接进行信息交换的唯一途径

编程方式

地址编程

[√] 寄存器编程（一堆地址按照逻辑集合在一起）

标准库编程（更加简单的编程方式）

HAL库编程（简洁的图形化编程，傻瓜式编程，使用软件STM32cubeMX）

本次使用寄存器编程

下载方式

ISP

ICP：ST-LINK、J-LINK、DAP-LINK（应用最为广泛）

IAP：固件升级技术

项目简介

遥控器：2.4G模块

飞机本体：姿态检测、闭环PID算法

GPIO的概述

区分端口号和管脚号

GPIO工作模式

通用型一般输入输出

GPIO示意图

image-20250113154632306

输入：

  • 上拉输入：默认输入一个高电平信号，TTL 逻辑‘1’，3.3V 左右
  • 下拉输入：默认输入一个低电平信号，TTL 逻辑‘0’，0.2V 左右
  • 浮空输入：默认输入一个极性不确定的TTL电平（电路如果已有初始电平状态则可以使用）
  • 模拟输入：和 ADC（模数转换器）一起使用（模拟信号经过TTL肖特基触发器后可得到方波）

输出：

  • 通用推挽输出：可以输出高低电平
  • 通用开漏输出：只能输出地低电平
  • 复用推挽输出：片上外设输出高低电平
  • 复用开漏输出：片上外设输出低电平

GPIO输出

GPIO寄存器描述

CRH CRL只跟管脚号有关，每个管脚对应四位

  • CRL：端口配置低寄存器
  • CRH：端口配置高寄存器

NOP延迟的实现

阻塞延迟：

  • _nop();

非阻塞延迟：

  • 定时器+状态机

delay.c

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#include "delay.h"

void Delay_us(uint32_t timers)
{
	while(timers--)
	{
		__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();
		__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();
		__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();
		__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();
		__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();
		__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();
		__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();__nop();
		__nop();__nop();
	}

}

delay.h

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#ifndef _DELAY_H
#define _DELAY_H

#include "stm32f10x.h"

#define Delay_ms(X) Delay_us(X*1000)

void Delay_us(uint32_t timers);

#endif

STM32F103VET6 单片机主频最大为 72MHz

T=1/f=1/72000000s=1/72000000*10^6us=1/72us

1us=72*T（72个__nop();）

1 编写LED灯、蜂鸣器代码
2 使用延时函数实现流水或呼吸显示
3 编写按键控制函数，可以达到对灯或蜂鸣器的控制

LED灯、蜂鸣器的配置代码

gpio.c

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#include "gpio.h"

/**********************
功能描述：LED_Config
功能：配置LED引脚
日期：2025年01月13日
硬件：PB9-LED1
PB10-LED2
**********************/
void LED_Config(void)
{
    // 启用GPIOB时钟
    RCC->APB2ENR |= (0X1 << 3);
    
    // 配置PB9为推挽输出模式
    GPIOB->CRH &=~ (0XF << 4);
    GPIOB->CRH |= (0X1  << 4);
    
    // 设置PB9为高电平-点亮LED
    GPIOB->ODR |= (0X1  << 9);
    //GPIOB->ODR &=~ (0X1 << 9);//设置PB9为低电平-熄灭LED
}

/**********************
功能描述：Beep_Config
功能：配置蜂鸣器引脚
日期：2025年01月13日
硬件：蜂鸣器-FMQ-PB10-蜂鸣器
**********************/
void Beep_Config(void)
{
    // 启用GPIOB时钟
    RCC->APB2ENR |= (0X1 << 3);
    
    // 配置PB10为推挽输出模式
    GPIOB->CRH  &=~ (0XF << 8); //
    GPIOB->CRH  |= (0X1 << 8);
    
    // 设置PB10为高电平-开启蜂鸣器
    GPIOB->ODR |= (0X1 << 10);
    //GPIOB->ODR &=~ (0X1 << 10);//设置PB10为低电平-关闭蜂鸣器
    GPIOB->BSRR |= (0X1 << 10);
}

gpio.h

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#ifndef _GPIO_H
#define _GPIO_H

#include "stm32f10x.h"


void LED_Config(void);


//x为真时，灯亮    x为假时，灯灭
//：冒号前后分别是亮灯代码和灭灯代码
#define LED1_Ctrl(x) (x)?(GPIOB->ODR |= (0X1  << 9)):(GPIOB->ODR &=~ (0X1 << 9))

#endif

beep.c

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#include "beep.h"
#include "gpio.h"
#include "delay.h"


/**********************
功能描述：Beep_Config
功能：配置蜂鸣器引脚
日期：2025年01月13日
硬件：蜂鸣器-FMQ-PB10-蜂鸣器
**********************/
void Beep_Config(void)
{
    // 启用GPIOB时钟
    RCC->APB2ENR |= (0X1 << 3); //x1 << 3 将数字 1 左移 3 位，相当于 0x8，表示启用 GPIOB 的时钟。
    
    // 配置PB10为推挽输出模式
    GPIOB->CRH  &=~ (0XF << 8);
    GPIOB->CRH  |= (0X1 << 8);
    
    // 设置PB10为高电平-开启蜂鸣器
    GPIOB->ODR |= (0X1 << 10);
    //GPIOB->ODR &=~ (0X1 << 10);//设置PB10为低电平-关闭蜂鸣器
    //<<右边写几就是对应的引脚
	GPIOB->BSRR |= (0X1 << 10);
}

void Beep_init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}

void Beep_on(void){

    GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10);
    Delay_us(20);
    GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10);
    Delay_us(20);
    GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_10);

}

main.c

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#include "stm32f10x.h"
#include "gpio.h"
#include "delay.h"

int main(void)
{
	LED_Config();
	LED1_Ctrl(1);//LED亮灯

}

寄存器配置的一般方法

三目运算符

三目运算符概述

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(X)?(Y):(Z)

当X=1即X为真，执行Y语句

当X=0即X为假，执行Z语句

进行宏定义

类似代码

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//逻辑伪代码
#define LED1_Ctrl(x) (x)?(亮灯程序):(灭灯程序)


//LED1的宏定义代码
#define LED1_Ctrl(x) (x)?(GPIOB->ODR |= (0X1  << 9)):(GPIOB->ODR &=~ (0X1 << 9))

在主函数中调用

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LED1_Ctrl(1); //调用亮灯程序

呼吸灯

使用delay的方式实现：

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void LED_Breathe(void)
{
	for(int i =0 ;i<1000;i++)
	{
        LED1_Ctrl(1);LED2_Ctrl(1);
        Delay_us(i);
        LED1_Ctrl(0);LED2_Ctrl(0);
        Delay_us(1000-i);
	}
}

按键

消除抖动

按键获取键值

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uint8_t KEY_GetVal(void)
{
if(() & ()==0)
	{
    Delay_ms(20);
    if()
    {
    while(()&())    
    return 1;
    }
    
	}


}

异常与中断

手册的5.1节给出了异常模型

中断数目可配置为1~240

优先级

优先级数字越小，对应的优先级越高

  • 占先优先级
  • 次级优先级

只有占先高的才能打断占先低的，若占先一致且同时抵达，则次级高的先执行

假设此时有三个ISR,A,B,C

占先 次级
A 0 1
B 1 1
C 1 0

外部中断/事件控制器EXIT

9.2节

他有多种选择触发器，根据需求进行选择

请求挂起寄存器EXIT_PR

模拟/数字转换(ADC)

ADC位数越大，采得每份电压值越小，ADC精度越高

逐次逼近型

通道

有16个多路通道。可以把转换组织成两组：规则通道与注入通道

DMA

DMA，全称Direct Memory Access，直接存储器访问，是一种硬件机制，允许数据在内存和外设之间直接传输，无需CPU介入。(可视为数据搬运工，只负责搬运数据，本身无存储空间)

DMA的数据传输方向：

  • 偏上外设 ==> 存储器
  • 存储器 ==> 片上外设
  • 存储器 ==> 存储器

独立数据源：从哪里取出数据

目标数据区：数据放到哪里去

DMA资源：DMA1有7个通道，DMA2有5个通道

DMA2和ADC3都只存在于大容量和互联设备中

DMA可协作CPU搬运外设的数据，但值得注意的是，DMA优先级是低于内核CPU的。

从外设数据寄存器或者从当前外设/存储器地址寄存器指示的存储器地址取数据，第一次传输时的开始地址是DMA_CPARx或DMA_CMARx寄存器指定的外设基地址或存储器单元。

存数据到外设数据寄存器或者当前外设/存储器地址寄存器指示的存储器地址，第一次传输时的开始地址是DMA_CPARx或DMA_CMARx寄存器指定的外设基地址或存储器单元。

执行一次DMA_CNDTRx寄存器的递减操作，该寄存器包含未完成的操作数目。

数据传输的宽度

  • 字（8位）
  • 半字（16位）
  • 全字（32位）

2.4G通信模块

数据链路层：

AT指令集——modbus通讯协议：串行通信协议

网络层：

TCP协议簇、MQTT协议

IIC协议

协议类似USART(串口)、SPI

IIC的特点：串行、同步、半双工

硬件层：

​ SCL时钟线：给主机和从机提供同步时钟，确保通信的稳定性

​ SDA数据线，传输数据

IIC的数据有效性：

SDA的状态只能在SCL为低电平的时候改变

当SCL为高电平时，SDA必须保持稳定（保持高或者低电平不能更改），当SCL为低电平时，才能改变电平状态

读写位在地址后面的原因

确认读还是写数据（读写输出输入有不同的状态）

PID算法

开环和闭环（PID是闭环中用的最多的）

P：比例

I：积分

D：微分

问题的解决：

使用ST-LINK进行代码烧录的情况下

下图为STLINK下载器

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在没有进行驱动安装的时候，直接点击keil软件中的load按钮是无法写入的，可能会报一个”Cannot Load Flash Device Description!”的错误日志

1，在keil软件中点击下面的按钮

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确保右下角显示为ONLINE在线状态

点击Keil::STM32F1xx_DFP（以使用的具体芯片为准）右侧install，在安装完成之后，会显示为Up to date

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由于需要使用ST-LINK下载器（类似于USB的一个设备）下载程序，故还需要安装此下载器的驱动

驱动已上传google云盘：STLINK Utility.zip，链接下载

下载并解压完成之后，先进入STLINK Utility这个文件夹，双击setup.exe，安装完成后在点击STLINK驱动文件夹中的ST-LinkUpgrade.exe，此时将STLINK下载器插入usb口（注意不要在STLINK上插开发板），点击Device Connect，就可以显示连接上了STLINK，随后点击升级按钮即可。

在做完上述步骤后，重新启动keil，并连接好下载器、单片机，点击

在keil中编译好，然后点击load即可成功将程序烧录进开发板

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使用…烧录代码的情况下