單片機(jī)控制的LED系統(tǒng)硬件底層驅(qū)動的軟件實(shí)現(xiàn)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u20693單片機(jī)控制的LED系統(tǒng)硬件底層驅(qū)動的軟件實(shí)現(xiàn)案例 1233491.1SysTick系統(tǒng)定時器初始化 176111.2通用定時器配置 2301181.3ADC配置 25431.4DMA配置 320411.5中斷和GPIO配置 3319481.6PWM捕獲的軟件實(shí)現(xiàn) 4129541.7主程序框圖 476941.8本章小結(jié) 561572LED控制系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn) 631162.1手動模式調(diào)節(jié)亮度實(shí)現(xiàn) 610022.2自動模式下的功能實(shí)現(xiàn) 61.1SysTick系統(tǒng)定時器初始化SysTick即系統(tǒng)定時器，其存在是為整個系統(tǒng)提供定時中斷，SysTick中斷處理程序不需要清除SysTick中斷源，因?yàn)楫?dāng)SysTick中斷處理程序被調(diào)用時，NVIC會自動清除該源。SysTick是一個24位計數(shù)器，如表4-1所示，每次計數(shù)器計數(shù)的時間是TDEC，當(dāng)數(shù)字寄存器從特定值減為零時，SysTick就會產(chǎn)生系統(tǒng)中斷。SysTick存在就是為系統(tǒng)提供一定時間的中斷，也可以說是時間間隔，就好像人的心跳一樣，有節(jié)奏的心跳是整個系統(tǒng)存在的基礎(chǔ)。表4-1SysTick中斷時間計算公式SysTick初始化一次計數(shù)時間中斷一次時間TDEC=1/SYSCLKTINT=VALUELOAD*TDEC

=VALUELOAD/CLKAHB注：SYSCLK=72M由表4-1可知中斷一次的時間TINT計算公式，當(dāng)VALUELOAD的值一定的時候，就可以計算出中斷一次的時間TINT。在軟件實(shí)現(xiàn)中，首選用函數(shù)SysTick_Init()對系統(tǒng)定時器進(jìn)行初始化操作，接著編寫了兩個延時函數(shù)（毫秒級voiddelay_ms(u16nms)、微秒級delay_us(u32nus)），兩個延時數(shù)都是硬件延時，非常準(zhǔn)確，這是之后對LED定時操作的關(guān)鍵，二者編寫邏輯上一致，首先重裝寄存器數(shù)值，再清零當(dāng)前數(shù)值寄存器，使能控制狀態(tài)寄存器，對這個數(shù)值進(jìn)行遞減，直至減到0產(chǎn)生中斷，這樣就可以得到一個精確的時間。1.2通用定時器配置STM32F103VET6擁有許多定時器，包括兩個個基本定時器（TIM6、TIM7）、四個通用計時器（TIM2-TIM5）和兩個高級定時器（TIM1、TIM8）?；居嫊r器的功能是最簡單的，通用計時器不難理解是在基本計時器的基礎(chǔ)上擴(kuò)展而來的（增加了可進(jìn)行捕獲的功能），高級定時器又增加了一些功能，不過本設(shè)計基本用不到多出的那些功能。STM32F103VET的通用計時器由一個PSC驅(qū)動的16位CNT組成，通用定時器可用于多種用途，本設(shè)計由用到其一個重要功能，PWM捕獲和PWM輸出，因此定時器的配置是設(shè)計的關(guān)鍵。本設(shè)計一共用了三個定時器，兩個通用定時器（TIME2、TIME3），一個高級定時器（TIME1），TIME2主要通過函數(shù)TIME2_Init()用來產(chǎn)生PWM，在自動模式下，TIME3通過函數(shù)TIME3_Init()和TIM3_IRQHandler(void)中斷服務(wù)函數(shù)來自動控制LED的一系列操作（如夜燈、人體紅外識別等功能）。高級定時器TIME1將會在以后的章節(jié)講到。1.3ADC配置STM32F103VET6芯片有三個ADC，此處使用的ADC1擁有16個外部通道。當(dāng)光敏電阻的電阻值發(fā)生變化時，引腳端的電壓也隨之改變，電壓范圍為0~3.3V，電壓信號會被處理。ADC的結(jié)果可以向左存儲，也可以在16位數(shù)據(jù)寄存器中向右排列。三個ADC的通道引腳對應(yīng)表如表4-2所示。表4-2ADC通道引腳對應(yīng)表ADC轉(zhuǎn)換后，模擬電壓為12位數(shù)字值如果直接打印出來，是不可能看懂相關(guān)信息的，因此，通常輸入電壓范圍為0V到3.3V。由于ADC為12位，12位滿量程（2^12）相當(dāng)于3.3V，12位全為0則對應(yīng)于0V。對應(yīng)關(guān)系式為：2^12/3.3=X/Y，=>Y=(3.3*X)/2^12（其中X為轉(zhuǎn)換值，Y為模擬電壓值）。在本設(shè)計中，使用ADC1來完成對光敏電阻模塊所采集的電壓信號操作，配置完函數(shù)ADC1_Init()，配置好對應(yīng)的GPIO引腳PA0后，再配置ADC工作模式和相應(yīng)的中斷服務(wù)函數(shù)，就可以對完成模數(shù)轉(zhuǎn)換操作。1.4DMA配置前邊以及詳細(xì)介紹了DMA的原理以及優(yōu)點(diǎn)，這里不再重復(fù)。本設(shè)計需要DMA來進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移且不占用CPU資源，DMA可以對模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速轉(zhuǎn)移。在軟件上，首先進(jìn)行宏定義和相關(guān)變量的定義，再通過函數(shù)DMA1_Init()配置使能DMA，運(yùn)行后就可以對光敏電阻端電壓進(jìn)行采集，主控制器接收信號后作出相應(yīng)控制動作。1.5中斷和GPIO配置本設(shè)計采用了許多引腳，GPIO和中斷配置數(shù)量很多，這里通過函數(shù)key_Init()來進(jìn)行這些配置，此外，還需要外部中斷2中斷服務(wù)函數(shù)EXTI2_IRQHandler()來實(shí)現(xiàn)檢測人體，外部中斷10-15中斷服務(wù)函數(shù)EXTI15_10_IRQHandler()來實(shí)現(xiàn)夜燈功能。1.6PWM捕獲的軟件實(shí)現(xiàn)上面章節(jié)已經(jīng)介紹了PWM的捕獲原理，本設(shè)計使用高級定時器的TIM1（PA8）。首先進(jìn)行宏定義，這能加快軟件編寫速度，通過函數(shù)ADVANCE_TIM_Mode_Config()對高級定時器輸入和相關(guān)GPIO初始化以后，再通過函數(shù)ADVANCE_TIM_NVIC_Config()進(jìn)行中斷優(yōu)先級配置，通過中斷服務(wù)函數(shù)ADVANCE_TIM_IRQHandler()編寫PWM的計算公式，最終完成PWM的捕獲。1.7主程序框圖主函數(shù)的整體框架如圖4-1和圖4-2所示，主函數(shù)主要完成了對上述初始化配置函數(shù)的應(yīng)用，以完成各種功能。手動模式的程序框圖如圖4-1所示，手動模式下完成的是對LED完成最基本的控制，這是本部分的目的。首先對系統(tǒng)定時器進(jìn)行初始化，配置中斷優(yōu)先級，ADC，通用、高級定時器，GPIO和外部中斷初始化，接著是用while（1）不停地檢測觸摸按鍵是否被觸摸，在LED處于閃爍提醒狀態(tài)或者關(guān)閉狀態(tài)時，單擊觸摸即可點(diǎn)亮LED；如果是連續(xù)觸摸且LED處于點(diǎn)亮狀態(tài)，則通過逐漸減小PWM占空比來使LED漸暗，相反，如果LED不是最大亮度，則首先輸出占空比加大的PWM使LED漸亮，直至最亮。圖4-1手動模式程序框圖自動模式和手動模式可以通過一個按鍵進(jìn)行切換，自動模式的程序框圖如圖4-2所示，手動模式和自動模式共同組成了主函數(shù)，首先都是對一些外設(shè)進(jìn)行初始化，自動模式下的目的是完成一些特定的功能（人體感應(yīng)、聲控LED），自動模式下有很多需要計時的任務(wù)，這里最功不可沒的就是系統(tǒng)定時器。第一個要實(shí)現(xiàn)的功能是人體感應(yīng)開燈，如果在環(huán)境較暗且系統(tǒng)不是夜燈狀態(tài)下檢測到人體，則輸出占空比100%的PWM使LED點(diǎn)亮，系統(tǒng)會持續(xù)檢測人體，如果時間過長，則通過閃爍來提醒人，在人離開一定時間后LED也會自動熄滅；第二個功能是夜燈功能，如果在環(huán)境較暗時，外界有聲音或震動被聲控傳感器有效接收到，則點(diǎn)亮LED，一定時間后自動關(guān)閉，系統(tǒng)繼續(xù)檢測。圖4-2自動模式程序框圖1.8本章小結(jié)本章主要系統(tǒng)定時器初始化及配置、ADC配置、DMA配置、中斷和GPIO配置等方面描述了本設(shè)計在軟件層面的實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)敘述了DMA、定時器、中斷函數(shù)的配置方式和一些細(xì)節(jié)，還有PWM配置，到這里就意味著功能實(shí)現(xiàn)最重要的階段已經(jīng)完成。

2LED控制系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所使用的硬件已經(jīng)進(jìn)行了介紹，在第四章，本文又詳細(xì)敘述了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全部功能的最關(guān)鍵的硬件的軟件底層驅(qū)動，在本章，將會使軟硬件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)具體功能，對具體功能的相關(guān)細(xì)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)介紹。圖5-1系統(tǒng)實(shí)物圖2.1手動模式調(diào)節(jié)亮度實(shí)現(xiàn)通過按壓按鍵（該按鍵接到了芯片的PE0），經(jīng)函數(shù)相關(guān)幾個函數(shù)會對該信號進(jìn)行判別，然后改變模式，可切換自動模式和手動模式。 在普通模式下，LED燈默認(rèn)是熄滅狀態(tài)，系統(tǒng)會進(jìn)行檢測，等待LED狀態(tài)更新，連續(xù)觸摸按鍵時，輸出占空比增大的PWM，LED亮度隨之升高，直至亮度最高；在普通模式下，如果燈為亮度最高狀態(tài)，系統(tǒng)等待LED狀態(tài)更新，連續(xù)觸摸按鍵時，輸出占空比減小的PWM，LED亮度隨之減小，直至變成一個最低亮度；如果不是連續(xù)觸摸按鍵，而是單擊一下按鍵，則可直接在LED點(diǎn)亮或者閃爍狀態(tài)下熄滅LED；系統(tǒng)會自動捕獲PWM，并將其占空比和周期顯示在上位機(jī)串口助手上。普通模式下實(shí)現(xiàn)的是最基礎(chǔ)的功能，即點(diǎn)亮LED并控制其亮度。2.2自動模式下的功能實(shí)現(xiàn)人體紅外感應(yīng)控制LED的實(shí)現(xiàn)：當(dāng)環(huán)境亮度較低時，如果有人靠近系統(tǒng)，將會被該紅外感應(yīng)模塊感應(yīng)到，此時紅外模塊將會向主控制器發(fā)出點(diǎn)亮LE