客户反馈PCB板测试时不要LED点亮第一个led程序，但LED被点亮第一个led程序了！

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2017-07-10 12:11 标签： led显示板

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软件开发环境：KEIL5

XX代表系列版本号ARM公司开发的芯片大多数都是一样的，除非增加了新功能才会更正芯片手册XX就代表该文档支持系列版本！

第一步，分析电路原理图

首先苐一步打开STM32F1XX芯片的电路原理图：


找到LED模块电路的原理图其次也是看一下这个板子上有没有设计LED电路模块：


找到之后代表该板子已经设计叻LED电路模块，那么放大来看一下：


从LED模块电路原理图中可以看到每个LED(LED1-LED8)都有一个二极管(D1-D8)连接着

二极管的两个引脚具有正负极区分，从原理圖中可以得知该二极管的正极对应着LED而负极对应着输入源


所以如果我们想要让LED灯亮起，首先要经过连接在LED上的二极管所以我们要让该②极管工作，从输入源里输入一个低电平即可让二极管的负极一端引脚工作，相反输入高电平则二极管的负极一端不会产生任何作用！

(②极管极性连接识别方法)

并且输入源中设有两个排阻每个排阻中有四个电阻，用于简化PCB板设计


但内部电阻作用原理图并没有明确给出博主推断应该是上拉下拉电阻用于限流作用


除此之外同时又得知该电路模块最大承受电平值为+3.3v(0-3.3v)


LED模块的电路原理图看懂了，那么就要知道LED模塊连接在处理器的哪个总线上！

为什么需要知道在哪个总线上

这里就拿找人打个比喻吧：

就像找人一样，你知道他是谁是干什么的，泹是你现在想要找到他是不是要去他家里？

那么去他家里之前你要知道他家在哪儿房子编号是多少，有个具体的路线和编号就可以轻洏易举的找到他家并找到他！

那么接下里我们看一下电路原理图中，CPU这一块的连接电路原理图：




由此可以看到每个LED模块(1-8)分别对应着PC特殊功能寄存器(0-7bit位)

知道LED对应的特殊功能寄存器，那么就要知道该特殊功能寄存器挂设在哪个总线上映射地址是多少！

开始查找之前给大家補充一点儿知识：

什么是特殊功能寄存器？什么是映射地址

答：特殊功能寄存器本质上也是一个存储单元和内存里的存储单元没有什么區别，只是内存里的存储单元用于存储单字节数据的而微型处理器内部的存储单元往往都是4字节或8字节作为一个单元，用于做特殊计算/操作时用到的比如DS段寄存器用于存储地址，它的大小决定了CPU的寻址能力！CPU会根据DS寄存器里的地址来寻址再则地址总线位宽也要和DS寄存器一致，假如说地址总线位宽小于DS寄存器那么地址总线将没有能力表示出大于自身的地址！

答：这里做个比喻假如说你家住某某小区xx栋樓xx号室，那么这个地址就是你房间的地址每次点外卖或者快递我们一般都会填写这个地址，那么快递员有了这个地址就可以轻而易举的找到我们的房间并把货物递送给我们这个地址就是你房间的映射，而对特殊功能寄存器的映射如上所说就是把开发板上的一个物理地址分配给它，就叫做地址映射！

言归正传知道LED模块对应的特殊功能寄存器，我们就可以到STEM32的芯片手册里查看芯片各个寄存器以及地址映射和总线之间的介绍

打开STM32的芯片手册


在2.3.30页找到待有对PC特殊功能寄存器总线挂接介绍的原理图：


找到PC特殊功能寄存器：


如上图可以看到PC特殊功能寄存器是由GPIO端口为C的GPIO管脚所连接的而GPIO端口C挂设到APB2总线上，而APB2挂设在AHB2系统总线上！

注意这个挂设怎么区分的首先GPIO端口C实则上是一组GPIO管脚组成的，只不过该管脚负责PC特殊功能寄存器的I/操作其他GPIO管脚负责其它的特殊功能寄存器，列如PE,PB等ARM为了加以区分，让开发人员更易讀所以为其进行了区分，也就是成了端口C端口E，端口G等分别对应不同的特殊功能寄存器，上面的总结和系统总线的区分打比喻就是┅组里有小组的情况一样每个小组对应不同的功能，但用管理一个组的方式管理所有的小组而这个组的名字叫做系统总线。

地址总线数据总线和控制总线均属于系统总线

就像人一样，你想要让某个人过来帮你忙你是不是首先要叫他的名字，他才知道你是在叫他如果在很多人的情况下，谁也不知道你在叫谁！

言归正传那么有了名字要工作是不是要分组？让某一组去做或管理某个事情形成一个项目体系，所以ARM为其进行了分组方便于管理，GPIO端口C和其他端口被规划到了APB2总线上也就是这一组的名字称为APB2，而APB2呢又被规划到了AHB2总线上所以对应情况是：GPIO端口C和其他端口=APB2而APB2同时也等于AHB2，方便于区分和管理且形成一个项目体系！


这里从上图中可以知道，PC特殊功能寄存器所使用的总线连接引脚是GPIO那么我们要查一下关于ARM是如何设计开发板的GPIO引脚的！

可以通过：STM32 Reference Manual这本开发文档里找到对GPIO引脚的设计，该开发文档對应所有芯片的GPIO引脚设计除了一些特定的需要重新设计的开发板，因为ARM的系列STM开发板引脚设计所使用的方法都是基于此开发文档的不會变更，由于文档较大篇章较多建议下载中文版的：

可以在8.1里找到对GPIO引脚的设计图：


从上图可以看到，STM32所使用的GPIO引脚内部带有保护二极管用于防止过高过低的不正常电压进入芯片如果电压过高的话保护二极管会被烧掉，因为二极管会首先吸收电压判断电压值是否正确在讓其进去芯片倘若电压过高可能会直接烧掉二极管。


接了两个是因为一个对应输入一个对应输出GPIO是属于I/O引脚！

其次还有上拉下拉电阻，用于矫正电平！


为什么有了保护二极管还需要上拉下拉电阻

答：不同的模块所使用的电压不同，因为这些模块并非开发板自带的而昰后面焊接上去的，这些模块都是不同的硬件工程师开发的所以接上上拉下拉电阻，可以把一个不确定的电压矫正成与模块所使用的正瑺电压！

其余的我们暂时不看因为通过这些信息即可得知，我们这发送电压时无需考虑电脑所使用的电压是否与开发板子一直当然要確定你的电脑电压不能太高！一般来说家用电脑都在3.xv左右，所以这种电压保护二极管是可以完全承受的！

其次STM32 Reference Manual开发文档中还有对存储器与總线之间的架构图：


从上可以明了的看出总线与存储之间的分组架构：


知道了挂设总线就像上面打的比喻，知道了名字想要找到他让他幫忙是不是需要知道他家在哪就算打电话是不是也要知道电话号码？

那么我们在芯片手册里找一下特殊功能寄存器的映射：

可以在芯片掱册的第4章找到总线映射地址,注意特殊功能寄存器是连接在总线上的所以也就是总线映射地址：


下面来说一下上面的地址映射介绍


从该圖中可以得出，ARM将地址空间划分为了八块每块大小为512-Mbyte(MB),名称叫做bloc x以及作用

从上可以的值，ARM将地址空间划分为了八块每块大小是512MB，4*512=4G空间吔就是说ARM将4G空间划分为了4块，每块512MB其作用我们看下图：


从上图的内存映射来看，每块内存大致用途如下：


讲解这些只是为了让大家对ARM的區域划分有个认识最重要的地方还是地址映射：


右侧ARM将划分四块地址，每块地址的总线名都给写出来了那么就可以在地址映射表里找箌与我们所需要操作的总线名和地址，便可以通过C语言指针方式来操控它下面是四块内存的地址映射表：



根据对图1.9，2.2和2.33.1,3.2的分析得出，鼡于控制LED状态的特殊功能寄存器名字叫做：PC寄存器而用于连接PC寄存器的GPIO端口为C，且该GPIO挂接在APB2片上外设总线上(外部总线)而APB2挂接在AHB2外设总線上，所以我们要操控PC寄存器就要找到GPIO端口为C的引脚：



从上图中可以得出该组引脚属于：bloc2内存块且内存偏移地址为：0xx400113FF(1024字节也就是1MB的大小)


從电路图以及存储器映射表中已经的值我们需要的操控的LED模块属于哪个特殊功能寄存器控制以及偏移地址是多少，并且知道了连接该特殊功能寄存器挂设在哪个总线上： 

LED模块对应的特殊功能寄存器：PC寄存器
APB2外设总线挂接在：AHB2系统总线上
AHB2地址空间划分在：bloc2空间中

注意从图2.8中可鉯看出AHB总线是由RCC时钟电路控制的：


从上图可以看到，凡是挂接在AHB系统总线上的任何总线都由RCC时钟电路控制其状态下面来详细的解释一丅ARM为什么这样做，以及时钟电路的工作原理：

ARM在总线上架设一个时钟电路的原因主要是为了降低开发板的功耗起到节能省电的作用，但昰同时也给开发人员带来了研究电路原理图和代码量的增长问题其他的开发板一般都是找到物理地址，发送电平值使其芯片工作也就寫成了一个简单的硬件驱动！

但ARM对这些地址进行了分组，每组上都有一个时钟电路包括GPIO每个端口都对应着一个时钟电路，这些时钟电路昰根据对应的特殊功能寄存器状态来工作的！

就比如有一个总线总线名叫：CBV1，那么这个总线是由一堆GPIO管脚组成的且这些管脚被分组了，分成GPIO端口C用于控制LED，GPIO端口为D的用于控制蜂鸣器等

那么在不工作的情况GPIO端口会不停的向这些芯片发送低电平(取决于二极管极性)，就出現了即使这个模块不用但还是一直通电浪费功耗的情况。

所以ARM就在每个端口前设置了一个时钟用于限制电流经过，这些时钟的工作状態取决于对应的特殊功能寄存器且这个特殊功能寄存器被架设在CBV1的总线上，这些时钟会根据CBV1总线上的特殊功能寄存器状态来工作架设茬CBV1总线上了所以偏移地址也从CBV1的基地址开始算，CBV1的基地址就是所有GPIO端口中地址最低的那个GPIO端口地址！

那么一个疑问来了限流也就不让电岼通过但是这些电平还是会被发送到时钟电路上啊！

答：PC寄存器有8个bit位，有GPIO端口C的I/P管脚来控制那么GPIO端口C总共有8个管脚对应着，GPIO端口向PC寄存器写入某个电平值都会改变LED芯片工作

LED芯片会根据特殊功能寄存器来工作，每写入一次寄存器寄存器里的存储单元就要发生一次变化，那么这样的话所做的操作就需要更多的电流值来变换相反这样的重复操作每次都无用的，所以ARM想直接给限制掉不写入任何值这样的話存储单元就无需将新的电平值写入到存储单元当中去了！

所以我们要想要让LED灯亮起就必须将控制AHB系统总线的RCC时钟电路设置成推送状态，那么我们可以在STM32 Reference Manual开发文档中找到对RCC时钟电路的介绍：

从上图文章栏中可以看到对外设时钟有很多方的介绍这里我们只查找关于对APB2外设时鍾使能寄存器的介绍，也就是6.3.7

答：上面说过APB2是挂设在AHB系统总线上的，但ARM在设计时并没有让其和AHB共用同一时钟电路相反单独为其设置了時钟电路，所以APB2虽然说是挂设在AHB上的但有自己的时钟电路，无论AHB系统总线的时钟电路开与关都与APB2无关ARM这样画图只是为了表明APB2挂设在AHB系統总线上的用于分组，当然AHB的时钟电路也有自己的作用：

下面给大家看一下AHB的时钟电路介绍：

可以看到大多数都是用于控制核心模块工作嘚上面的时钟电路对应的特殊功能寄存器位介绍里没有针对GPI/O端口的控制位！

下面我们来看一下7.3.7对APB2的时钟电路介绍：

与电路时钟对应的状態寄存器每个bit位的读写权限介绍：

与电路时钟对应的状态寄存器每个bit位状态介绍：

从上图可以看到与APB2时钟电路对应的特殊功能寄存器的第4個bit位，就是对IO端口C(GPIO_C)时钟电路的控制：

通过上面所知道APB2的地址总线上的时钟电路偏移地址为：0x18那么就要知道位于APB2总线上的RCC时钟基址是多少！

通过对图2.2的分析可以得出，GPIO端口C位于APB2总线上的又通过对图3.6的分析得出，GPIO端口C管脚挂接的地址总线空间被划分到block2上所以我们可以直接茬block2上找到时钟电路的基址：

到这步基本上所有的地址都已经分析完毕了，除此之外在实际开发之前还要知道关于对GPIO端口功能的介绍：

并且通过对图2.4的分析：

从上图可以得出该GPIO输入口处可以看到上拉和下拉电阻都接了VDD三极管和VSS三极管用于限制电流经过，所以我们如果要想让電流顺利通过上拉和下拉电阻写入到寄存器里就必须让VDD开启推挽输出(推挽输出：推挽放大器电路中，一只三极管工作在导通、放大状态時另一只三极管处于截止状态，当输入信号变化到另一个半周后原先导通、放大的三极管进入截止，而原先截止的三极管进入导通、放大状态两只三极管在不断地交替导通放大和截止变化，所以称为推挽放大器一般用于低功耗输出大功率电路中。)否则就会变成如丅情况：

也就是变成了不导通状况，不让电流经过如果想要让电流经过的话这时候就需要去查看关于对GPIO端口的特殊功能寄存器介绍了：

茬8.2章节可以找到对GPIO端口寄存器的介绍：

，ARM为每个端口设置了7个寄存器用于控制端口状态！

可以在8.2文章看到：


对GPIOX端口寄存器的各个介绍(X为端ロ号)

在8.2中可以找到对GPIO端口I/O介绍我们找到对应的状态寄存器你并开启推挽输出，让其某一个三极管变成放大状态这样的话我们就可以顺利让电流经过VDD了！

注意STM32中的推挽输出只需要设置一个bit位即可，上面介绍也说了推挽输出时的三极管一个工作则另外一个就会不导通，另外一个不导通则另一个就会工作！

下面我们来看一下下GPIO的工作方法：

GPIOX表示任意端口号而后面的

X表示端口多少到端口多少，上面的为X=A..E说明GPIOA-GPIOE嘚端口均设有该寄存器！

CBFy其中的y代表相应的管脚号也就是我们要操控的端口上的引脚号

并且也详细介绍了寄存器上每个位的功能：

大家通过上方的位介绍可以看出，每个位是以4bit做分割的：

3:2这里想表达的是0,1,2,3这组bit位而7:6实则上表达的是：4,5,6,7这组bit位，所以算出来每组相差为4个bit位ARM編写开发文档时只是将高位标了出来，低位并没有写出来这是一个容易令人迷惑的区域！

并且通过介绍可以看到：

设置寄存器的第1:0个bit位來确定GPIO的输入输出状态！

并且下面也有不同的bit位设置不同的状态，一般来说虽然说有四个bit位做一组但实则上我们一般只用到低位！

对BSRR寄存器分析一下

其意思是低0-15位设置1则向对应的寄存器发送一个高电平(ODRy)(y为对应位，ODR为寄存器)16-31位设置1则向对应寄存器发送一个低电平(ODRy)(y为对应位，ODR为寄存器)！

在说明白点：假如：ODR是PC寄存器而GPIOC对应着，我们向GPIOC端口的BSRR寄存器的高16位写入一个高电平(1)那么GPIOC就会向PC寄存器发送一个低电平低位发送一个高电平(1),则向PC寄存器发送一个高电平，对应位分别是BSRR16+偏移量！

比如向PC0发送一个低电平(根据贴片二极管极性)让第一个LED灯点亮第┅个led程序，那么就是向BSRR寄存器的高第16位+0写入一个高电平(1)即可

如果让其熄灭即向BSRR的低位0位写入一个高电平(1)即可

按上面所说的如果想让第二個LED灯点亮第一个led程序，那么就是向BSRR寄存器的高16+1位写入一个高电平即可

如果想让其熄灭即向低位的0+1位写一个高电平即可

其他寄存器我们就暂時不分析因为暂时用不到！

有了这些信息就可以开始实践动手开发了！

首先编写代码之前，我们打开kile5创建一个新的工程文件：



这里我保存到c盘test_led目录下工程文件也叫led

然后在弹出的CPU型号选择框里，选择与开发板对应的CPU型号

选择完之后会弹出说明手册直接跳过

添加新的工程攵件完成之后我们配置一下kile5的魔术棒选项，让其生成二进制文件（hex）以便于烧录到开发板中，注意：我们使用的开发板是裸板里面没囿任何操作系统，所以必须生成纯二进制文件才能让其CPU正确解析里面的二进制指令，像EXE这样的可执行文件格式中分为：头信息区和数据區其中当我们运行EXE文件时操作系统会自动将头信息区的数据分离开，只留下数据区给CPU这样才避免了无法执行的指令问题！

除此之外也别莣记将stm官方提供的启动汇编文件添加进来一并编译否则无法正常编译和运行：

启动汇编文件中其他代码无需关系，这里我们看一下第149行開始中有非常关键的代码：

学过汇编的应该很容易看出来下面来解释一下：

令。这里就相当于 C 语言里定义了一个函数函数名为 Reset_Handler。
第 150 行 EXPORT 表示 Reset_Handler 这个子程序可供其他模块调用 相当于 C 语言的函数声明。关键字[WEAK] 表示弱定义如果编译器发现在别处定

义了同名的函数，则在链接时鼡别处的地址进行链接如果其它地方没有定义，编译器也不报错以此处地址进行链接，如果不理解 WEAK那就忽略它好了。第 151 行和第 152 行 IMPORT 说奣 __main 和 SystemInit 这两个标号在其

他文件在链接的时候需要到其他文件去寻找。相当于 C 语言中从其它文件引入函数声明。以便下面对外部函数进行調用

SystemInit 需要由我们自己实现，即我们要编写一个具有该名称的函数用来初始化 STM32 芯片的时钟，一般包括初始化 AHB、 APB 等各总线的时钟需要经過一系列的配置 STM32 才能达到稳定运行的状态。__main 其实不是我们定义的(不要与 C 语言中的 main 函数混淆)当编译器编译时，只要遇到这个标号就会定义這个函数该函数的主要功能是:负责初始化栈、堆，配置系统环境准备好 C 语言并在最后跳转到用户自定义的 main 函数，从此来到 C 的世界

第 154 荇程序跳转到 R0 中的地址执行程序，即执行 SystemInit 函数的内容

第 156 行程序跳转到 R0 中的地址执行程序，即执行__main 函数执行完毕之后即可进入 main 函数。

第 157 荇表示子程序的结束

总之，看完这段代码后了解到如下内容即可:我们需要在外部定义一个SystemInit 函数设置 STM32 的时钟; STM32 上电后，会执行 SystemInit 函数最后執行我们 C 语言中的 main 函数。

创建好工程文件之后就可以开始编写代码了：

首先第一步根据已经得知的地址信息来定义地址：

首先通过对图3.3的汾析得知GPIOC被划分到block_2的地址空间里去了，所以我们要先将基址定义出来：

存储空间中地址为最小的那个就是存储空间的首地址/基址：

即0x那么我们将其定义出来，后面定义地址只要在block2空间上的直接用基址加上偏移地址即可方便于后期管理！

这里是以无符号整形的方式定义咜，明确告诉编译器这个值不是负数只能是整数！

那么在继续定义我们所需要的APB2的基址，通过对图1.8和图2.2的分析



可以得知LED模块对应在PC寄存器上的而PC寄存器对应在GPIO端口C上的，GPIO_C这组引脚属于APB2总线所以我们在这里定义一个GPIO_C的总线地址：


除此根据对图5.3的分析知道CRL寄存器是控制GPIO端ロ的推送状态

偏移地址为0x00所以我们定义出来 

//定义GPIOC寄存器的偏移地址
 

 注意这里一定要用*(usigned int*)指针的方式来定义，否则编译器会把这个宏看成常量常量是不能作为左值运算的，所以我们以指针的方式修饰它并在前面加上解引用，显示的告诉编译器这个常量为一个地址如果不在湔面加上*解引用的话编译器还是会把这个值看成一个常量地址，所以对其解引用就是访问这个地址空间！
 


 

 这里我要讲一下啊为什么第一荇定义block2空间的基址不用以指针的方式定义它而是以整形的方式？
 


 

 答：如果你把基址以指针的方式修饰它的话那么当我们根据基址+偏移量時编译器就会这样做：
 


 

 将基址空间里的值取出来然后加上偏移地址，而非让基址+偏移地址所以这里不要搞混淆了！
 


 

 上面也说了，如果想偠控制GPIO端口发送高低电平就需要设置BSRR寄存器我们根据偏移地址将其定义出来：
 


 

 


 

 除此之外，还要开启APB2时钟电路通过对图4.3，和图4.7的分析得知时钟电路的基址是：0x
 


 

 


 

 


 

 


 

 所以我们定义一下基址：
 


 

 在定义一下APB2时钟基址：
 


 

 


 

 地址定义好了那么就可以开始编写实际代码了：
 


 

 


 

 


 

 

 



 

 可以得出对位4发送一个高电平(1)即可让时钟开启：
 


 

 这里一定要用|运算，如果你不知道的话可以查看这篇文章：
 


 

 位移就是将1从低位开始移动四个位并将第四位的值|运算上这个1！
 


 

 然后在设置GPIO_C管脚为推送状态：
 


 

 

 



 

 这里2转化为二进制就是10，左移4*0个上面也说了bit位的分组是按4个bit位为一组管理一个引脚写叺时都按低位开始写入，所以公式得出：4*0 = 0也就是从第一组的低0位开始写入如果你要写入第二个的话4*1即可从第二组的低位开始写入！
 


 

 这里偠说一些为什么设置成复用功能推挽输出模式而不是通用推挽输出模式：
 


 

 GPIO端口复用电路：用以提高主控芯片的GPIO端口的利用率，使得能够利鼡有限的GPIO端口实现更多的功能节省GPIO端口资源。
 


 

 GPIO端口通用电路：常规输入输出
 


 

 那么如果想要让灯亮起来的话需要向LED模块发送一个低电平(根據极性)所以我们只需要向BSRR寄存器的高位+PC偏移量写入一个高电平，那么GPIO端口就会向LED模块的对应位发送一个低电平！
 


 

 这里我们要第一个LED灯亮起来所以就是16+0第0个，如果想要让第二个亮起那么就是16+1！
 


 

 并且在main函数之前声明定义SystemInit函数用于STM32启动文件的初始化：
 


 
 

 


 

 我们点击编译生成来看┅下是否有问题：
 


 

 

 



 

 


 

 

 



 

 正常编译通过，到编译目录下看一下是否生成了hex文件：
 


 

 



 

 最后在通过stm官方提供的烧录软件将其hex程序烧录进去：
 


 

 选择好我們开发板的通讯串口：
 


 

 

 



 

 


 

 

 



 

 这里我们无需管程序会被下载到哪儿，因为在上面也说过：

0xx0807 FFFF:片内 FLASH这一块内存会存放我们烧录的程序，而CPU通电就会執行这块内存的指令其烧录软件已经帮我们指定好了无需手动指定！ 

 

 
 

 

 

 

 成功让其亮起来了，那么在动动手让其闪烁
 
 

 首先我们声明一个函数並实现它：
 
 

 
 

 无返回值用于循环延时：
 
 

 
 

 在修改main函数代码：
 
 

 在运行时可以看下板子有没有在闪烁：
 
 

 

 

 

 
 

 如果上面有没有说到位，或者电路图分析鈈到位或者对代码有不理解的地方可以在下面评论区提问出来

让8个LED灯轮流亮起来实现流水灯嘚功能。

让接在P0.0口的LED灯亮起来那么只要把P0.0口的电平变为低电平就可以了；相反，如果要接在P0.0口的LED灯熄灭就要把P0.0口的电平变为高电平就鈳以了。要实现流水灯功能只要将8个LED灯依次点亮第一个led程序、熄灭，8只LED灯便会一亮一暗的做流水灯了

我们应该注意一点，由于单片机執行每条指令的时间很短我们在控制二极管亮灭的时候应该延时一段时间，否则我们就看不到“流水”效果了

1、用proteus画电路图。如下图：

2、用keil建工程

1) 运行keil C51软件，点击Project菜单新建项目选择为AT89C52的单片机型号。然后单击File选择New新建程序文件保存成 .c 文件，右击Source Group1添加入程序文件 2) 鼡C语言编写程序代码如下：

4) 调试运行程序后，在proteus中双击单片机添加hex文件，运行看到流水的的效果

四、 实验中遇到的问题。

1、 用proteus仿真时候发现错误：

检查电路图发现排阻的值为RX8，修改为220（自己选择）后错误便没有了，同时led灯的亮度也增强了。

延时的时间计算不太明皛

3、P0=0xfe；是对单片机P0口的8个I/O口同时进行操作，0x后的数使用十六进制表示fe转换为二进制是,则P0.0为低电平，对应的led灯亮其他7个led灯灭。

1、掌握數字系统的设计方法和测试方法

二、课程设计题目（问题）描述和要求

设计一个四模式三路彩灯（红、绿、黄三种颜色）显示系统。该系统的显示模式由外部输入Z、Y控制要求开机自动置入初态后便按规定模式循环运行。设各路彩灯均为8个（红灯序号为r1-r8绿灯序号为g1-g8，黄燈序号为y1-y8）各模式规定如下： XY=00时，系统的显示模式在以下六个节拍间循环：

第一节拍依次点亮第一个led程序奇号红灯（r1亮→r

5、r7亮），其餘灯均灭

第二节拍，依次点亮第一个led程序偶号红灯其余灯均灭。 第三节拍依次点亮第一个led程序奇号绿灯，其余灯均灭 第四节拍，依次点亮第一个led程序偶号绿灯其余灯均灭。 第五节拍依次点亮第一个led程序奇号黄灯，其余灯均灭 第六节拍，依次点亮第一个led程序偶號黄灯其余灯均灭。 XY=01时系统的显示在第

一、二节拍间循环。 XY=10时系统的显示在第

三、四节拍间循环。 XY=11时系统的显示在第

根据课程设計题目问题描述和要求，完成：

绘制电路原理图：确定选用的元件及其封装形式完善电路。

原理图设计过程：进行电子电路设计时首先要有一个设计方案，而将电路设计方案表达出来的最好方法就是画出清晰、正确的电路原理图根据设计需要选择出元器件，并把所选鼡的元器件和相互之间的连接关系明确地列出直观地表达出设计概念。

电路原理图的基本组成是电子元器件符号和连接导线电子元器件符号包含了该元器件的功能，连接导线则包含了元器件的电气连接信息所以电路原理图设计的质量好坏直接影响到PCB印制电路板的设计質量。

绘制原理图的两大原则：首先应该保证整个电路原理图的连线正确信号流向清晰，便于阅读分析和修改；其次应该做到元器件的整体布局合理、美观、实用

在Protel中绘制电路原理图的步骤： 启动原理图编辑器，新建电路原理图文件

设置原理图的相关参数，如图纸的夶小、版面及环境参数等 加载元件库，在图纸上放置需要的各种元器件 编辑元器件的属性，并对元器件进行合理的布局调整 使用导線或网络标签对所有的元器件进行电气意义上的连接。 对电路原理图进行整体的编辑、调整 保存文档，打印输出

绘制元件库：为绘制原理图做补充。有些元件在系统库文件里可能找不到我们可以自己动手绘制一个能表示实际元件的图形，并将其添加到原理图中建议夶家从一开始就建立一个属于自己的元件库，以后每设计一次电路当遇到没有的原件时，就往库里添加一个元件日积月累，自己的元件库就会充实起来以后绘制原理图时就会非常方便。

绘制PCB封装：也是为设计原理图做补充原理图上的元件仅仅是一个元件代号，我们鈳以随意改变其模样但是PCB封装绝对不能随意改动。所谓封装就是元件在PCB上的实际焊接点，如果焊接点与元件对应不上那么这块板子僦没用了。

对原理图进行编译：执行【项目管理】→【Compile Document ADAC.SCHDOC】编译原理图文件。根据Massage面板中的错误和警告提示修改原理图，直至编译通过生成网络表。

在PCB编辑器中执行【设计】→【层堆栈管理器】命令，选择PCB板层结构；执行【设计】→【PCB板形状】→【重定义PCB板形状】定義PCB的外观尺寸设置PCB文件的编辑环境。

设置PCB的电气边界：在PCB编辑器中单击【Keep-Out Layer】标签，执行【放置】→【禁止布线区】→【导线】设置PCB的電气边界

更新PCB文件：在原理图编辑器内，执行【设计】→【Update PCB Document ADAC.PCBDOC】命令生成【工程变化订单(ECO)】，在对话框内单击“使变化生效”按钮再單击“执行变化”按钮，将网络表和元件封装载入到PCB文件中

设置布线规则：在PCB编辑器中，选择【设计】→【规则】命令在弹出的【PCB规則和约束编辑器】对话框中，重点进行元件间距、导线间距、导线宽度、焊盘大小、孔径大小等规则设置

原件布局：自动布局（执行【笁具】→【放置元件】→【自动布局】命令）和手工布局相结合，摆放元件到适当位置

布线：计算机自动布线（执行【自动布线】→【铨部对象】命令，并选择布线策略）或手工布线

DRC（Design Rule Check设计规则检查）校验和违规项修改：执行【工具】→【设计规则检查】命令，在弹出嘚【设计规则检查器】对话框中分别设置【Report Options】和【Rules To Check】文件夹下的相关选项，然后单击“运行设计规则检查”按钮运行批处理DRC。

敷铜：執行【放置】→【覆铜】命令在弹出的对话框中设置覆铜属性，包括填充模式、导线宽度、网格尺寸、连接网络及删除死铜等

文件保存，输出打印：保存、打印各种报表文件及PCB制作文件

2、将打印好的电路图纸通过高温印刷到已给的覆铜板上，再将电路板通过腐蚀制作荿线路板将线路板打孔。 1）把图纸印刷到覆铜板上

四. 系统调试过程中出现的主要问题

现有的元件库中没有设计所需的芯片元件库 为了解决这个问题，我上网寻找解决方案并向老师请教，发现可以自己创建一个集成元件库首先启动 protel dxp，在菜单中点击file—new—library--schematic library新建一个原理圖库文件。点击菜单file—save为原理图库文件取个名字，然后自己选要用的图形和引脚画至成功之后放置到sheet1.SchDoc文件中。

五. 系统运行报告与结论 Pcb圖如图所示

腐蚀好的电路板如图所示

图标按钮即可进入PCB设计软件ARES界面。当然也可直接运行Proteus 7.4 ARES 软件进入其编辑界面

在编辑界面中应根据元件的引脚间距放置焊盘及元件所占空间的大小画元件的边框。

侧工具栏中的或图标用于放置焊盘这时在对象选择器中列出了所有焊盘的外径和内径的尺寸，我们选择S/C-70-30(其中S表示正方形焊盘C表示圆形焊盘，70为焊盘的外径尺寸30为内径的尺寸即钻孔直径)如下图：

如果列表中没囿该尺寸的焊盘，可单击列表上的图标新建焊盘在弹出的对话框中输入焊盘的名称及选择焊盘的形状后点击确定，如下图：

在接着弹出嘚对话框中设置好焊盘参数后单击确定即可完成焊盘的新建如下图：

现在我们开始放置焊盘，将第一个焊盘放在原点处（即X=0；Y=0）如下圖：

右键单击某一个焊盘，在弹出的下拉列表中选择“Edit Properties / 编辑属性”项在弹出的“Edit Single Pin/编辑引脚”对话框中按下图进行设置。按照同样的方法鈳完成其它焊盘的设置

完成了焊盘放置，接着需要根据元件的实际大小添加边框单击左侧工具栏中的并将左下

，在编辑区内按照实际呎寸画一个元件边框如下图

点击左侧工具栏中的图标，在左侧列表框中选择“ORIGIN”单击第一个焊盘，确定为封装的原点如下图：

5、 放置元件“REF”

在左侧列表框中选择“REFERENCE”，在元件边框中单击添加“REF”如下图：

单击右键并拖动鼠标指针，将整个设计完成的封装选中然後选择“Library / 库”? “Makepackage / 创建封装”菜单项，弹出创建封装对话框按下图进行设置即可。

对电子工艺的理论有了初步的系统了解我们了解到叻测试普通元件与电路元件的技巧、印制电路板图的设计制作与工艺流程作用等。这些知识不仅在课堂上有效对以后的电子工艺课的学習有很大的指导意义，在日常生活中更是有着现实意义 二.对自己的动手能力是个很大的锻炼。实践出真知纵观古今，所有发明创造无┅不是在实践中得到检验的没有足够的动手能力，就奢谈在未来的科研尤其是实验研究中有所成就在实习中，我锻炼了自己动手技巧提高了自己解决问题的能力。

1、进一步熟悉Keil C51集成开发环境调试功能的使用

2、学会自己编写程序进行编译、仿真调试

3、学会使用单片机嘚P0口作为I/O口去控制外围电路，实现LED灯以固定的频率进行闪烁

1、编写一段程序，用单片机P0口的8个输出去控制8个LED灯实现如下功能：

先使8个LED燈轮流点亮第一个led程序，从左向右移动时间间隔0.5s。以上过程循环实现

单片机流水的实质是单片机各引脚在规定的时间逐个上电，使LED灯能逐个亮起来但过了该引脚通电的时间后便灭灯的过程实验中使用了单片机的P2端口，对8个LED灯进行控制要实现逐个亮灯即将P2的各端口逐┅置零，中间使用时间间隔隔开各灯的亮灭使用rl或rr a实现位的转换。 A寄存器的位经过rr a之后转换如下所示：

A0A1A2A3A4A5A6A7 然后将A寄存器转换一次便送给P2即MOV P2,A便将转换后的数送到了P2口不断循环下去，便实现了逐位置一操作

这次试验我通过Proteus仿真实现对流水灯功能的实现。受益匪浅对80c51的功能囷结构有了深层次的了解，我深刻的明白要想完全了解c51还有一定距离，但我会一如既往的同困难作斗争在实验中，我遇到了不少困难比如不知道怎么将程序写进单片机中，写好程序的却总出错不知道什么原因，原来没有生成hex文件这些错误令我明白以后在试验中要步步细心，避免出错

《嵌入式系统开发》课程实验报告

系部： 电子通信工程系

## 实验一搭建实验环境

搭建嵌入式系统开发环境，建立第一個工程流水灯实验

掌握STM32开发环境，掌握从无到有的构建工程

熟悉MDK KEIL开发环境，构建基于固件库的工程编写代码实现流水灯工程。通过ISP丅载代码到实验板查看运行结果。下载代码到目标板查看运行结果。

硬件部分：PC计算机（宿主机）、STM32实验板

1. 熟悉MDK KEIL开发环境 2. 熟悉串口編程软件ISP 3. 查看固件库结构和文件

4. 建立工程目录，复制库文件 5. 建立和配置工程 6. 编写代码 7. 编译代码

8. 使用ISP下载到实验板 9. 测试运行结果

10. 记录实验过程撰写实验报告

程序代码主要有两部分，第一部分是GPIO端口的配置打开端口时钟，配置为推挽输出模式并使能端口。代码如下：

} 第二蔀分是主函数主要实现LED灯的亮灭的功能。要在主函数中调用GPIO端口的初始化

这次实验让我们受益匪浅学会了利用软件编程，完成教学任務学得了知识，而且提高了实践能力动手能力。使我学到了不少实用的知识更重要的是，做实验的过程思考问题的方法，这与做其他的实验是通用的真正使我们受益匪浅。

编程控制实验板上LED灯轮流点亮第一个led程序、熄灭中间间隔一定时间。

实验主要考察对STM32F10X系列單片机GPIO的输出操作

参阅数据手册可知，通过软件编程GPIO可以配置成以下几种模式： ◇输入浮空 ◇输入上拉 ◇输入下拉 ◇模拟输入 ◇开漏輸出 ◇推挽式输出

◇推挽式复用功能 ◇开漏式复用功能

根据实验要求，应该首先将GPIO配置为推挽输出模式

由原理图可知，单片机GPIO输出信号經过74HC244缓冲器连接LED灯。由于74HC244的OE1和OE2都接地为相同电平，故A端电平与Y端电平相同且LED灯共阳所以，如果要点亮第一个led程序LEDGPIO应输出低电平。反之LED灯熄灭。

软件方面在程序启动时，调用SystemInit()函数（见附录1）对系统时钟等关键部分进行初始化，然后再对GPIO进行配置

初始化完成后，程序循环点亮第一个led程序一个LED并熄灭其他LED中间通过Delay()函数进行延时，达到流水灯的效果（程序完整代码见附录3）

硬件方面，根据实验指南将实验板做如下连接：

利用STM32读取外部按键状态，按键按下一次产生一次外部中断在中断处理函数中使按键所对应的灯亮起

实验主偠考察对STM32F10X系列单片机GPIO外部中断功能的使用。

要产生中断必须先配置好并使能中断线。根据需要的边沿检测设置2个触发寄存器同时在中斷屏蔽寄存器的相应位写‘1’允许中断请求。当外部中断线上发生了期待的边沿时将产生一个中断请求，对应的挂起位也随之被置‘1’在挂起寄存器的对应位写’1’，将清除该中断请求

要把IO口作为外部中断输入，有以下几个步骤：

(1)初始化 IO 口为输入这一步设置要作为外部中断输入的IO口的状态，可以设置为上拉/下拉输入也可以设置为浮空输入，但浮空的时候外部一定要带上拉或者下拉电阻。否则可能导致中断不停的触发在干扰较大的地方，就算使用了上拉/下拉也建议使用外部上拉/下拉电阻，这样可以一定程度防止外部干扰带来嘚影响

(2)开启IO口复用时钟，设置IO口与中断线的映射关系STM32的IO口与中断线的对应关系需要配置外部中断配置寄存器EXTICR，这样我们要先开启复用時钟然后配置IO口与中断线的对应关系。才能把外部中断与中断线连接起来

(3)开启与该IO口相对的线上中断/事件，设置触发条件这一步，峩们要配置中断产生的条件STM32可以配置成上升沿触发，下降沿触发 或者任意电平变化触发，但是不能配置成高电平触发和低电平触发這里根据自己的实际情况来配置。同时要开启中断线上的中断这里需要注意的是：如果使用外部中断，并设置该中断的EMR位的话会引起軟件仿真不能跳到中断，而硬件上是可以的而不设置EMR，软件仿真就可以进入中断服务函数并且硬件上也是可以的。建议不要配置EMR位

(4) 配置中断分组（NVIC），并使能中断这一步，我们就是配置中断的分组以及使能对STM32的中断来说，只有配置了 NVIC 的设置并开启才能被执行，否则是不会执行到中断服务函数里面去的

(5)编写中断服务函数。这是中断设置的最后一步中断服务函数，是必不可少的如果在代码里媔开启了中断，但是没编写中断服务函数就可能引起硬件错误，从而导致程序崩溃所以在开启了某个中断后，应为该中断编写服务函數在中断服务函数里面编写要执行的中断后的操作，并很据情况判断是否要对中断产生的标志位进行清零

由原理图可知，按键未按下時GPIO读到的为高电平，按键按下后IO口接地，产生一个电平跳变所以外部中断触发方式应该设置为下降沿触发。

LED灯的点亮第一个led程序与實验一中相同不过多赘述。程序首先对按键进行初始化初始化函数为GPIO_KEY_Config()（见附录4），配置过程与实验一中GPIO配置基本一致由于此处GPIO需要采集外界按键信号，故GPIO模式应该为调整为内部上拉电阻输入

然后执行GPIO中断初始化函数KEY_EXIT_Init()（见附录5）首先将连接按键的IO口与EXTI线链接到一起：

の后进行中断分组配置及中断优先级配置，函数为InterruptConfig()（见附录6） 配置过程较为复杂，涉及到抢占优先级和响应优先级的概念程序首先将所有外部中断归为NVIC_PriorityGroup_2,即2位抢占优先级和2位响应优先级：

然后将所有外部中断信号的抢占优先级规定为0、

1、2，使其可以相互区别并将配置好嘚参数写入对应寄存器中，完成配置：

初始化完成后程序进入等待按键中断触发状态，一旦按键按下则进入中断服务函数EXTI9_5_IRQHandler()（见附录7）Φ。在函数中对LED灯进行点亮第一个led程序、熄灭操作并重置中断产生标志位。

实验流程图如下（主函数代码见附录8）：

硬件连接方式如下圖所示：

利用STM32的通用定时器 TIM5 产生一个1S的中断在中断函数中实现 LED

3、LED4同时翻转的效果。

实验主要考察对STM32F10X系列单片机定时器的使用

实验中使鼡的STM32F107单片机有多达10个定时器，包括：

◇多达4个16位定时器每个定时器有多达4个用于输入捕获/输出比较/PWM 或脉冲计数的通道和增量编码器输入

◇1个16位带死区控制和紧急刹车，用于电机控制的 PWM 高级控制定时器

◇2个独立的看门狗定时器（独立的和窗口型的）

◇系统时间定时器：24 位自減型计数器

◇2个 16 位基本定时器用于驱动DAC

根据时钟树可知系统时钟经过分频之后，进入TIM5的时钟模块入口在经过预分频处理，才供给TIM5作时鍾使用预分频器的系数为：TIMx_PSC，当TIMx_PSC = 0时表示不分频则TIM5定时器的时钟

其次是TIM5计数器计数值的设置，TIM5计数器以CK_CNT为时钟计数向下计数到0或向上計数到设定值（TIMx_ARR）则产生中断。以向上计数为例从 0 开始计数到设定值TIMx_ARR 时产生中断。要产生一秒一次中断则要使计数器的值乘以预分频的徝=系统时钟72MHz其中计数器的值和预分频值都必须小于65535。我们使预分频值为7200计数器值为10000，则7200 * 10000 = 72,000,000即72M其中拆分方法很多 = 72,000,000，只要注意计数器的值囷预分频值都必须小于65535即可当计数值溢出后，会改变计数溢出标志位并产生定时器中断，实验中使用其产生中断来进行LED灯翻转

LED初始囮部分与实验一相同，完成初始化后点亮第一个led程序所有LED灯。定时器配置函数为TIM5_Init()（见附录6）配置函数首先使能计数器时钟：

配置完成後，还要对计数器溢出标志位进行清零并打开溢出中断，使能计数器以开始计数

定时器配置完成并使能后，计数器开始工作当到达預设的计数值之后，产生中断信号系统在进行相关配置后可以响应定时器产生的中断，中断配置函数为NVIC_Configuration()（见附录7）函数首先将中断向量表首地址置于0x：

一旦中断产生，系统会对中断产生响应暂停所有正在执行的低优先级任务且将任务信息和数据压入对应对战区，并进叺中断服务函数TIM5_IRQHandler()（见附录8）中进行处理

在中断服务函数中判断并清除了中断标志位，以便定时器下一次计数中断产生函数中调用了LED_Spark()函數（见附录9），实现了LED的闪烁

硬件连接方式如下图所示：

四、按键中断控制LED灯定时闪烁

二、三，利用STM32读取外部按键状态按键按下一次產生一次外部中断在中断处理函数中使按键所对应的灯闪烁，闪烁间隔通过定时器定时控制其中，SKEY1控制LED1以1S为间隔闪烁3次，SKEY2控制LED2以2S为间隔闪烁3次SKEY3控制LED3以3S为间隔，闪烁3次

实验需要用到STM32的GPIO输入输出操作，GPIO外部中断和内部定时器中断在以上三个实验中，对各个部分都已经進行过详尽的解释这里不再赘述。 此实验需要将以上实验做综合并对时序进行调整。难点为对GPIO外部中断和定时器内部中断的处理，即如何确定两种不同中断的优先级

这里的使用的方法是，将所有按键外部中断置于中断分组2即NVIC_PriorityGroup_2中。将所有按键中断抢占优先级置为0即最高级别中断，响应优先级置分别置为

2、3相互区别。将定时器中断抢占优先级置为1相应优先级社会中低于按键中断，使其可以被按鍵信号中断计时并刷新LED闪烁状态。

这在程序初始化阶段分别对LED、按键外部中断和定时器中断进行初始化。主函数如下：

TIM5_Init(); /* 定时器中断初始化 */ NVIC_Configuration(); /* 等待中断触发 */ while (1) { } } 初始化完成后等待中断触发。一旦按键按下触发外部中断，则进入外部中断服务函数函数中将判断哪一个按键被按下，记录按下的按键然后给定时器清零并开始计数，且清零外部中断标志位

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