ARM Cortex-M3嵌入式開發(fā)及應用教與學 課件匯 第01-6章 嵌入式系統(tǒng)概述- 定時器

ARMCortex-M3嵌入式控制技術(shù)

——基于STM32F103RCT6

STM32F103硬件系統(tǒng)與KEILMDK工程第一章

嵌入式系統(tǒng)概述1嵌入式系統(tǒng)范例2嵌入式系統(tǒng)概念3ARM發(fā)展歷程及應用領域4嵌入式操作系統(tǒng)5μC/OS-II與μC/OS-III6

小結(jié)1.1嵌入式系統(tǒng)范例普遍認可的嵌入式系統(tǒng)的定義是：“以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎，軟硬件可裁剪，滿足應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積和功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)”4實例：飯水機的整個控制系統(tǒng)是一種典型的嵌入式系統(tǒng)，其核心是STM32F103RCT6等微控制器芯片，這里用STM32F103表示，通過各種外部設備和傳感器實現(xiàn)飲水機的智能控制，如右圖所示1.2嵌入式系統(tǒng)概念數(shù)字技術(shù)和軟件技術(shù)是嵌入式系統(tǒng)的核心技術(shù)，其中，數(shù)字技術(shù)包括數(shù)字信號處理技術(shù)和數(shù)字化芯片技術(shù)，軟件技術(shù)包括芯片級的程序設計技術(shù)和操作系統(tǒng)級的程序設計技術(shù)。嵌入式系統(tǒng)與ARM的關(guān)系廣義上，凡是嵌入到應用系統(tǒng)中的電子系統(tǒng)都可以統(tǒng)稱為嵌入式系統(tǒng)，即使是通用的計算機系統(tǒng)，如果被嵌入在特定的應用系統(tǒng)中，也可被稱為嵌入式系統(tǒng)狹義上，嵌入式系統(tǒng)除了具有硬件和軟件之外，還要求硬件系統(tǒng)具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、可升級等特點，要求軟件系統(tǒng)具有體積小、可裁剪性、健壯性、專用性、實時性等特點從狹義上講，嵌入式系統(tǒng)硬件往往是以ARM芯片為核心的硬件平臺，嵌入式系統(tǒng)軟件為基于芯片級開發(fā)的無操作系統(tǒng)匯編或C語言實時性軟件，或者是基于嵌入式實時操作系統(tǒng)開發(fā)的圖形界面應用程序6嵌入式系統(tǒng)與ARM的關(guān)系ARM是指ARM公司設計的基于RISC（精簡指令集計算機）架構(gòu)的32位高性能微處理器，一般采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，具有高速指令緩存和數(shù)據(jù)緩存，指令長度固定且多級流水執(zhí)行，具有MMU（存儲器管理單元）和AMBA（高級微處理器總線結(jié)構(gòu)）總線接口等狹義上，嵌入式系統(tǒng)除了具有硬件和軟件之外，還要求硬件系統(tǒng)具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、可升級等特點，要求軟件系統(tǒng)具有體積小、可裁剪性、健壯性、專用性、實時性等特點7嵌入式系統(tǒng)與嵌入式操作系統(tǒng)的關(guān)系嵌入式操作系統(tǒng)也具有桌面操作系統(tǒng)的特點，即管理硬件資源、調(diào)度軟件進程、處理軟件中斷等，嵌入式操作系統(tǒng)通常包括硬件驅(qū)動軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設備驅(qū)動接口、文件系統(tǒng)、圖形界面、網(wǎng)絡通信協(xié)議、USB驅(qū)動協(xié)議等。流行的嵌入式操作系統(tǒng)有：WindowsCE嵌入式LinuxμC/OS-IIVxWorks嵌入式系統(tǒng)是面向特定應用和環(huán)境、集成硬件和軟件的單板機，嵌入式系統(tǒng)的硬件資源有限，突出地表現(xiàn)在其具有較小容量的RAM和ROM空間，通過外擴SD卡等存儲介質(zhì)擴展存儲空間；直接基于ARM芯片開發(fā)的匯編或C語言實時性程序為嵌入式系統(tǒng)定制多任務、實時的嵌入式操作系統(tǒng)8嵌入式系統(tǒng)＝ARM硬件系統(tǒng)＋嵌入式操作系統(tǒng)＋操作系統(tǒng)級應用軟件系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)＝ARM硬件系統(tǒng)＋芯片級應用軟件系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)研發(fā)特點9嵌入式系統(tǒng)研發(fā)需要具備電子類和軟件類兩方面的專門知識，是一門交叉組合型學科。嵌入式系統(tǒng)研發(fā)可分為四類：嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺設計，需要根據(jù)應用環(huán)境選擇合適的ARM芯片，滿足處理速度和存儲深度的要求，同時，需要兼顧性價比和芯片特點與生存周期等因素基于ARM芯片的芯片級匯編或C語言程序設計，要求設計者對ARM芯片工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)有較好的認識和理解，這類程序包括系統(tǒng)初始化程序和特定功能的算法程序，需要對匯編語言和指令以及C語言編程有一定的基礎嵌入式操作系統(tǒng)的定制和驅(qū)動程序的開發(fā)，這類研發(fā)已經(jīng)完全商業(yè)化基于嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)用戶應用程序，特別是開發(fā)具有良好圖形界面的用戶應用程序，是對設計者的一個挑戰(zhàn)?；诓煌那度胧讲僮飨到y(tǒng)，開發(fā)應用程序的方式有很大的不同1.3ARM發(fā)展歷程及應用領域版本典型微處理器類型特點ARMv1~ARMv4（1990年ARM公司成立）已退市早期的版本中只有ARMv4，目前在某些ARM7和StrongARM處理器中可見，可以被視為32位尋址的32位指令集體系結(jié)構(gòu)ARMv4T（1995年）ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM920T、ARM922T支持16位的Thumb指令集，比32位的ARM指令集節(jié)省約35％的存儲空間ARMv5TE（1999年）ARM946E-S、ARM966E-S、ARM968E-S、ARM996HS增加了ARM與Thumb狀態(tài)切換的指令，增強了DSP類型指令，尤其是在語音數(shù)字信號處理方面提高了70％以上的性能ARMv5TEJ（2000年）ARM7EJ-S、ARM926EJ-S、ARM1026EJ-S添加了Java加速技術(shù)ARMv6（2001年）ARM1176JZ(F)-S改進了異常處理，更好地支持多處理器指令，增加了支持SIMD（單指令多數(shù)據(jù)）的多媒體指令，對視頻和音頻解碼性能提高近4倍ARMv6T2ARM1156T2(F)-S支持Thumb-2技術(shù)ARMv7Cortex-A8、Cortex-A9、Cortex-R4(F)支持NEON技術(shù)，使得DSP和多媒體處理性能提高4倍，支持向量浮點運算，為下一代3D圖像和游戲硬件服務ARMv7-MCortex-M3優(yōu)化了微控制器，低功耗ARM7TDMI內(nèi)核結(jié)構(gòu)ARM9微處理器系列ARM9E內(nèi)核結(jié)構(gòu)ARM10E微處理器系列ARM11內(nèi)核結(jié)構(gòu)1.4嵌入式操作系統(tǒng)14嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)，通常被設計得非常緊湊有效，拋棄了運行在它們之上的特定應用程序所不需要的各種功能。嵌入式操作系統(tǒng)負責嵌入式系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配和調(diào)度工作，控制協(xié)調(diào)并發(fā)活動，且能通過裝卸某些軟件模塊以實現(xiàn)系統(tǒng)所要求的功能。實時系統(tǒng)是對邏輯和時序要求非常嚴格的系統(tǒng)，如果邏輯和時序出現(xiàn)偏差，將會引起嚴重后果。即實時系統(tǒng)是必須能在確定的時間內(nèi)執(zhí)行特定功能，并能對外部的異步事件做出響應的計算機系統(tǒng)，實時系統(tǒng)對響應時間有嚴格要求。實時多任務操作系統(tǒng)是指具有多任務調(diào)度和資源管理功能的實時系統(tǒng)，即所謂的嵌入式操作系統(tǒng)，它往往具有以下特點：實時性，即在確定的時間內(nèi)執(zhí)行特定功能和對中斷做出響應。體積小，一般為幾KB到幾百KB。可裁剪，即嵌入式操作系統(tǒng)采用模塊化設計，可根據(jù)需要選擇特定的功能模塊。健壯性，即具有極強的運行穩(wěn)定性?？梢浦残裕纯梢赃\行于多種嵌入式系統(tǒng)平臺上。可固化性，即嵌入式操作系統(tǒng)可固化在嵌入式系統(tǒng)的Flash芯片內(nèi)。提供設備驅(qū)動和應用程序接口，即用戶可以借助嵌入式操作系統(tǒng)使用和管理系統(tǒng)資源。提供圖形用戶界面和網(wǎng)絡功能。有些嵌入式操作系統(tǒng)提供了友好的圖形用戶界面（GUI）和網(wǎng)絡支持。WindowsCE優(yōu)點：15具有美觀的圖形用戶界面，而且該界面與桌面Windows系統(tǒng)一脈相承，使得操作直觀簡單。開發(fā)基于WindowsCE的應用程序相對簡單，因為WindowsCE的API函數(shù)集是桌面Windows系統(tǒng)API函數(shù)的子集，熟悉桌面Windows程序設計的程序員可以很快地掌握WindowsCE應用程序的設計方法，所以，WindowsCE應用程序的開發(fā)成本較低。WindowsCE的文件管理功能非常強大，支持桌面Windows系統(tǒng)下的FAT、FAT32等文件系統(tǒng)。WindowsCE的可移植性較好。WindowsCE下的設備驅(qū)動程序開發(fā)相對容易。WindowsCE的電源管理功能較好，主要體現(xiàn)在WindowsPhone上。WindowsCE的進程管理和中斷處理機制較好。WindowsCE支持桌面Windows系統(tǒng)的眾多文檔格式，例如Word和Excel等，這種兼容性方便桌面Windows用戶在WindowsCE設備上處理文檔和數(shù)據(jù)。VxWorks特點：16可靠性極高。VxWorks通過了Do-178B、ARINC653和IEC61508等平臺嚴格的安全性驗證，因而它主要應用于軍事、航空、航天等對安全性和實時性要求極高的場合。穩(wěn)定性和可靠性高是VxWorks最受歡迎的特點。實時性好。實時性是指能夠在限定時間內(nèi)執(zhí)行完規(guī)定功能并對外部異步事件做出響應的能力。VxWorks系統(tǒng)實時性極好，系統(tǒng)本身開銷很少，進程調(diào)度、進程間通信、中斷處理等系統(tǒng)程序精煉有效，造成的任務切換延時很短，提供了優(yōu)先級搶先式和時間片輪換方式多任務調(diào)度，使硬件系統(tǒng)發(fā)揮最好的實時性。例如，美國的F-16戰(zhàn)斗機、B-2隱形轟炸機和愛國者導彈，甚至1997年的火星探測器上也使用了VxWorks系統(tǒng)?？刹眉粜院?。VxWorks內(nèi)核只有8KB，其他系統(tǒng)模塊可根據(jù)需要定制，使得VxWorks系統(tǒng)具有靈活的可裁剪性能，既可用于極小型單片系統(tǒng)，也可用于大規(guī)模網(wǎng)絡系統(tǒng)。VxWorks的存儲腳本（MemoryFootprint）可以指定系統(tǒng)運行內(nèi)存空間大小（這里的存儲腳本可理解為基于VxWorks的應用程序可執(zhí)行代碼）。開發(fā)環(huán)境友好?；趫D形化的集成開發(fā)環(huán)境WindRiverStudio，可開展基于VxWorks和WindRiverLinux系統(tǒng)應用的工程開發(fā)。WindRiverStudio是一個完備的設計、調(diào)試、仿真和工程集成解決方案。嵌入式Linux特點：17嵌入式Linux是完全開源的，因此它廣泛應用于高校教學。研究嵌入式Linux代碼的專家、學者遠比其他操作系統(tǒng)都多，而且Internet上的資源豐富，也有大量的圖書、資料，使得學習Linux系統(tǒng)的代價最小。嵌入式Linux是免費的，不涉及任何版權(quán)和專利。這一點被商界所看重。因此，大部分嵌入式產(chǎn)品在初期都使用過嵌入式Linux版本。嵌入式Linux被很多團體和組織二次開發(fā)后，形成具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的嵌入式操作系統(tǒng)，所以，嵌入式Linux變種系統(tǒng)非常多，如WindRiverLinux和μCLinux等。嵌入式Linux與QT相結(jié)合，使嵌入式Linux具有良好的圖形人機界面，甚至可以和WindowsCE相媲美，而且QT目前也是開源的。嵌入式Linux的移植能力強，不需要微控制器具有MMU功能，其變種形式幾乎可應用于所有主流嵌入式系統(tǒng)中。嵌入式Linux對外設的驅(qū)動能力很強，驅(qū)動接口程序設計相對容易，網(wǎng)絡上有大量常用設備的驅(qū)動代碼可供參考借鑒。嵌入式Linux在內(nèi)核、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡支持等方面均有突出的特點。最新的Linux內(nèi)核，具有200多萬行源代碼，可支持32個CPU，實時性顯著提高（但嚴格意義上不是實時操作系統(tǒng)），采用了更有效的任務調(diào)度器，增加了對多種嵌入式處理器的支持，在多媒體和網(wǎng)絡通信方面也有很大提高。1.5μC/OS-II特點：18μC/OS-II具有優(yōu)秀的可移植性。μC/OS-II的絕大部分源代碼由C語言寫成，只有一小部分與處理器相關(guān)的移植代碼使用匯編語言編寫，匯編語言代碼量壓縮到最低限度。μC/OS-II系統(tǒng)可固化在嵌入式系統(tǒng)的Flash中。μC/OS-II系統(tǒng)可裁剪。通過μC/OS-II系統(tǒng)的OS_CFG.H配置文件可以有選擇地使用μC/OS-II系統(tǒng)功能組件，μC/OS-II的可裁剪性是靠條件編譯實現(xiàn)的。μC/OS-II系統(tǒng)是可搶先型的實時內(nèi)核，即μC/OS-II總是執(zhí)行所有處于就緒狀態(tài)下優(yōu)先級最高的任務。μC/OS-II系統(tǒng)提供了信號量、互斥信號量、事件標志組、消息郵箱、消息隊列等多種服務組件，提供了用于時間管理和內(nèi)存管理的函數(shù)，使用這些組件可方便地在任務間進行通信和同步。μC/OS-II系統(tǒng)具有很高的安全性和可靠性。1.5μC/OS-III特點：19μC/OS-III支持ARM7、ARM9、Cortex-M、Nios-II、PowerPC、Coldfire、Microblaze、SHx、M16C、M32C和Blackfin等微處理器。μC/OS-III支持無限多個任務，支持時間片輪換調(diào)度，不同任務的優(yōu)先級可以相同，優(yōu)先級號取值不受限制。由于μC/OS-III的任務個數(shù)不受限制，與任務相關(guān)的信號量、互斥信號量、事件標志組、消息隊列、定時器、內(nèi)存分區(qū)等的個數(shù)也不受限制，并且μC/OS-III允許受監(jiān)視的任務堆棧的空間可擴展，在使用時需要指定堆棧的安全空間大小，當堆棧使用的空間超過安全空間大小時向系統(tǒng)報警，這樣可有效地保護應用程序，不至于因堆棧訪問越界而使系統(tǒng)癱瘓。μC/OS-III支持多個任務具有相同的優(yōu)先級，當相同優(yōu)先級的幾個任務同時就緒時，μC/OS-III為每個任務分配用戶指定的CPU時間片，每個任務可定義它自己的時間片。μC/OS-III對中斷響應時間是確定的，進入臨界區(qū)的轉(zhuǎn)換時間（即關(guān)中斷時間）幾乎為0個時鐘周期。沒有裁剪的μC/OS-III系統(tǒng)約為24KB，最小配置的μC/OS-III系統(tǒng)只有6KB，內(nèi)核服務組件有10類，相關(guān)的應用程序接口（API）函數(shù)有80個。μC/OS應用領域：20汽車電子方面：發(fā)動機控制、防抱死系統(tǒng)（ABS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）等；辦公用品：傳真機、打印機、復印機、掃描儀等；通信電子：交換機、路由器、調(diào)制解調(diào)器、智能手機等；過程控制：食品加工、機械制造等；航空航天：飛機控制系統(tǒng)、噴氣式發(fā)動機控制等；消費電子：MP3/MP4/MP5播放器、機頂盒、洗衣機、電冰箱、電視機等；機器人和武器制導系統(tǒng)等。第二章

STM32F103微控制器目錄STM32F103概述STM32F103RCT6管腳定義STM32F103架構(gòu)STM32F103存儲器STM32F103片內(nèi)外設STM32F103異常與中斷本章小結(jié)ARM（AdvancedRISCMachine，高級精簡指令集機器）也是ARM公司的注冊商標。目前，ARM公司主推的具有知識產(chǎn)權(quán)的內(nèi)核為Cortex-M系列，意法半導體獲得了Cortex-M系列內(nèi)核的授權(quán)，推出了32位STM32微控制器。1STM32F1系列均集成了Cortex-M3內(nèi)核（所謂的內(nèi)核就是指傳統(tǒng)意義上的中央處理單元（CPU），包含運算器、控制器和總線陣列）。不失一般性，本書以具體的STM32F103RCT6型號芯片為例展開論述。本章內(nèi)容參考了STM32F103數(shù)據(jù)手冊和用戶參考手冊。2.1STM32F103概述2STM32F103RCT6芯片的主要特性如下：（1）集成了32位的ARMCortex-M3內(nèi)核，最高工作頻率可達72MHz，計算能力為1.25DMIPS/MHz（Dhrystone2.1），具有單周期乘法指令和硬件除法器；（2）具有512KB片內(nèi)FLASH存儲器和48KB片內(nèi)SRAM存儲器；（3）內(nèi)部集成了8MHz晶體振蕩器，可外接4~16MHz時鐘源；（4）2.0~3.6V單一供電電源，具有上電復位功能（POR）；（5）具有睡眠、停止、待機等三種低功耗工作模式；（6）64管腳LQFP封裝（薄型四邊引線扁平封裝），適合學生手工焊裝；（7）內(nèi)部集成了11個定時器：4個16位的通用定時器，2個16位的可產(chǎn)生PWM波控制電機的定時器，2個16位的可驅(qū)動DAC的定時器，2個加窗的看門狗定時器和1個24位的系統(tǒng)節(jié)拍定時器（24位減計數(shù)）；3STM32F103概述4（8）2個12位的DAC和3個12位的ADC（16通道）；（9）集成了內(nèi)部溫度傳感器和實時時鐘RTC；（10）具有51根高速通用輸入輸出口（GPIO），可從其中任選16根作為外部中斷輸入口，幾乎全部GPIO可承受5V輸入（PA0~PA7、PB0~PB1、PB5、PC0~PC5和PC13~PC15除外）；（11）集成了13個外部通信接口：2個I2C、3個SPI（18Mbps，其中復用2個I2S）、1個CAN（2.0B）、5個UART、1個USB2.0設備和1個并行SDIO；（12）具有12通道的DMA控制器，支持定時器、ADC、DAC、SDIO、I2S、SPI、I2C和UART外設。（13）具有96位的全球唯一編號；（14）工作溫度為－40~85℃。STM32F103概述2.2STM32F103RCT6管腳定義5由左圖可知，芯片STM32F103RCT6包括3個16位的通用目的輸入/輸出口（GPIO），依次稱為PA、PB、PC，以及1個3位的GPIO口PD，幾乎每個GPIO口都復用了其他的功能。芯片STM32F103RCT6大部分引腳名稱的具體含義和用法在后面章節(jié)中介紹，其余的部分請參考STM32F103數(shù)據(jù)手冊和參考手冊。6STM32F103RCT6管腳定義2.3STM32F103架構(gòu)78STM32F103架構(gòu)9STM32F103架構(gòu)2.4STM32F103存儲器10STM32F103RCT6芯片是32位的微控制器，可尋址存儲空間大小為232＝4GB，分為8個512MB的存儲塊，存儲塊0的地址范圍為0x0~0x1FFFFFFF。內(nèi)FLASH映射到地址空間0x08000000~0x0807FFFF（512kB），實際上只有低端256kB空間有效；系統(tǒng)存儲器（SystemMemory）映射到地址空間0x1FFFF000~0x1FFFF7FF（2kB），用戶選項字節(jié)（OptionBytes）映射到地址空間0x1FFFF800~0x1FFFF80F（16B）。同時，地址范圍0x0~0x7FFFF，根據(jù)啟動模式要求，可以作為FLASH或系統(tǒng)存儲器的別名訪問空間，例如，BOOT0＝0時，片內(nèi)FLASH同時映射到地址空間0x0~0x7FFFF和地址空間0x08000000~0x0807FFFF，即地址空間0x0~0x7FFFF是FLASH存儲器（對于STM32F103RCT6而言，只有0x0~0x3FFFF有效）。除這些之外，其他的空間是保留的。11STM32F103存儲器盡管STM32F103RCT6微控制器具有兩個APB總線，且這兩個總線上的外設訪問速度不同，但是，芯片存儲空間中并沒有區(qū)別這兩個外設的訪問空間，而是把全部APB外設映射到存儲塊2中，每個外設的寄存器占據(jù)1kB大小的空間，如下表所示。除了表中的地址空間外，存儲塊2中其他空間是保留的。12STM32F103存儲器STM32F103RCT6芯片不支持訪問外部靜態(tài)存儲器，即無靜態(tài)存儲器（FSMC）服務，所以存儲塊3~6都是保留的。存儲塊7被Cortex-M3內(nèi)核的內(nèi)部外設占用。存儲區(qū)使用小端（Little-Endian）模式存儲，對于一個32位的字存儲區(qū)，可存入字（32位）、半字（16位）或字節(jié)（8位）數(shù)據(jù)，存入字數(shù)據(jù)時，字數(shù)據(jù)的低字節(jié)存入字存儲區(qū)的低地址，字數(shù)據(jù)的高字節(jié)存入字存儲區(qū)的高地址。13STM32F103存儲器2.5STM32F103片內(nèi)外設14STM32F103RCT6微控制器片內(nèi)具有多種高速總線，其中，指令總線，連接FLASH存儲器指令接口和Cortex-M3內(nèi)核；數(shù)據(jù)總線，連接FLASH存儲器數(shù)據(jù)接口和Cortex-M3內(nèi)核；系統(tǒng)總線，通過總線陣列與DMA、AHB和APB總線相連接；DMA總線連接DMA控制器和總線陣列；高性能總線通過AHB-APB橋與高級外設總線相連接，AHB總線與總線陣列相連接。復雜而高效的總線系統(tǒng)是STM32F103RCT6高性能的基本保障。15STM32F103片內(nèi)外設STM32F103RCT6微控制器的片內(nèi)外設有CRC（循環(huán)冗余校驗）計算單元、復位與時鐘管理單元、通用目的和替換功能輸入輸出口（GPIO和AFIO）單元、ADC、DAC、DMA控制器、高級控制定時器TIM1和TIM8、定時器、實時時鐘（RTC）、獨立看門狗（IWDG）定時器、窗口看門狗（WWDG）定時器、SDIO、USB設備、CAN總線、串行外設接口SPI、I2C接口、通用同步異步串行口USART、芯片唯一身份號寄存器（96位長）等。STM32F103RCT6芯片共有8個定時器，其中，TIM1和TIM8稱為高級控制定時器，TIM2~TIM5稱為通用定時器，TIM6和TIM7稱為基本定時器，如下表所示。16STM32F103片內(nèi)外設除了上述的片內(nèi)功能模塊外，STM32F103RCT6還具有與外部進行數(shù)據(jù)通信的外設模塊，這些模塊需要專用的通信時序和協(xié)議。2.6STM32F103異常與中斷17STM32F103RCT6微控制器具有10個異常和60個中斷，中斷優(yōu)先級為16級。異常與中斷的地址范圍為0x0~0x012C，如下表所示。18STM32F103異常與中斷19STM32F103異常與中斷20STM32F103異常與中斷21STM32F103異常與中斷22STM32F103異常與中斷2.7本章小結(jié)23本章詳細介紹了STM32F103RCT6微控制器的特點、引腳定義、內(nèi)部架構(gòu)、時鐘系統(tǒng)、存儲器配置等，簡要介紹了STM32F103RCT6微控制器的片內(nèi)外設以及異常與中斷管理等。

本章內(nèi)容是全書的硬件基礎，芯片的存儲器、片內(nèi)外設和中斷系統(tǒng)合稱為芯片的三要素，需要認真學習和掌握。建議在本章學習的基礎上，深入閱讀STM32F103芯片用戶手冊和參考手冊，達到全面掌握STM32F103RCT6微控制器硬件知識的目的，這需要一個月甚至更久的時間。在充分學習了STM32F103微控制器硬件知識之后，才能進一步學習并設計制作第3章基于STM32F103RCT6芯片的硬件學習平臺。本章小結(jié)thankyouARMCortex-M3嵌入式控制技術(shù)

——基于STM32F103RCT6

STM32F103硬件系統(tǒng)與KEILMDK工程第三章

STM32F103學習平臺1STM32F103核心電路2電源電路與按鍵電路3

LED與蜂鳴器驅(qū)動電路4串口通信電路5FLASH與EEPROM電路6溫濕度傳感器電路7LCD屏接口電路8JTAG與復位電路9聲碼器電路3.1STM32F103核心電路本書使用的計算機配置為IntelCoreI9-13900K處理器、32GB內(nèi)存、1TB硬盤、32寸液晶顯示屏和Windows11操作系統(tǒng)，現(xiàn)有流行的計算機配置均可實現(xiàn)本書的學習與實驗工作。STM32F103學習實驗平臺：STM32F103RCT6學習實驗板實現(xiàn)了以下功能：52集成電源指示LED燈；具有復位按鍵；具有1個串口，可與計算機串口相連；支持SWD串行仿真調(diào)試；具有2個GPIO口直接相連的用戶按鍵輸入；具有3個GPIO口驅(qū)動的LED燈和1個蜂鳴器；具有ZLG7289B芯片驅(qū)動的8個LED燈、16個按鍵和1個四合一七段數(shù)碼管（帶時間顯示）；具有1個DS18B20溫度傳感器；具有1個240×320點陣彩色TFT型LCD屏，帶有電阻式觸摸屏；支持1個ADC輸入口；具有1個128KB的EEPROM存儲器AT24C128；具有1個64Mb的Flash存儲器W25Q64；具有SYN6288聲碼器；+5V單電源供電。STM32F103RCT6核心電路533.2電源電路與按鍵電路3.3LED與蜂鳴器驅(qū)動電路JTAG電路和復位電路可視為STM32F103RCT6微控制器的最小系統(tǒng)，即STM32F103RCT6微控制器的最小系統(tǒng)應包括電源電路、用戶按鍵電路、LED燈指示電路、復位電路（可內(nèi)部復位）、晶體振蕩器電路（可省略）和相應的STM32F103RCT6芯片核心電路。3.4串口通信TM32F103RCT6芯片的PA2和PA3通過網(wǎng)標TXD232和RXD232與芯片ST3232的T2IN和R2OUT相連接。ST3232電平轉(zhuǎn)換芯片支持2路串口，圖中僅使用了一路，J1為DB9接頭，通過串口線與計算機的串口相連實現(xiàn)異步串行通信。3.5FLASH與EEPROM電路EEPROM芯片AT24C128電路FLASH芯片W25Q64電路3.6溫度傳感器電路溫度傳感器DS18B20接口電路3.7復位電路、JTAG和ADC電路SWD串行調(diào)試只需要占用數(shù)據(jù)和時鐘兩個端口JTAG接口J5通過網(wǎng)標SWDIO和SWCLK與STM32F103RCT6芯片的SWDIO（PA13）和SWCLK（PA14）管腳相連接。3.8ZLG7289B電路TM32F103RCT6學習板上集成了一片ZLG7289B芯片，通過ZLG7289B可以驅(qū)動多個用戶按鍵和LED燈。一片ZLG7289B最多可同時驅(qū)動64個按鍵和64個LED燈，在STM32F103RCT6學習板上，使用ZLG7289B驅(qū)動了16個按鍵、8個LED燈和1個四合一七段數(shù)碼管。ZLG7289B電路-I3.8ZLG7289B電路ZLG7289B電路-IIZLG7289B電路-III3.8ZLG7289B電路ZLG7289B電路-IVZLG7289B電路-VZLG7289B模塊與STM32F103RCT6間有5個連接，即圖3-2中的網(wǎng)標7289INT、7289CLK、7289CS、7289DIO和USER_D3D4，占用了STM32F103RCT6的5個GPIO口，這里依次使用了PA12、PA11、PA8、PA13和PB103.9LCD屏接口電路STM32F103RCT6學習板上集成了一塊240×320像素分辨率TFT型LCD屏和一塊電阻式觸摸屏，其與STM32F103RCT6的電路連接如圖所示。3.10聲碼器電路STM32F103RCT6學習板集成了一塊SYN6288聲碼器，通過串口向其發(fā)送文本信息，聲碼器實現(xiàn)TTS（TexttoSpeech：文本轉(zhuǎn)化為語音）變換，其電路原理如圖所示。3.11參考電路板使用AltiumDesigner繪制了PCB圖，并制作了STM32F103RCT6學習板，選取了一塊沒有焊裝器件的電路板在繪圖所示電路板時，請注意：66電源線、地線的寬度應在20mil以上；信號線寬度在6mil以上，且長度不應超過7cm；過孔的外徑應大于24mil，內(nèi)徑應大于12mil，內(nèi)外徑差值不少于12mil；接插件應根據(jù)實際器件的針腳粗細設計內(nèi)徑，一般接插件的內(nèi)徑應為0.9mm；在PCB布局、布線完成后，應覆銅，且應使模擬地和數(shù)字地的銅皮在一點相連接；電阻和電容建議選用0805貼片封裝（除少數(shù)電解電容外）；電路板上的標號應按從左向右或從下向上的方向擺放。thankyou第四章

LED燈控制與KEILMDK工程框架目錄STM32F103通用目的輸入輸出口STM32F103庫函數(shù)用法KeilMDK工程框架LED燈閃爍實例本章小結(jié)本章將介紹STM32F103RCT6微控制器的通用目的輸入/輸出口（GPIO）及其相關(guān)的寄存器，闡述STM32F103庫函數(shù)訪問GPIO口的方法，講述KeilMDK集成開發(fā)環(huán)境的應用技巧和工程框架設計，最后借助LED燈的閃爍實例詳細說明GPIO口的具體操作方法。而庫函數(shù)類型程序設計方法本質(zhì)上也是采用了寄存器類型程序設計方法，但是STM32芯片開發(fā)商（意法半導體）設計了訪問各種寄存器的庫函數(shù)，使得應用STM32F103RCT6微控制器的程序開發(fā)人員通過調(diào)用庫函數(shù)實現(xiàn)相應的外設控制功能，而無需關(guān)心片上外設相關(guān)的寄存器及其地址。2STM32F103RCT6微控制器有兩種程序設計方法，即寄存器類型程序設計方法和庫函數(shù)類型程序設計方法。寄存器類型程序設計方法類似于傳統(tǒng)的單片機程序設計方法，借助于芯片的寄存器地址訪問寄存器，通過訪問寄存器實現(xiàn)相應的控制功能。4.1STM32F103通用目的輸入輸出口34STM32F103RCT6微控制器具有3個16位的GPIO口，記為Px（x=A,B,C），以及1個3位的GPIO口，記為PD，共占用了51個引腳，每根GPIO端口引腳的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示。STM32F103通用目的輸入輸出口5由上圖中的3個“開關(guān)”和“輸出控制”可知，GPIO端口具有以下工作模式：（1）輸入懸空（開關(guān)1和開關(guān)2均打開）；（2）輸入上拉有效（開關(guān)1閉合、開關(guān)2打開）；（3）輸入上拉和下拉均有效模式（開關(guān)1和開關(guān)2均閉合）；（4）模擬輸入（開關(guān)1和開關(guān)2均打開、開關(guān)3關(guān)閉）；（5）輸出開漏方式（當輸出高電平時，“輸出控制”關(guān)閉P-MOS管和N-MOS管；當輸出低電平時，“輸入控制”關(guān)閉P-MOS管并打開N-MOS管）；STM32F103通用目的輸入輸出口6（6）輸出推挽方式（當輸出高電平時，“輸出控制”打開P-MOS管并關(guān)閉N-MOS管；當輸出低電平時，“輸出控制”關(guān)閉P-MOS管并打開N-MOS管）；（7）替換功能輸入（開關(guān)1、開關(guān)2和開關(guān)3均關(guān)閉）；（8）替換功能推挽輸出（當輸出高電平時，“輸出控制”打開P-MOS管并關(guān)閉N-MOS管；當輸出低電平時，“輸出控制”關(guān)閉P-MOS管并打開N-MOS管）。（9）替換功能開漏輸出（當輸出高電平時，“輸出控制”關(guān)閉P-MOS管和N-MOS管；當輸出低電平時，“輸出控制”關(guān)閉P-MOS管并打開N-MOS管）STM32F103通用目的輸入輸出口7每個GPIO口具有7個寄存器，即2個32位的配置寄存器（GPIOx_CRL和GPIOx_CRH）、2個32位的數(shù)據(jù)寄存器（GPIOx_IDR和GPIOx_ODR），1個32位的置位/清零寄存器（GPIOx_BSRR）、1個16位的清零寄存器（GPIOx_BRR）和1個32位的配置鎖定寄存器（GPIOx_LCKR），這里x＝A,B,C,D。端口配置寄存器GPIOx_CRL和GPIOx_CRH，分別如下面兩張圖所示：GPIO寄存器832位的端口置位/清零寄存器GPIOx_RSRR（偏移地址0x10，復位值為0x0），可以單獨置位或清零某個GPIO管腳。GPIOx_RSRR高16位的每位記為BRy（y=0,1,...,15），低16位的每位記為BSz（z=0,1,...,15），如下圖所示。GPIO寄存器9配置鎖定寄存器GPIOx_LCKR（偏移地址0x18，復位值為0x0），用于鎖定配置寄存器GPIOx_CRL和GPIOx_CRH的值，如下圖所示。GPIO寄存器10APB2外設復位寄存器RCC_APB2RSTR（復位值為0x0）和APB2外設時鐘有效寄存器RCC_APB2ENR（復位值為0x0）分別如下面兩張圖所示。GPIO寄存器11AFIO寄存器的基地址為0x40010000，STM32F103RCT6共包括7個AFIO寄存器（復位值均為0x0），即事件控制寄存器AFIO_EVCR（偏移地址0x0）、替換功能重映射寄存器AFIO_MAPR（偏移地址0x04）、外部中斷配置寄存器AFIO_EXTICR1（偏移地址0x08）、外部中斷配置寄存器AFIO_EXTICR2（偏移地址0x0C）、外部中斷配置寄存器AFIO_EXTICR3（偏移地址0x10）、外部中斷配置寄存器AFIO_EXTICR4（偏移地址0x14）和替換功能重映射寄存器AFIO_MAPR2（偏移地址0x1C）。下面依次詳細介紹這些寄存器各位的含義。AFIO寄存器12事件控制寄存器AFIO_EVCR，如下表所示。AFIO寄存器13替換功能重映射寄存器AFIO_MAPR如下表所示。AFIO寄存器14外部中斷配置寄存器AFIO_EXTICR1、AFIO_EXTICR2、AFIO_EXTICR3和AFIO_EXTICR4的含義如下表所示。AFIO寄存器4.2STM32F103庫函數(shù)用法1516了解了STM32F103RCT6的GPIO寄存器，就可以操作GPIO口了。例如，令PB5（即GPIOB的第5腳）輸出高電平，可以使用語句“GPIOB->ODR|=(1uL<<5);”或“GPIOB->BSRR=(1uL<<5);”實現(xiàn)。這里的GPIOB是定義在文件stm32f10x.h中的結(jié)構(gòu)體指針，如右面的程序段所示。STM32F103庫函數(shù)用法17事實上，文件stm32f10x.h中宏定義了STM32F103RCT6微控制器的各種片內(nèi)外設的寄存器結(jié)構(gòu)體指針，可以直接使用。文件stm32f10x.h是由KeilMDK自動產(chǎn)生的。如果不使用stm32f10x.h文件中的寄存器結(jié)構(gòu)體指針，則需要自行定義各個寄存器，例如，對于地址為0x40010C0C的寄存器GPIOB_ODR，如下面的程序段所示。STM32F103庫函數(shù)用法18除了寄存器類型程序外，STM32F103還支持一種抽象的程序類型，稱為借助庫函數(shù)的工程程序，簡稱庫函數(shù)類型程序。庫函數(shù)相關(guān)的文件如下表所示。STM32F103庫函數(shù)用法19庫函數(shù)全部的文件都是開源的C語言代碼，常量定義和函數(shù)聲明位于.h文件中，函數(shù)體位于.c文件中。例如，在stm32f10x_gpio.h中有以下宏定義語句和函數(shù)聲明：STM32F103庫函數(shù)用法而在相應的stm32f10x_gpio.c文件中有以下函數(shù)：4.3KeilMDK工程框架2021本書使用了KeilMDKv5.39集成開發(fā)環(huán)境（官網(wǎng)），是截止本書收官時的最新版本，本書中的全部工程都可以使用于KeilMDKv5.39及其后續(xù)版本。KeilMDK工程框架22KeilMDK工程框架23KeilMDK工程框架24KeilMDK工程框架25KeilMDK工程框架4.4LED燈閃爍實例2627在STM32F103RCT6學習板上集成了3個LED燈，下如圖所示。由圖可知，LED燈D9由PB2控制，LED燈D10由PD2控制，LED燈D11由PB7控制。下面介紹LED燈閃爍控制的工程設計實例。LED燈閃爍實例28對于STM32F103RCT6學習板而言，將下面的程序段中的函數(shù)替換系統(tǒng)文件system_stm32f10x.c中的同名函數(shù)SetSysClockTo72，將芯片的工作時鐘調(diào)整到64MHz。LED燈閃爍實例29LED燈閃爍實例“工程管理器”中的分組名與子文件夾的名稱是相同的，但是二者沒有聯(lián)系，分組名可以使用各種符號和漢字。30下面依次介紹工程PRJ01中的各個文件。LED燈閃爍實例31LED燈閃爍實例32LED燈閃爍實例33LED燈閃爍實例由下圖所示，工程PRJ01上電復位后，首先執(zhí)行位于文件system_stm32f10x.c中的SystemInit函數(shù)，用于將STM32F103RCT6的時鐘由8MHz調(diào)整到64MHz；然后轉(zhuǎn)到main函數(shù)執(zhí)行；進入到main函數(shù)后，首先調(diào)用LEDInit函數(shù)初始化LED燈的控制；接著進入無限循環(huán)體，依次循環(huán)執(zhí)行“LED燈D9亮、D10滅、D11亮——延時約1秒——LED燈D9滅、D10亮、D11滅——延時約1秒”。其中，各個LED燈的亮和滅是由main函數(shù)調(diào)用led.c文件中的LED函數(shù)實現(xiàn)的，延時函數(shù)Delay位于主文件main.c中，由for循環(huán)實現(xiàn)。34LED燈閃爍實例本小節(jié)借助調(diào)用庫函數(shù)的方式實現(xiàn)工程PRJ01的功能。在工程“PRJ01”基礎上新建工程“PRJ02”，保存在目錄“D:\STM32F103RCT6PRJ”下，此時的工程“PRJ02”與工程“PRJ01”完全相同。35LED燈閃爍實例這里添加了宏定義常量USE_STDPERIPH_DRIVER是因為在文件stm32f10x.h中有以下語句：由于庫函數(shù)文件是針對STM23F10x全系列的微控制器，宏定義常量STM32F10X_HD表示僅使得那些與STM32F103RCT6相關(guān)的常量和函數(shù)有效。36LED燈閃爍實例37LED燈閃爍實例相對于工程PRJ01中的文件，工程PRJ02只需要修改led.c文件，如下面的程序段所示：38LED燈閃爍實例39LED燈閃爍實例這里的類型GPIO_InitTypeDef定義在庫函數(shù)頭文件stm32f10x_gpio.h中，如下所示：4.5本章小結(jié)4041本章小結(jié)本章介紹了STM32F103RCT6微控制器的GPIO口結(jié)構(gòu)及其寄存器，同時，也討論了替換功能AFIO的寄存器以及復位與時鐘控制模塊中與GPIO口相關(guān)的寄存器。然后，闡述了庫函數(shù)的用法，并討論了寄存器類型的工程與庫函數(shù)類型的工程的區(qū)別。最后，介紹了KeilMDK工程框架，以LED燈閃爍為例，詳細介紹了寄存器類型工程和庫函數(shù)類型工程的程序設計方法。對于庫函數(shù)類型工程，需要初學者有一個長時間的適應過程，需要花一定的時間學習庫函數(shù)文件和頭文件。thankyouARMCortex-M3嵌入式控制技術(shù)

——基于STM32F103RCT6

STM32F103硬件系統(tǒng)與KEILMDK工程第五章

按鍵與中斷處理

本章將介紹嵌套向量中斷控制器NVIC的工作原理，闡述STM32F103RCT6微控制器外部輸入中斷的工作原理。接著，以用戶按鍵為例，詳細解釋NVIC中斷的寄存器類型和庫函數(shù)類型的程序設計方法。然后，介紹ZLG7289B芯片驅(qū)動LED燈、按鍵和數(shù)碼管的原理和程序設計方法1NVIC中斷工作原理2GPIO外部輸入中斷3

用戶按鍵中斷實例4ZLG7289B按鍵、LED燈和數(shù)碼管5.1NVIC中斷工作原理嵌套向量中斷控制器NVIC相關(guān)的中斷管理工作主要有開放中斷、關(guān)閉中斷、設置中斷請求標志、讀中斷請求標志、清除中斷請求標志和配置中斷優(yōu)先級等。嵌套向量中斷控制器NVIC的寄存器有ISER0、ISER1、ICER0、ICER1、ISPR0、ISPR1、ICPR0、ICPR1、IABR0、IABR1、IPR0~IPR14和STIRNVIC寄存器序號地址寄存器名稱描述10xE000E100ISER0中斷開放寄存器ISER0[0]~ISER0[31]、ISER1[0]~ISER1[27]依次對應中斷號為0~59的中斷，各位寫0無效，寫1開放中斷0xE000E104ISER120xE000E180ICER0中斷關(guān)閉寄存器ICER0[0]~ICER0[31]、ICER1[0]~ICER1[27]依次對應中斷號為0~59的中斷，各位寫0無效，寫1關(guān)閉中斷0xE000E184ICER130xE000E200ISPR0中斷設置請求狀態(tài)寄存器ISPR0[0]~ISPR0[31]、ISPR1[0]~ISPR1[27]依次對應中斷號為0~59的中斷，各位寫0無效，寫1請求中斷0xE000E204ISPR140xE000E280ICPR0中斷清除請求狀態(tài)寄存器ICPR0[0]~ICPR0[31]、ICPR1[0]~ICPR1[27]依次對應中斷號為0~59的中斷，各位寫0無效，寫1清中斷標志0xE000E284ICPR150xE000E300IABR0中斷活躍位寄存器（只讀）IABR0[0]~IABR0[31]、IABR1[0]~IABR1[27]依次對應中斷號為0~59的中斷，各位讀出1，表示相應中斷活躍0xE000E304IABR160xE000E400~0xE000E438IPR0~IPR14中斷優(yōu)先級寄存器共有16個優(yōu)先級，優(yōu)先級號從0~15，優(yōu)先級號0表示的優(yōu)先級最高，優(yōu)先級號15表示的優(yōu)先級最低70xE000EF00STIR軟件觸發(fā)中斷寄存器第[8:0]位域有效，寫入0~59中的某一中斷號，則觸發(fā)相應的中斷中斷優(yōu)先級配置寄存器每個IPR寄存器用于設置4個NVIC中斷的優(yōu)先級，32位的IPR寄存器的4個字節(jié)的低4位均無效，只有高4位有效，故可以設置的優(yōu)先級號為0~15。根據(jù)圖5-1，如果設置EXTI2中斷的優(yōu)先級號為10，則需要將IPR2的第[7:4]位域設為10。當兩個中斷具有不同的優(yōu)先級號時，優(yōu)先級號小的中斷優(yōu)先級高；當兩個中斷具有相同的優(yōu)先級號時，中斷號小的中斷優(yōu)先級高。異常號4~15的優(yōu)先級配置寄存器可配置優(yōu)先級的異常的優(yōu)先級號由3個系統(tǒng)手柄優(yōu)先級寄存器（SHPR1~3）設置，其地址依次為0xE000ED18、0xE000ED1C和0xE000ED20序號異常號異常名稱位域配置名稱寄存器14MemManage[7:0]PRI_4SHPR125BusFault[15:8]PRI_536UsageFault[23:16]PRI_647保留[31:24]PRI_758保留[7:0]PRI_8SHPR269保留[15:8]PRI_9710保留[23:16]PRI_10811SVCall[31:24]PRI_11912DebugMonitor[7:0]PRI_12SHPR31013保留[15:8]PRI_131114PendSV[23:16]PRI_141215SysTick[31:24]PRI_155.2GPIO外部輸入中斷根據(jù)寄存器AFIO_EXTICR1~4（見第4章表4-3），可從GPIO口中選擇16個管腳配置為16個外部中斷的輸入端，如圖5-2所示。注意：對于STM32F103RCT6芯片，只有PA、PB、PC和PD[2:0]有效，其余管腳無效。EXTI模塊共有19根線路，除了外部中斷EXTI0~EXTI15外，還有EXTI16、EXTI17和EXTI18，這三根線路分別與PVD輸出、RTC報警事件和USB喚配事件相連接。EXTI模塊有共6個寄存器，即中斷屏蔽寄存器EXTI_IMR、事件屏蔽寄存器EXTI_EMR、上升沿觸發(fā)選擇寄存器EXTI_RTSR、下降沿觸發(fā)選擇寄存器EXTI_FTSR、軟件觸發(fā)事件寄存器EXTI_SWIER和中斷請求寄存器EXTI_PR。EXTI模塊寄存器的基地址為0x40010400。5.3用戶按鍵中斷實例STM32F103RCT6微控制器的PA6和PA7依次借助網(wǎng)絡標號USER_BUT1和USER_BUT2與按鍵S18和S19相連接；PB1與網(wǎng)絡標號USER_BELL相連接，控制蜂鳴器B2的開啟與關(guān)閉。本節(jié)擬設計工程，實現(xiàn)如下功能：（1）S18按鍵作為外部中斷EXTI6輸入端，當按下S18按鍵時，點亮LED燈D11；（2）S19按鍵作為外部中斷EXTI7輸入端，當按下S19按鍵時，熄滅LED燈D11。同時，如果蜂鳴器原來是開啟的，則關(guān)閉蜂鳴器；否則，開啟蜂鳴器。5.3.1寄存器類型工程實例在工程PRJ01的基礎上，新建工程“PRJ03”，保存在目錄“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ03”下，此時的工程PRJ03與工程PRJ01完全相同?，F(xiàn)在，修改main.c和includes.h文件，并新建bsp.c、bsp.h、beep.c、beep.h、key.c、key.h、exti.c和exti.h文件（新建的文件均保存在目錄“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ03\BSP”下），然后，將bsp.c、beep.c、key.c和exti.c文件添加到“BSP”分組下，建設好的工程如圖所示。代碼：122代碼：123代碼：124工程PRJ03的工作流程工程PRJ03運行到主函數(shù)main后，執(zhí)行BSPInit函數(shù)初始化LED燈、按鍵、蜂鳴器和外部中斷等外設，然后進行無限循環(huán)體，執(zhí)行LED燈D9和D10的循環(huán)閃爍功能。工程PRJ03中有1個中斷服務函數(shù)，當按鍵S18被按下時，執(zhí)行EXTI9_5_IRQHandler中斷服務函數(shù)，點亮LED燈D11；當按鍵S19被按下時，也觸發(fā)執(zhí)行EXTI9_5_IRQHandler中斷服務函數(shù)，熄滅LED燈D11，同時，使蜂鳴器切換工作狀態(tài)5.3.2庫函數(shù)類型工程實例本小節(jié)討論的工程與第5.3.1節(jié)的工程PRJ03實現(xiàn)的功能完全相同，這里使用庫函數(shù)方式進行工程設計。在工程PRJ02的基礎上，新建工程“PRJ04”，保存在目錄“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ04”下，此時的工程PRJ04與工程PRJ02完全相同，需要做的修改為：（1）修改文件main.c和includes.h；（2）新建文件bsp.c、bsp.h、key.c、key.h、beep.c、beep.h、exti.c和exti.h，新建的文件均保存在目錄“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ04\BSP”下；（3）將bsp.c、key.c、beep.c和exti.c文件添加到工程管理器的“BSP”分組下；（4）將位于目錄“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ04\STM32F10x_FWLib\src”下的庫文件stm32f10x_exti.c添加到工程管理器的“LIB”分組下。建設好的工程PRJ04如圖所示。代碼：127代碼：128代碼：1295.4.1ZLG7289B工作原理嵌入式控制系統(tǒng)中最常用的部件是按鍵和七段數(shù)碼管，用作系統(tǒng)的輸入設備和輸出設備，ZLG7289B為專用于驅(qū)動按鍵和數(shù)碼管的芯片。一片ZLG7289B可同時驅(qū)動64個按鍵和8個七段數(shù)碼管（即64個LED燈）。STM32F103RCT6學習板上集成了一片ZLG7289B芯片，驅(qū)動了16個按鍵、8個LED燈和一個四合一七段數(shù)碼管，電路原理圖參考第3.8節(jié)。ZLG7289B芯片管腳布局如圖所示“數(shù)碼管段選信號”是指用于驅(qū)動七段數(shù)碼管中的某個段的控制信號，一般連接到數(shù)碼管的8個段控制管腳的某一腳上（8個段控制管腳為a、b、c、d、e、f、g和小數(shù)點dp）；“數(shù)碼管字選信號”也常被稱為“數(shù)碼管位選信號”，是指用于驅(qū)動多合一數(shù)碼管中單個數(shù)碼管的控制信號，一般連接到數(shù)碼管的公共有效端，由于ZLG7289B只能驅(qū)動共陰式數(shù)碼管，所以數(shù)碼管字選信號連接到單個數(shù)碼管的陰極公共端管腳號管腳名作用1RTCC電源，一般直接與VCC相連2VCC電源，2.7~6V3NC懸空4GND接地5NC懸空6CS片選信號，低電平有效，輸入7CLK串行數(shù)據(jù)位時鐘信號，下降沿有效，輸入8DIO串行數(shù)據(jù)輸入輸出口，雙向9INT按鍵中斷請求信號，下降沿有效，輸出10~17KR0~KR7鍵盤行信號0~7，同時也用作數(shù)碼管段選信號，依次為g、f、e、d、c、b、a和dp18~25KC0~KC7鍵盤列信號0~7，同時也用作數(shù)碼管字選信號0~726OSC2晶振輸出信號27OSC1晶振輸入信號28RST復位信號，低有效ZLG7289B訪問時序。（a）為STM32F103RCT6向ZLG7289B寫入單字節(jié)指令；（b）為STM32F103RCT6向ZLG7289B寫入單字節(jié)指令+單字節(jié)數(shù)據(jù)；（c）為STM32F103RCT6向ZLG7289B寫入單字節(jié)指令（0x15），然后讀出單字節(jié)按鍵值，這里第一個指令字節(jié)必須為0x15七段數(shù)碼管各個段的顯示位置序號指令字節(jié)數(shù)據(jù)字節(jié)含義10xA4無清除顯示內(nèi)容20xBF無使全部LED燈閃爍30xA0無數(shù)碼管顯示左移40xA1無數(shù)碼管顯示右移50xA2無數(shù)碼管顯示循環(huán)左移60xA3無數(shù)碼管顯示循環(huán)右移70x80+k(dp<<7)|(d3d2d1d0)k為數(shù)碼管位置號，取0~7（在圖3-12中僅有4個數(shù)碼管，即網(wǎng)標DIG0對應著0，DIG1對應著1，DIG2對應著2，DIG3對應3）；dp=0表示小數(shù)點熄滅，dp=1表示小數(shù)點點亮；d3d2d1d0四位為0000b~1001b對應著顯示0~9，為1010b顯示“-”為1011b~1110b分別顯示E、H、L和P，為1111b無顯示80xC8+k(dp<<7)|(d3d2d1d0)k和dp的含義同上，d3d2d1d0為0000b~1111b時分別對應著顯示0~9、A、B、C、D、E和F90x90+k(dp<<7)|(abcdefg)k和dp的含義同上，a、b、c、d、e、f、g對應著數(shù)碼管的各段，為1時亮，為0時滅100x88d7d6d5d4d3d2d1d0di對應著第i個數(shù)碼管，為0時閃爍，為1時不閃爍110x98d7d6d5d4d3d2d1d0di對應著第i個數(shù)碼管，為1時正常顯示，為0時消隱120xE000d5d4d3d2d1d0將數(shù)碼管視為64個LED燈，d5d4d3d2d1d0表示6位地址，從000000b~111111b，表示64個LED燈的地址，每個數(shù)碼管內(nèi)，點亮順度為“g、f、e、d、c、b、a、dp”，地址000000b對應著KR0和KC0相交的LED燈，000001b對應著KR1和KC0相交的LED燈，依此類推130xC000d5d4d3d2d1d0第12條指令為段點亮指令，這里為段熄滅指令，數(shù)據(jù)字節(jié)的含義同上140x15讀出單字節(jié)數(shù)據(jù)讀出的單字節(jié)數(shù)據(jù)包含按鍵值，鍵碼從0~63（0x00~0x3F），無效值為0xFF，鍵碼0對應著KC0與KR0相交的按鍵，鍵碼1對應著KC0與KR1相交的按鍵，依此類推鍵名鍵碼鍵名鍵碼鍵名鍵碼鍵名鍵碼S162S558S954S1350S261S657S1053S1449S360S756S1152S1548S459S863S1251S1655ZLG7289B驅(qū)動的按鍵鍵碼5.4.2寄存器類型工程實例本節(jié)將創(chuàng)建工程PRJ05，其在工程PRJ03基礎上新添加的功能為：（1）四合一數(shù)碼管每個顯示管均周期性從0顯示至9，且顯示小數(shù)點和時間分隔符；（2）按下按鍵S1至S8中的Si（i=1,2,…,8）將點亮相應的LED燈Di；（3）按下按鍵S9至S16中的Si（i=9,10,…,16）將熄滅相應的LED燈Di-8。在工程PRJ03的基礎上，新建工程“PRJ05”，保存在目錄“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ05”下，此時的工程PRJ05與工程PRJ03完全相同?，F(xiàn)在，修改main.c、includes.h、bap.c文件，并新建zlg7289.c和zlg7289.h文件（新建的文件均保存在目錄“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ05\BSP”下），然后，將zlg7289.c文件添加到“BSP”分組下，建設好的工程如圖所示。5.4.2寄存器類型工程實例本節(jié)將創(chuàng)建工程PRJ05，其在工程PRJ03基礎上新添加的功能為：（1）四合一數(shù)碼管每個顯示管均周期性從0顯示至9，且顯示小數(shù)點和時間分隔符；（2）按下按鍵S1至S8中的Si（i=1,2,…,8）將點亮相應的LED燈Di；（3）按下按鍵S9至S16中的Si（i=9,10,…,16）將熄滅相應的LED燈Di-8。在工程PRJ03的基礎上，新建工程“PRJ05”，保存在目錄“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ05”下，此時的工程PRJ05與工程PRJ03完全相同?，F(xiàn)在，修改main.c、includes.h、bap.c文件，并新建zlg7289.c和zlg7289.h文件（新建的文件均保存在目錄“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ05\BSP”下），然后，將zlg7289.c文件添加到“BSP”分組下，建設好的工程如圖所示。代碼：137代碼：138代碼：139代碼：140代碼：141代碼：142代碼：1435.4.2庫函數(shù)類型工程實例本小節(jié)將要討論的工程PRJ06與第5.4.2節(jié)的工程PRJ05實現(xiàn)的功能完全相同，這里使用庫函數(shù)方式進行工程設計。需要強調(diào)指出的是，寄存器類型工程與庫函數(shù)類型工程不是對立的，一個工程文件，既可以包含寄存器類型的代碼，也可以包含庫函數(shù)類型的代碼。在工程PRJ04的基礎上，新建工程“PRJ06”，保存在目錄“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ06”下，此時的工程PRJ06與工程PRJ04完全相同，需要做的修改為：（1）修改文件main.c、includes.h和bsp.c；（2）新建文件zlg7289.c和zlg7289.h文件，新建的文件均保存在目錄“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ06\BSP”下；（3）將zlg7289.c文件添加到工程管理器的“BSP”分組下。建設好的工程PRJ06如圖所示。代碼：145代碼：146代碼：147代碼：148代碼：149thankyou第六章

定時器目錄系統(tǒng)節(jié)拍定時器看門狗定時器實時時鐘通用定時器本章小結(jié)本章將介紹STM32F103RCT6片內(nèi)定時器的結(jié)構(gòu)和用法，按照從簡單到復雜的順序依次介紹系統(tǒng)節(jié)拍定時器、看門狗定時器、實時時鐘和通用定時器，其中，系統(tǒng)節(jié)拍定時器是Cortex-M3內(nèi)核的定時器組件，主要用于為嵌入式實時操作系統(tǒng)提供時鐘節(jié)拍（一般取為100Hz）。STM32F103RCT6具有8個定時器，其中定時器1和定時器8為高級定時器、定時器2~5為通用定時器、定時器6和定時器7稱為基本定時器，本章將主要介紹通用定時器，且以定時器2為例。16.1系統(tǒng)節(jié)拍定時器23系統(tǒng)節(jié)拍定時器SysTick屬于Cortex-M3內(nèi)核的組件，是一個24位的減計數(shù)器，常用于產(chǎn)生100Hz的定時中斷（即系統(tǒng)節(jié)拍定時器異常），用作嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-II等的時鐘節(jié)拍，系統(tǒng)節(jié)拍定時器的結(jié)構(gòu)如下圖所示。系統(tǒng)節(jié)拍定時器工作原理4了解STCTRL、STRELOAD、STCURR和STCALIB這4個寄存器的內(nèi)容，即可掌握系統(tǒng)節(jié)拍定時器的工作原理。這4個寄存器的內(nèi)容如下表所示。系統(tǒng)節(jié)拍定時器工作原理5根據(jù)上述對系統(tǒng)節(jié)拍定時器的分析，可知設計一個定時頻率為100Hz（即定時周期為10ms）的系統(tǒng)時鐘節(jié)拍定時器，可采用以下語句；（1）配置STCTRL為(1uL<<1)|(1uL<<2)，即關(guān)閉系統(tǒng)節(jié)拍定時器并開放系統(tǒng)節(jié)拍定時器中斷，同時設置系統(tǒng)時鐘為系統(tǒng)節(jié)拍定時器時鐘源。此時對于STM32F103RCT6微控制器使用內(nèi)部8MHz時鐘源而言，系統(tǒng)時鐘為64MHz，芯片手冊上明確說明：將系統(tǒng)時鐘經(jīng)AHB預分頻器后的32MHz信號的8分頻值用作系統(tǒng)節(jié)拍定時器的輸入時鐘信號（見圖2-3），但實際測試發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)節(jié)拍定時器的輸入時鐘信號仍然是32MHz，即沒有所謂的8分頻器。（2）向STCURR寄存器寫入任意值，例如寫入0，清除STCURR的值，同時清除STCTRL的COUNTFLAG標志；（3）向STRELOAD寄存器寫入320000-1，即十六進制數(shù)0x4E1FF。（4）配置STCTRL的第0位為1（其余位保持不變），啟動系統(tǒng)節(jié)拍定時器。系統(tǒng)節(jié)拍定時器工作原理6系統(tǒng)節(jié)拍定時器相關(guān)的寄存器定義在CMSIS庫頭文件core_cm3.h中，如下面的程序段所示。系統(tǒng)節(jié)拍定時器工作原理7在CMSIS庫頭文件core_cm3.h中還定義了一個初始化系統(tǒng)節(jié)拍定時器的函數(shù)，如下面的程序段所示。系統(tǒng)節(jié)拍定時器工作原理8系統(tǒng)節(jié)拍定時器異常一般用作嵌入式實時操作系統(tǒng)的時鐘節(jié)拍，也可以用作普通的定時中斷處理。這里使用系統(tǒng)節(jié)拍定時器實現(xiàn)LED1燈D9的閃爍功能，其寄存器類型的工程實現(xiàn)步驟如下：（1）在工程PRJ05的基礎上，新建工程“PRJ07”，保存在目錄“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ07”下，此時的工程PRJ07與工程PRJ05完全相同。（2）新建文件systick.c和systick.h，這兩個文件保存在目錄“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ07\BSP”下，其代碼分別如下面的程序段所示。系統(tǒng)節(jié)拍定時器實例9系統(tǒng)節(jié)拍定時器實例10系統(tǒng)節(jié)拍定時器實例11系統(tǒng)節(jié)拍定時器實例12將systick.c文件添加到工程管理器的BSP分組下，建設好的工程PRJ07如下圖所示。系統(tǒng)節(jié)拍定時器實例13由圖可知，在工程PRJ07中，主函數(shù)main主要完成了系統(tǒng)的外設初始化工作，同時，工程PRJ07保留了工程PRJ05中的全部功能，并添加了系統(tǒng)節(jié)拍定時器功能。由于配置了系統(tǒng)節(jié)拍定時器的工作頻率為100Hz，所以，定時異常每觸發(fā)100次相當于延時準確的1秒。通過添加靜態(tài)計數(shù)變量，使得系統(tǒng)節(jié)拍定時器異常服務函數(shù)實現(xiàn)了每隔1秒使LED燈D9狀態(tài)切換一次的功能。系統(tǒng)節(jié)拍定時器實例14系統(tǒng)節(jié)拍定時器的庫函數(shù)類型工程的建設過程為：在工程PRJ06的基礎上，新建工程PRJ08，保存在保存在目錄“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ08”下，此時的工程PRJ08與工程PRJ06完全相同，需要做的修改為：（1）修改文件main.c、includes.h和bsp.c；（2）新建文件systick.c和systick.h，如程序段6-3和程序段6-4所示，保存在目錄“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ07\BSP”下，并將文件systick.c添加到工程管理器的BSP分組下。系統(tǒng)節(jié)拍定時器實例6.2看門狗定時器1516STM32F103RCT6微控制中有兩個看門狗，即獨立看門狗和窗口看門狗。本書僅介紹復雜一些的窗口看門狗?？撮T狗定時器工作原理17在本小節(jié)中，擬把看門狗定時器WWDG用作普通的定時器，實現(xiàn)每隔約1秒LED燈D10閃爍的功能。在工程07的基礎上，新建工程09，保存在目錄“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ09”下，此時的工程PRJ09與工程PRJ07完全相同。然后，執(zhí)行以下的步驟：（1）修改main.c文件，使得main函數(shù)不再控制LED燈的閃爍。（2）新建文件wwdog.c和wwdog.h，保存在目錄“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ09\BSP”下?？撮T狗定時器寄存器類型實例18看門狗定時器寄存器類型實例19文件wwdog.h是文件wwdog.c對應的頭文件，用于聲明wwdog.c中定義的函數(shù)，這里第6行聲明了WWDOGInit函數(shù)?？撮T狗定時器寄存器類型實例（3）在includes.h文件的末尾添加語句“#include"wwdog.h"”，即在總的包括頭文件中包括文件wwdog.h。20（4）在bsp.c文件的BSPInit函數(shù)中，添加對函數(shù)WWDOGInit的調(diào)用，如下面的程序段所示?？撮T狗定時器寄存器類型實例21（5）將wwdog.c文件添加到工程管理器的“BSP”分組下。完成后的工程PRJ09如下圖所示?？撮T狗定時器寄存器類型實例22在工程PRJ08的基礎上，新建工程“PRJ10”，保存在“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ10”目錄下，此時的工程PRJ10與工程PRJ08完全相同。然后，進行如下的步驟：（1）新建文件wwdog.c和wwdog.h。這兩個文件保存在目錄“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ10\BSP”下?？撮T狗定時器庫函數(shù)類型實例23看門狗定時器庫函數(shù)類型實例對比前面wwdog.c文件程序段中的看門狗中斷服務函數(shù)WWDG_IRQHandler，這里的第22行為喂狗，即設置看門狗計數(shù)器的值為0x72；第33行調(diào)用WWDG_ClearFlag清零看門狗中斷標志。24（2）修改main.c文件，在前一個工程段代碼的基礎上，刪除第13~15行，即main函數(shù)不再控制LED燈的閃爍。（3）在includes.h文件的末尾，添加語句“#include"wwdog.h"”，即在總的包括頭文件中包括頭文件wwdog.h。（4）修改bsp.c文件，在bsp.c文件中的BSPInit函數(shù)中，添加語句“WWDOGInit();”，用于初始化窗口看門狗定時器。（5）添加目錄“D:\STM32F103RCT6PRJ\PRJ10\STM32