嵌入式系统课程设计温度检测报警系统.doc

嵌入式系统课程设计 姓名： 班级： 学号： 目录：1 系统要求2 设计方案三程序流程图四软件设计五课程总结与个人体会一、系统要求 使用STM32F103作为主控CPU设计一个温度综合测控系统，具体要求： 1、使用热敏电阻或者内部集成的温度传感器检测环境温度，每0.1秒检测一次温度，对检测到的温度进行数字滤波（可以使用平均法）。记录当前的温度值和时间。 2、使用计算机，通过串行通信获取STM32F103检测到的温度和所对应的时间。 3、使用计算机进行时间的设定。 4、使用计算机进行温度上限值和下限值的设定。 5、若超过上限值或者低于下限值，则STM32进行报警提示。2、 设计方案本次课程设计的要求是使用STM32F103设计一个温度测控系统，这款单片机集成了很多的片上资源，功能十分强大，我使用了以下部分来完成课程设计的要求：1、 STM32F103内置了3个12位A/D转换模块，最快转换时间为1us。本次课程设计要求进行温度测定，于是使用了其中一个ADC对片上温度传感器的内部信号源进行转换。当有多个通道需要采集信号时，可以把ADC配置为按一定的顺序来对各个通道进行扫描转换，本设计只采集一个通道的信号，所以不使用扫描转换模式。 本设计需要循环采集电压值，所以使用连续转换模式。 2、 本次课程设计还使用到了DMA。DMA是一种高速的数据传输操作，允许在外部设备和储存器之间利用系统总线直接读写数据，不需要微处理器干预。使能ADC的DMA接口后，DMA控制器把转换值从ADC数据寄存器(ADC_DR)中转移到变量ADC_ConvertedValue中，当DMA传输完成后，在main函数中使用的ADC_ConvertedValue的内容就是ADC转换值了。 3、 STM32内部的温度传感器和ADCx_IN16输入通道相连接，此通道把传感器输出的电压值转换成数字值。STM内部的温度传感器支持的温度范围：-40到125摄氏度。利用下列公式得出温度 温度(C) = (V25 - VSENSE) / Avg_Slope + 25 式中V25是 VSENSE在25摄氏度时的数值（典型值为1.42V） Avg_Slope是温度与VSENSE曲线的平均斜率（典型值为4.3mV/C） 利用均值法对转换后的温度进行滤波，将得到的温度通过串口输出。4、 本设计采用了USART1作为串行通信接口，来进行时间、温度的传输，以及进行时间和温度上下限的设定。5、 当温度超过上下限时，开发板上的灯会相应亮起作为警报，使用了GPIO配置引脚。6、 时间计时使用了systick时钟，并配置其中断，由此进行一秒定时，实现时钟的实时显示。7、 时间设定部分参考了一个两位数字读取的函数，在进入主循环前设定参数，从而避免了在串口中断中输入只能一次性输入所有参数的弊端。3、 程序流程图开始各模块初始化设定温度显示当前时间温度计时一秒是对应警告灯亮判断当前温度是否超过设定范围否警告灯全灭4、 软件设计用到的库文件：stm32f10x_adc.h，stm32f10x_dma.h，stm32f10x_flash.h，stm32f10x_gpio.h，stm32f10x_rcc.h，stm32f10x_usart.h，misc.h自己编写的文件：main.c，stm32f10x_it.c，stm32f10x_it.hmain文件：#include stm32f10x.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_time;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(;iPD.8端口配置GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; /推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; /IO 速度 50MHzGPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure); /根据设定参数初始化 GPIOB.5void SysTick_Init()if (SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000)while(1);SysTick-CTRL &= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;/关闭滴答定时器/SysTick-CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;/开启滴答定时器void Delay_ms(_IO u32 nTime)TimingDelay=nTime;SysTick-CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;/打开while(TimingDelay != 0);void RCC_Config(void)/配置时钟RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);/DMARCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);/ADC1 and GPIOCRCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);/USARTRCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE); / 使能PD端口时钟 LEDvoid GPIO_Config(void)GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;/*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; /推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; /IO 速度 50MHzGPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure); /根据设定参数初始化 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_InitStructure.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_Config(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_PeripheralSRC;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_MemoryDataSize_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_Config(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_DataAlign = 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);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;USART_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;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);/发送使能USART_Cmd(USART1,ENABLE); /启动串口static uint8_t USART_Scanf(uint32_t value)/字符串读取函数 uint32_t index = 0; uint32_t tmp2 = 0, 0; while (index 2) /* Loop until RXNE = 1 */while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) =RESET)tmpindex+ = (USART_ReceiveData(USART1);if (tmpindex - 1 0x39) printf(nr请输入有效数字 0 到 9 -: );index-; index = (tmp1 - 0x30) + (tmp0 - 0x30) * 10); /* Checks */ if (index value) printf(nr请输入有效数字 0 到 %d, value);return 0xFF; return index;void Time_Regulate(rtc_time *tm)/时间设定函数 uint32_t Tmp_HH =0xFF, Tmp_MI = 0xFF, Tmp_SS = 0xFF; uint32_t Tmp_up = 0xff,Tmp_low = 0xff; printf(rn 设定温度范围); printf(rn 输入温度上限: ); while (Tmp_up = 0xFF) Tmp_up = USART_Scanf(99); printf(nr 温度上限为 %0.2d Cnr, Tmp_up);upper_bound = Tmp_up;/-printf(rn 输入温度下限: );while (Tmp_low = 0xFF)Tmp_low = USART_Scanf(99);printf(nr 温度下限为 %0.2d Cnr, Tmp_low);lower_bound = Tmp_low;printf(rn 设定时间 ); Tmp_HH = 0xFF; printf(rn 设定小时: ); while (Tmp_HH = 0xFF) Tmp_HH = USART_Scanf(23); printf(nr 设定小时为 %dnr, Tmp_HH ); tm-tm_hour= Tmp_HH; Tmp_MI = 0xFF; printf(rn 设定分钟: ); while (Tmp_MI = 0xFF) Tmp_MI = USART_Scanf(59); printf(nr 设定分钟为 %dnr, Tmp_MI); tm-tm_min= Tmp_MI; Tmp_SS = 0xFF; printf(rn 设定秒: ); while (Tmp_SS = 0xFF) Tmp_SS = USART_Scanf(59); printf(nr 设定秒为 %dnr, Tmp_SS); tm-tm_sec= Tmp_SS;int fputc(int ch, FILE *f)/重定向函数USART_SendData(USART1, (unsigned char) ch);/ while (!(USART1-SR & USART_FLAG_TXE);while( USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)!= SET);return (ch);/*主函数*/int main(void)#ifdef DEBUG#endifSysTick_Init();LED_GPIO_Config();RCC_Config();GPIO_Config();DMA_Config();ADC1_Config();USART1_Config();Delay(5000);Time_Regulate(&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;min+;if(min=60)min=0;hour+;if(hour=24)hour=0;printf(rn 当前时间： %d :%d :%d rn, hour,min,sec);printf(rn 当前温度： %02d C 温度上限：%02d C 温度下限：%02d C rn,Average_Temp,upper_bound,lower_bound);GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_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(GPIOD, GPIO_Pin_11);elseGPIO_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 -*/#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;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;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)/Avg_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(rn The current temperature = %02d Crn, calculated_temp);5、 课程总结与个人体会 嵌入式开发是自动化专业的主要课程之一，现实生活中，嵌入式在应用可以说得是无处不在。因此在大学中掌握嵌入式的开发技术是十分重要的，也是十分必要的。 本次使用基于Cortex-M3内核的32位ARM处理器stm32作为主控制器，设计了一种温度测控系统。系统中，使用了ADC、DMA、温度传感器、USART、GPIO、定时器、NVIC等资源，实践了课上所学的内容，深深体会到了应用的重要性。在课程设计的过程中，为了减小干扰的影响，数据采集后，平均算法进行温度输出。并利用串口设计了简单的交互系统，虽然没有使用上位机，但也达到了比较好的效果。通过本次课程设计，着实经历到了很多想象不到的困难，自己的一些想法也不够成熟，最后还是参考了别人的解决方案，这让我深深认识到在嵌入式开发这条路上，与别人交流学习是提升自己的非常有效的方式。在设计串口设定时间的程序时，我最开始的想法是通过USART的中断进行输入字符的识别，从而分别设定时间以及温度上下限，可是经过自己的冥思苦想还是想不出来，怎么都实现不了。无奈之下，我只好去隔壁寝室的大神那里虚心求教，在参考了他的程序之后我恍然大悟，选择了在循环之外先按顺序读取字符串的方法，顺利解决了我的问题，让我深深认识到了交流的重要性，在自己的想法不够完善时，多多了解些别人的算法对提升自己是有很大帮助的。由于之前没有完整开发一个有较多功能系统的经历，在本次做课程设计的过程中，走了不少的弯路，也学到很多课本上没有的知识。使用库开发Stm32时，非常注重模块化的概念，不光是很多片上资源使用库文件来进行封装，自己在编写一些函数时也应该学会进行封装，其中又涉及到c语言很多之前没太注意到的地方，在开发过程中着实让我吃了不少苦头，不过幸运的是同学的指导下，我一点点解决了那些疑惑的地方，更加深入了理解了一个工程的整体结构，对模块化的思想印象深刻。这对我以后的开发将起到巨大的作用。 总之，本次的嵌入式课程设计让我收获了很多，不仅仅学习到了很多课本和课堂上学不到的东西，更重要的是学习到了库开发的思想，以及体会到了交流的重要性，同时也感谢老师这一学期来的认真授课，严谨的答疑解惑，让我认识到理论知识对开发潜移默化的作用。20