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嵌入式(共34篇)
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【转载】Libero SOC Debug教程-片上逻辑分析仪IDENTIFY
本文转载于https://blog.csdn.net/whik1194/article/details/107074187 FPGA在线调试 关于MICROSEMI片上逻辑分析仪 FPGA片上逻辑分析仪原理 预期效果 0.准备一个创建好的LIBERO工程 1.新建IDENTIFY工程，并添加想要监测的信号 2.管脚分配，编译下载 3.设置触发类型 4.IICE逻辑分析仪核资源占用 原文： 参考： FPGA在线调试 对于嵌入式系统来说，如单片机，进行硬件级程序调试时，通常采用的是JLink/ST-Link调试器，在线调试的方式来获取程序实时运行的状态，可以观察程序运行流程、各种变量的值、中断的触发情况，还可以设置断点、单步运行，方便快速的发现BUG，解决问题。 但是对于FPGA来说，并不是顺序执行的，而是根据每一个Clk并行执行，所以我们不能使用调试器进行单步调试。 FPGA调试需要观察内部信号的值，各个信号之间的时序关系，所以使用逻辑分析仪是最好的调试方式了。 有些FPGA工程，对外的接口，即输入输出，可能只有几个，但是他们之间的逻辑和时序关系非常复杂，所以内部有几十个中间寄存器，程序下载进去了，发现不是我们想要的效果，怎么办？你可能会说，查代码吧！如果这个工程非常简单，你可能只需要耗费几分钟或者几个小时就可以定位代码的问题所在。 但是如果这是一个非常庞大的工程，内部的中间寄存器、信号，几百上千个，各个模块单独软件仿真都正常，整体仿真也正常，就是下载到实际的芯片中运行不正常。你如何进行问题定位？如果再去进行代码审查，这将会消耗非常多的时间。那么如果能在FPGA芯片内部装上一个逻辑分析仪，那不就直接可以看到内部信号的值了，而且还可以看到各个信号之间的时序关系。需求推动技术发展，既然开发者有这个需求，那么FPGA厂商肯定会实现这个功能！下面来一起看一下Microsemi FPGA片上逻辑分析仪的使用方法吧！ 关于MICROSEMI片上逻辑分析仪 几大厂商的片上逻辑分析仪： Xilinx厂商ISE开发环境下的ChipScope工具 Altera厂商Quartus开发环境下的SignalTap工具 Lattice厂商Diamod开发环境下的Reveal工具 对于 FPGA 工程师来说，这些都是很熟悉的名字。和以上几大FPGA厂商一样，Microsemi Libero也支持片上逻辑分析仪工具，只不过不是自己家研发的，使用的是Synospsy公司出品的Identify工具，其实，Libero中的综合器synplify也是Synospsy公司的。 根据Synospsy官网的描述：Identify RTL 调试仪，这个调试工具除了支持Microsemi的FPGA产品外，还支持Altera和Xilinx的FPGA产品。 FPGA片上逻辑分析仪原理 Identify片上逻辑分析仪的原理，是通过在FPGA工程中加入一个IICE逻辑分析仪IP核，这个IP核，由控制器和采集器组成，采集器用于采集信号，控制器用于和JTAG调试器连接，并把数据发送到上位机，IICE内部有RAM空间，用于存储触发位置附近的信号，RAM空间的大小，即采样深度，可以自己调整。FPGA工程中加入IICE核，会占用一定的资源，资源占用的大小取决于：采样深度，采样信号的个数，采样信号的触发方式等。 所以综上，FPGA片上逻辑分析仪需要3个组件：片上的IICE逻辑分析仪核、JTAG下载器、上位机。 pC5Uq6e.png图片 JTAG下载器也就是我们下载程序时使用的FlashPro x下载器，上位机软件也就是Identify工具，这个工具已经在安装Libero SoC时一同安装并注册**了。所以不需要安装其他的工具软件，只需要在已经设计好的FPGA公司中，配置一下IIC逻辑分析仪核就可以了。 在已经创建好的Libero工程中，加入IICE逻辑分析仪核，并演示Identify工具的使用。 预期效果 以Microsemi SmartFusion系列的A2F200M3F芯片为例，其他芯片使用操作方法类似。示例工程功能：led每隔10个clk翻转一次为例，演示identify的使用。 identify添加完成之后，把led设置为上升沿触发，会抓取到类似如下的波形。 pChB2qJ.png图片 0.准备一个创建好的LIBERO工程 这里以LED每隔10个时钟周期翻转为例。HDL文件内容： module led_demo( //inputs input clk, input rst_n, //outputs output reg led ); reg [3:0] cnt; always @ (posedge clk) begin if(!rst_n) cnt <= 0; else if(cnt == 10) /* max=10, 0-10 */ cnt <= 0; else cnt <= cnt + 1; end always @ (posedge clk) begin if(!rst_n) led <= 0; else if(cnt == 10) led <= ~led; end endmodule1.新建IDENTIFY工程，并添加想要监测的信号 1.0 先运行Synthesize 1.1 在Synthesize上右键，选择Open Interactively pChr5jO.png图片 1.2 在Synthesis上右键新建一个Identify工程 pChrTDe.png图片 1.3 输入新建的identify工程的名称和保存路径，选择默认的就行。 pChrqUA.png图片 1.4 在新建的identify工程上右键选择identify instrumentor pChsSKS.png图片 1.5 在HDL文件中选择要监测的信号和采样时钟，采样时钟选择Sample Clock，作为触发的信号选择Trigger Only，要监测的信号选择Sample Only，也可以选择Sample and Trigger，这样会占用更多的资源。 pChsG26.png图片 pChsNrD.png图片 设置完成的信号会有标注 pChsgsS.png图片 sample clock 表示采样时钟，所有在 IICE 中添加的信号都会在 sample clock 的边沿进行采样，设为 sample clock 的信号前会出现一个时钟状的图标。 设置为 sample 和 trigger 的信号都将作为被采样信号，区别在于 sample 信号只能被采样，而 trigger 信号可以作为触发采集的条件，当然你可以把一个信号同时设置为 sample 和 trigger 。 1.6 设置采样深度，选择Instrumentor->IICE pChsWZQ.png图片 采样深度最大支持1048576 pChsfaj.png图片 输入采样深度，数值越大，采样时间越长，相应的FPGA资源占用也越多。 pChsqLF.png图片 1.7 选择Run->Run pChsOZ4.png图片 或者直接点击主界面的Run按钮 pChsjo9.png图片 1.8 编译完成之后，保存退出。 pChsxiR.png图片 2.管脚分配，编译下载 2.1 和正常流程一样，管脚分配，编译下载。可以看到JTAG部分的管脚已经被IICE逻辑分析仪核使用了 pChyiLD.png图片 2.2 在Identify Debug Design上右键，选择Open Interactively，打开identify工具 pChymWt.png图片 3.设置触发类型 3.1 选择要触发的信号，和触发类型，这里我选择的是led，上升沿触发。 pChyYYn.png图片 3.2 连接FlashPro下载器，点击小人图标，启动抓取，满足触发条件自动停止。 pChy6YR.png图片 D:/identify_demo/synthesis$ run -iice {IICE} INFO: run -iice IICE INFO: Info: Attempting to connect to: usb Info: Type: FlashPro4 Info: ID: 08152 Info: Connection: usb2.0 Info: Revision: UndefRev INFO: Checking communication with the Microsemi_BuiltinJTAG cable and the hardware INFO: The hardware is responding correctly INFO: Auto-detecting the device chain INFO: Device at chain position 1 is "A2F200M3F" INFO: IICE 'IICE' configured, waiting for trigger INFO: IICE 'IICE' Trigger detected, downloading samples INFO: notify -notify INFO: waveform viewer INFO: waveform viewer INFO: write vcd -iice IICE -comment {Identify created VCD dump} -gtkwave -noequiv IICE.vcd D:/identify_demo/synthesis$ 3.3 右侧黄色的显示就是触发瞬间时信号的值。右键可以改变数据格式。 pChyO6f.png图片 3.4 选择Debugger preferences可以设置采样时钟的周期，用于后面波形的时间测量 pChyz7Q.png图片 3.5 设置采样时钟的周期 pCh6Chn.png图片 3.6 点击波形按钮，在GTKWave中打开抓取到的波形。 pCh6kcV.png图片 3.7 可以按住左键拖动测量时间差 pCh6uN9.png图片 3.8 还可以给每个通道设置不同的颜色，和显示方式。 pCh6Q91.png图片 4.IICE逻辑分析仪核资源占用 IICE逻辑分析仪核占用的主要是逻辑资源和RAM资源，可以看到资源占用还是很多的。 图片 图片 原文： https://blog.csdn.net/whik1194/article/details/107074187 参考： https://zhuanlan.zhihu.com/p/88314552 https://www.synopsys.com/zh-cn/implementation-and-signoff/fpga-based-design/identify-rtl-debugger.html http://training.eeworld.com.cn/video/1059 https://www.microsemi.com/document-portal/doc_view/132760-synopsys-identify-me-h-2013-03m-sp1-user-guide
嵌入式＆系统
FPGA&ASIC
# ASIC/FPGA
# 嵌入式
刘航宇
3年前
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2023-06-20
Microsemi Libero SOC常见问题-FPGA全局网络的设置
问题描述 最近在一个FPGA工程中分配rst_n引脚时，发现rst_n引脚类型为CLKBUF，而不是常用的INBUF，在分配完引脚commit检查报错，提示需要连接到全局网络引脚上。 Running Global Checker... Error:PLC002:No legal assignment exists for global net rst.n_c. Info:Uhlocking the driver or removing the region constraint for net rst nc may help to satisfy Error:PLC005:Automat ic global net placement failed. 尝试忽略这个错误，直接进行编译，在布局布线时又报错。 Error: PLC002: No legal assignment exists for global net rst_n_c. Error: PLC005: Automatic global net placement failed. Error: Failure when executing Tcl script. [ Line 18 ] 尝试取消引脚锁定LOCK，再次commit检查成功，编译下载正常，但是功能不对，再次打开引脚分配界面，发现是rst_n对应的引脚并不是我设置的那个，看来是CLKBUF的原因。 问题分析 网络上搜索一些资料后，发现是在一些工程中会出现这个问题，如果rst_n信号连接了许多IP核，和很多自己写的模块，这样rst_n就需要很强的驱动能力，即扇出能力(Fan Out)，而且布线会很长，所以在分配管脚时，IDE自动添加了CLKBUF，来提供更大的驱动能力和更小的延时。那么什么是FPGA的全局时钟网络资源呢？ FPGA全局布线资源简介 我们知道FPGA的资源主要由以下几部分组成： 可编程输入输出单元（IOB） 基本可编程逻辑单元（CLB） 数字时钟管理模块（DCM） 嵌入块式RAM（BRAM） 丰富的布线资源 内嵌专用硬件 模块。 我们重点介绍布线资源，FPGA中布线的长度和工艺决定着信号在的驱动能力和传输速度。FPGA的布线资源可大概分为4类： 全局布线资源：芯片内部全局时钟和全局复位/置位的布线 长线资源：完成芯片Bank间的高速信号和第二全局时钟信号的布线 短线资源：完成基本逻辑单元之间的逻辑互连和布线 分布式布线资源：用于专有时钟、复位等控制信号线。 一般设计中，我们不需要直接参与布线资源的分配，IDE中的布局布线器（Place and Route）可以根据输入逻辑网表的拓扑结构，和用户设定的约束条件来自动的选择布线资源。 其中全局布线资源具有最强的驱动能力和最小的延时，但是只能限制在全局管脚上，厂商会特殊设计这部分资源，如Xilinx FPGA中的全局时钟资源一般使用全铜层工艺实现，并设计了专门时钟缓冲和驱动结构，从而使全局时钟到达芯片内部的所有可配置逻辑单元（CLB）、I/O单元（IOB）和选择性块RAM（Block Select ROM）的时延和抖动都为最小。 一般全局布线资源都是针对输入信号来说的，如果IDE自动把rst_n引脚优化为了全局网络，而硬件电路设计上却把rst_n分配到了普通管脚上，那么就很麻烦了，要么牺牲全局网络的优势，手动将全局网络改为普通网络，要么为了利用全局网络的优势，修改电路，重新分配硬件引脚。所以如果一些关键的信号确定了，如时钟、复位等，产品迭代修改电路时，不要轻易调整这些关键引脚。 Microsemi FPGA的全局布线资源 Microsemi FPGA的全局时钟管脚编号，我们可以通过官方Datasheet来找到，在手册中关于全局IO的命名规则上，有如下介绍： 即只有管脚名称为GFA0/1/2，GFB0/1/2，GFC0/1/2，GCA0/1/2，GCB0/1/2，GCC0/1/2（共18个）才支持全局网络分配，而且，如果使用了GFA0引脚作为全局输入引脚，那么GFA1和GFA2都不能再作为全局网络了，其他GFC等同理，这一点在设计电路时要特别注意。 对于Microsemi SmartFusion系列FPGA芯片A2F200M3F-PQ208来说，只有7个，分别是：GFA0-15、GFA1-14、GFA2-13、GCA0-145、GCA1-146、GCC2-151、GCA2-153，引脚分配如下图所示： 所以在设计A2F200M3F-PQ208硬件电路时，时钟和复位信号尽量分配在这些管脚上，以获得硬件性能的最大效率。 这些全局引脚的延时时间都是非常小的，具体的时间参数可以从数据手册上获得。 全局网络改为普通输入 像文章开头介绍的情况，IDE自动把rst_n设置为全局网络，而实际硬件却不是全局引脚，应该怎么修改为普通输入呢？即CLKBUF改为普通的INBUF？网络上zlg的教程中使用的是版本较低的Libero IDE 8.0，新版的Libero SoC改动非常大，文中介绍的修改sdc文件的方法已经不能使用了，这里提供新的修改方法——调用INBUF IP Core的方式。 这里官方已经考虑到了，在官方提供的INBUF IP Core可以把CLKBUF改为INBUF。 在Catalog搜索框中输入：INBUF，可以看到这里也提供了LVDS信号专用的IP Core。 拖动到SmartDesign中进行连接 或者在源文件中直接例化的方式调用INBUF Core： INBUF INBUF_0( // Inputs .PAD ( rst_n ), // Outputs .Y ( rst_n_Y ) );这两种方法都是一样的。添加完成之后，再进行管脚分配，可以看到rst_n已经是普通的INBUF类型了，可以进行普通管脚的分配，而且commit检查也是没有错误的。 普通输入上全局网络 如果布局布线器没有把我们要的信号上全局网络，如本工程的CLK信号，IDE自动生成的是INBUF类型，我们想让他变成CLKBUF，即全局网络，来获取最大的驱动能力和最小的延时。那么应该怎么办呢？ 这里同样要使用到一个IP Core，和INBUF类似，这个IP Core的名称是CLKBUF，同样是在Catalog目录中搜索：CLKBUF，可以看到有CLKBUF开头的很多Core，这里同样也提供了LVDS信号专用的IP Core。 可以直接拖动Core到SmartDesign图形编辑窗口： 或者是在源文件中以直接例化的方式调用： CLKBUF CLKBUF_0( // Inputs .PAD ( CLKA ), // Outputs .Y ( CLKA_Y ) );这两种方式都是一样的，添加完成之后，再进行管脚分配，可以看到CLKA已经是全局网络了，只能分配在全局管脚上。 总结 对于不同厂家的FPGA，让某个信号上全局网络的方法都不尽相同，如Xilinx的FPGA是通过BUFG Core来让信号上全局网络，而且还有带使能端的全局缓冲 BUFGCE ， BUFGMUX 的应用更为灵活，有2个输入，可通过选择端选择输出哪一个。所以，信号的全局缓冲设置要根据不同厂商Core的不同来使用。
嵌入式＆系统
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IP&SOC设计
# 嵌入式
刘航宇
3年前
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Microsemi Libero SOC使用示例—建立点灯工程
嵌入式开发中的Hello World，点灯是再也基础不过的实验了，通过点灯实验，可以了解芯片GPIO的控制和开发环境IDE新建工程的流程，对于FPGA来说，每个IO口几乎一样，所以本篇文章主要学习一下如何基于Microsemi Libero集成开发环境建立一个示例工程，让一个LED以500ms的频率闪烁，以Microsemi SmartFusion系列FPGA——A2F200M3F为例，Microsemi其他系列FPGA芯片过程类似。 准备工作软件准备： 硬件准备： 新建工程的主要步骤1.新建工程 2.添加设计文件 3.仿真验证 4.管脚分配 5.程序下载 Microsemi FPGA的Flash结构 准备工作 工欲利其事，必先利其器，充分的准备工作很有必要。 软件准备： Microsemi Libero SoC集成开发环境，并已经成功注册，软件版本推荐V11.8或更高版本。 硬件准备： Microsemi FPGA开发板，主控芯片A2F200M3F-PQ208，其他型号芯片类似。 Flash Pro 4或Flash Pro5下载器，用于给FPGA芯片下载程序和调试。 新建工程的主要步骤 新建工程，选择芯片型号等 新建设计，使用Verilog编写点灯模块。 仿真验证，对编写的点灯模块进行时序仿真，来验证是否满足设计需求。 综合、管脚分配、布局、布线。 生成程序文件，连接开发板，使用FlashPro下载程序到芯片内，观察现象是否和设计的一致。 1.新建工程 和大多数IDE一样，选择Project -> New Project，新建一个工程。 image.png图片 输入工程名称LED_Blink，选择工程存放的路径，工程名称和路径不要有中文字符和空格，选择源文件的类型Verilog或者VHDL。 image.png图片 选择芯片型号，这里选择Microsemi SmartFusion系列下的A2F200M3F芯片，PQ208封装，把鼠标放在所选芯片上，可以查看芯片的详细参数：封装、速度等级、温度范围，内核电压、Flash ROM大小、用户IO数目、RAM大小、Flash ROM大小，ARM Cortex-M3 SoC的外设配置等详细的参数。 图片 选择IO的电平标准，不同的电平标准，高低电平的电压范围是不同的，这里选择默认的LVTTL。 图片 是否创建MSS模块，MSS里有PLL和ARM Cortex-M3的使用，以后用到PLL和ARM核时再添加，这里先不选择，以后需要也可以再创建。 图片 是否导入已经存在的HDL文件，如果已经有一些写好的模块，可以在这里直接导入。 图片 是否导入已经存在的管脚约束文件，这里选择不添加，我们会在后面通过图形化工具来指定管脚。 图片 到这里，工程就创建完成了，然后会在存储路径下生成一个和工程名称一样的文件夹，工程相关的所以文件都存放在这里。主要包括以下几个文件夹： 图片 具体每个文件夹存放的是什么文件，我们在以后的文章再详细介绍。以上的工程配置在创建完工程之后，也可以再次更改，可以通过Project->Project Setting查看或更改配置： 图片 或者通过点击如下图标来进入配置界面： 图片 弹出如下窗口，和新建工程是一样的，可以更改FPGA的型号，但只限于同一个系列内。 2.添加设计文件 Microsemi Libero开发环境支持HDL方式和SmarDesign方式来创建设计，HDL方式支持VerilogHDL和VHDL两种硬件描述语言，而SmartDesign方式和Xilinx的Schematic原理图方式是一样的，是通过图形化的方式来对各个模块之间的连接方式进行编辑，两种方式都可以完成设计。由于本实验功能简单，所以以使用Verilog文件为例。 创建Verilog文件 创建Verilog文件有多种方式，可以直接双击左侧菜单中的Create Design->Create HDL 图片 或者点击File->New->HDL，这两种方式都可以创建一个Verilog设计文件，这里选择Verilog文件。 图片 输入模块名称：led_driver，不用添加.v后缀名，Libero软件会自动添加。 源代码： module led_driver( //input input clk, //clk=2MHz input rst_n, //0=reset //output output reg led ); parameter T_500MS = 999999; //1M reg [31:0] cnt; always @ (posedge clk) begin if(!rst_n) cnt <= 32'b0; else if(cnt >= T_500MS) cnt <= 32'b0; else //cnt < T_500MS cnt <= cnt + 32'b1; end always @ (posedge clk) begin if(!rst_n) led <= 1'b1; else if(cnt >= T_500MS) led <= ~led; end endmodule可以看到，代码非常的简单，定义一个计数器，系统时钟为2MHz=500ns，500ms=1M个时钟周期，当计数到500ms时，LED翻转闪烁。 3.仿真验证 编写完成，之后，点击对号进行语法检查，如果没有语法错误就可以进行时序仿真了。 新建Testbench文件 底部切换到Design Hierarchy选项卡，在led模块上右键选择Create Testbechch创建仿真文件，选择HDL格式。 图片 给创建的testbench文件名一般为模块名后加_tb，这里为：led_driver_tb，因为我们的板子外部晶体为2M，所以这里系统时钟周期为500ns，这个也可以在文件中更改。 图片 点击OK之后，可以看到，Libero软件已经为我们生成了一些基本代码，包括输入端口的定义，系统时钟的产生，输入信号的初始化等等。我们只需要再增加几行即可。 `timescale 1ns/100ps module led_driver_tb; parameter SYSCLK_PERIOD = 500;// 2MHZ reg SYSCLK; reg NSYSRESET; wire led; //add output reg initial begin SYSCLK = 1'b0; NSYSRESET = 1'b0; end initial begin #(SYSCLK_PERIOD * 10 ) NSYSRESET = 1'b0; //add system reset #(SYSCLK_PERIOD * 100 ) NSYSRESET = 1'b1; //add system set end always @(SYSCLK) //generate system clock #(SYSCLK_PERIOD / 2.0) SYSCLK <= !SYSCLK; led_driver led_driver_0 ( // Inputs .clk(SYSCLK), .rst_n(NSYSRESET), // Outputs .led(led ) //add port // Inouts ); endmodule仿真代码也非常简单，输入信号初始化，NSYSRESET在10个时钟周期之后拉低，100个时钟周期之后拉高。 使用ModelSim进行时序仿真 仿真代码语法检查无误后，可以进行ModelSim自动仿真，在安装Libero时，已经默认安装了ModelSim仿真软件，并和Libero进行了关联。直接双击Simulate，Libero会自动打开ModelSim。 图片 可以看到输入输出信号，已经为我们添加好了： 图片 先点击复位按钮，复位系统，然后设置要运行的时间，由于设计的是500ms闪烁一次，这里我们先运行2s，即2000ms，在ModelSim中2秒已经算是很长的时间了，然后点击时间右边的运行按钮，耐心等待，停止之后就会看到led按500ms变化一次的波形了，如下图所示，可以再添加一个cnt信号到波形观察窗口，可以看到cnt周期性的变化。 图片 使用2个光标的精确测量，可以看出，led每隔500ms翻转一次，说明程序功能是正确的。 4.管脚分配 与STM32等MCU不同，FPGA的引脚配置非常灵活，如STM32只有固定的几个引脚才能作为定时器PWM输出，而FPGA通过管脚分配可以设置任意一个IO口输出PWM，而且使用起来非常灵活，这也是FPGA和MCU的一个区别，当然其他的功能，如串口外设，SPI外设等等，都可以根据需要自己用HDL代码来实现，非常方便。 时序仿真正常之后，就可以进行管脚分配了，即把模块的输入输出端口，真正的分配到芯片实际的引脚上，毕竟我们的代码是要运行在真正的芯片上的。 打开引脚配置图形化界面 双击Create/Edit I/O Attributes，打开图形化配置界面，在打开之前，Libero会先进行综合(Synthesize)、编译(Complie)，当都运行通过时，才会打开配置界面。 图片 分配管脚 管脚可视化配置工具使用起来非常简单：引脚号指定、IO的电平标准，内部上下拉等等，非常直观。把时钟、复位、LED这些管脚分配到开发板原理图中对应的引脚，在分配完成之后，可以点击左上角的commit and check进行检查。 图片 在分配完成之后，为了以后方便查看已经分配的引脚，可以导出一个pdc引脚约束文件，选择Designer窗口下的File->Export->Constraint File，会导出一个led_driver.pdc文件，保存在工程目录下的constraint文件夹。 图片 一些特殊管脚的处理 SmartFusion系列的FPGA芯片，在分配个别引脚，如35-39、43-47这些引脚时，直接不能分配，这些引脚属于MSS_FIO特殊引脚，具体怎么配置为通用IO，可以查看下一篇文章。而新一代的SmartFusion 2系列的FPGA芯片则没有这种情况。 5.程序下载 管脚分配完成之后，连接FlashPro下载器和开发板的JTAG接口，关闭Designer窗口，选择Program Device，耐心等待几分钟，如果连接正常，会在右侧输出编程信息：擦除、验证、编程等操作，下载完成之后，就会看到板子上的LED闪烁起来了。 Microsemi FPGA的Flash结构 和Altera、Xilinx不同，Microsemi FPGA在下载程序时，并不是下载程序到SPI Flash，而是直接下载到FPGA内部的。目前，FPGA 市场占有率最高的两大公司Xilinx和Altera 生产的 FPGA 都是基于 SRAM 工艺的，需要在使用时外接一个片外存储器以保存程序。上电时，FPGA 将外部存储器中的数据读入片内 RAM，完成配置后，进入工作状态；掉电后 FPGA 恢复为白片，内部逻辑消失。这样 FPGA 不仅能反复使用，还无需专门的 FPGA编程器，只需通用的 EPROM、PROM 编程器即可。而Microsemi的SmartFusion、SmartFusion2、ProASICS3、ProASIC3E系列基于Flash结构，具备反复擦写和掉电后内容非易失性， 因此基于Flash结构的FPGA同时具备了SRAM结构的灵活性和反熔丝结构的可靠性，这种技术是最近几年发展起来的新型FPGA实现工艺，目前实现的成本还偏高，没有得到大规模的应用。 示例工程下载 基于Libero V11.8.2.4的工程下载： LED_Blink.rar 下载地址：https://wcc-blog.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/Libero/Libero-2/LED_Blink.rar 提取码：
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刘航宇
3年前
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2022-04-20
HAL库开发stm32 DHT11传感器
目录 现象 dht11.h dht11.c main.c添加 PB1引脚设置output即可，不想用PB1，修改引脚办法，修改dht11.c文件中的所有端口和引脚 现象 图片 dht11.h #ifndef __HT11_H_ #define __HT11_H_ #include "main.h" #include "stm32f1xx_hal.h" //函数原型 //void delay_us(uint8_t); //微妙延时函数，启用了一个定时器。因为DHT11通讯过程涉及微妙延时 void GPIO_Input(void); //GPIO 状态转变的函数 CUBEMX默认的GPIO初始化我只开启了相关总线的使能 //把GPIO状态（输入 输出）封装成了两个函数 void GPIO_Output(void); void DHT11_Rst(void); //主机开始采集的信号 uint8_t DHT11_Check(void); //检查DHT是否回应 uint8_t DHT11_Init(void); //初始化函数 uint8_t DHT11_ReadBit(void); //读取一位 uint8_t DHT11_ReadByte(void); //读取一个字节 uint8_t DHT11_ReadData(uint8_t *); //读取数据（40个位） #endif dht11.c #include "dht11.h" #define CPU_FREQUENCY_MHZ 72 // CPU主频，根据实际进行修改 static void delay_us(uint32_t delay) { int last, curr, val; int temp; while (delay != 0) { temp = delay > 900 ? 900 : delay; last = SysTick->VAL; curr = last - CPU_FREQUENCY_MHZ * temp; if (curr >= 0) { do { val = SysTick->VAL; } while ((val < last) && (val >= curr)); } else { curr += CPU_FREQUENCY_MHZ * 1000; do { val = SysTick->VAL; } while ((val <= last) || (val > curr)); } delay -= temp; } } void GPIO_Input(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; /*Configure GPIO pin : PB1 */ GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct); } void GPIO_Output(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; /*Configure GPIO pin : PB1 */ GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW; HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct); } void DHT11_Rst(void) //主机开始信号 { GPIO_Output(); HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_RESET); HAL_Delay(20); HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_SET); delay_us(30); } uint8_t DHT11_Check(void) { uint8_t retry = 0; GPIO_Input(); while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_1) && retry <100) //等待回应拉位低电平 { retry++; delay_us(1); } if(retry >= 100)return 1;else retry = 0; //当变量值大于100 返回1 说明无响应 返回 0 则为正确响应 while(!HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_1) && retry <100) //等待变为高电平 { retry++; delay_us(1); } if(retry >= 100)return 1; return 0; } uint8_t DHT11_Init(void) { DHT11_Rst(); return DHT11_Check(); } uint8_t DHT11_ReadBit(void) //读取一个位 { uint8_t retry = 0; while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_1) && retry <100) //等待变为低电平 { retry++; delay_us(1); } retry = 0; while(!HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_1) && retry <100) //等待变为高电平 { retry++; delay_us(1); } delay_us(40); //40us 后如果为低电平 数据为0 高电平数据为1 if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_1))return 1;else return 0; } uint8_t DHT11_ReadByte(void) //读取一个字节 返回值位采集值 { uint8_t i,dat; dat = 0; for(i = 0;i < 8;i++) { dat <<= 1; //数据左移一位 dat |= DHT11_ReadBit(); //每读取到一个位 放到dat的最后一位 } return dat; } uint8_t DHT11_ReadData(uint8_t *h) { uint8_t buf[5]; uint8_t i; DHT11_Rst(); if(DHT11_Check() == 0){ for(i = 0;i < 5;i++) { buf[i] = DHT11_ReadByte(); } if(buf[0] + buf[1] + buf[2] + buf[3] == buf[4]) { *h = buf[0]; h++; *h = buf[2]; } }else return 1; return 0; } main.c添加 //你自己要完成OLED显示出温度湿度哈，这个我就不写代码了，不然真的是再喂饭了呜呜 #include "dht11.h" //引入头文件 #include "stdio.h" uint8_t data[2]; //定义一个数据数组 uint8_t buff1[]="dht11 ok\r\n"; uint8_t buff2[]="dht11 error"; uint8_t str_buff[64]; //int main 死循环外面 if(DHT11_Init() == 0) { //这里显示了“温度”“湿度等字符” HAL_UART_Transmit(&huart1,buff1,sizeof(buff1),10000); } else{ //OLED_ShowStr(0,0,"DHT11 error!",1); HAL_UART_Transmit(&huart1,buff2,sizeof(buff2),10000); } HAL_Delay(1000); while (1) { if(DHT11_ReadData(data) == 0) { //显示相关数据 sprintf((char *)str_buff,"温度%d%d;湿度%d%d\r\n",data[0] /10 ,data[0] %10,data[1] /10,data[1] /10); HAL_UART_Transmit(&huart1,str_buff,sizeof(str_buff),10000); } HAL_Delay(1000); //DHT11每次采集一定要间隔1s //你自己要完成OLED显示出温度湿度哈，这个我就不写代码了，不然真的是再喂饭了呜呜！ }
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刘航宇
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2022-01-31
【10】基于STM32CubeMX-STM32ADC与OLED开发
目录 实训案例：ADC与OLED综合训练 实训案例：ADC与OLED综合训练 在XMF07A或XMF07C开发板上，利用STM32CubeMX和Keil5协同开发，完成以下的功能： 【1】 上电开机后，首选在OLED上显示“强国图志”图片，然后让LED1与LED2依次点亮，然后熄灭，进行灯光检测。灯光检测结束后，OLED切换至数据显示界面，分3行： 第1行显示：“ sciarm.com ” 第2行显示：“采样值：” 第3行显示：“电压值：” 【2】在主程序中，采用查询的方式，每隔0.3秒对ADC_IN0通道的光敏传感器进行一次电压数据采集，并将采样到的12位数据换算成对应的实际电压值。LED1作为A/D采样指示灯，每采样一次闪烁一下。 【3】每进行完一次光敏传感器的数据采样和电压换算后，将其结果更新到OLED显示屏中相应的位置。如果光敏传感器的电压值小于1.3V，则将LED2灯点亮，反之，将LED2灯关闭。 图片 //首先需要进行OLED的底层驱动函数移植，生成相应的文字和图片数据 /* USER CODE BEGIN Includes */ //====引入OLED底层驱动的头文件======== #include "XMF_OLED_STM32Cube.h" #include "stdio.h" /* USER CODE END Includes */extern unsigned char BMP1[]; #define LED1_ON() HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_SET) #define LED2_ON() HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_SET) #define LED1_OFF() HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_RESET) #define LED2_OFF() HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_RESET) uint16_t ADC0_Value = 0; uint16_t ADC_Volt = 0; uint8_t str_buff[64];//LED灯流水点亮检测 void LED_Check() { LED1_ON(); HAL_Delay(500); LED2_ON(); HAL_Delay(500); LED1_OFF(); HAL_Delay(500); LED2_OFF(); HAL_Delay(500); }//显示开机LOGO图片 void OLED_display_pic() { OLED_Clear(); OLED_DrawBMP(0,0,128,8,BMP1); }//显示数据显示界面 void OLED_display_info() { OLED_Clear(); OLED_ShowString(6,0,(uint8_t *)"sciarm.com"); HAL_Delay(200); OLED_ShowCHinese(0,3,24); OLED_ShowCHinese(18,3,25); OLED_ShowCHinese(36,3,26); OLED_ShowString(54,3,(uint8_t *)":"); HAL_Delay(200); OLED_ShowCHinese(0,6,16); OLED_ShowCHinese(18,6,17); OLED_ShowCHinese(36,6,26); OLED_ShowString(54,6,(uint8_t *)":"); HAL_Delay(200); }//更新ADC采样数据与换算结果 void OLED_display_dat() { sprintf((char*)str_buff, "%4d", ADC0_Value); OLED_ShowString(64,3,(uint8_t *)str_buff); sprintf((char*)str_buff, "%d.%d%dV", ADC_Volt/100, (ADC_Volt%100/10), ADC_Volt%10); OLED_ShowString(64,6,(uint8_t *)str_buff); }//ADC采样过程与灯光自动控制 void Get_ADC0_Value() { HAL_ADC_Start(&hadc1); if(HAL_OK == HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 30)) { ADC0_Value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); ADC_Volt = ADC0_Value * 330 / 4096; if(ADC_Volt < 130) { LED2_ON(); } else { LED2_OFF(); } } HAL_ADC_Stop(&hadc1); }/* USER CODE BEGIN 2 */ OLED_Init(); //初始化OLED OLED_display_pic(); //显示开机LOGO图片 LED_Check(); //灯光检测 OLED_display_info(); //显示数据界面 /* USER CODE END 2 */ /* Infinite loop */ /* USER CODE BEGIN WHILE */ while (1) { LED1_ON(); //ADC采样指示灯点亮 Get_ADC0_Value(); //进行一次ADC采样及逻辑处理 OLED_display_dat(); //更新OLED中的采样数据 HAL_Delay(200); //延时0.2秒 LED1_OFF(); //ADC采样指示灯关闭 /* USER CODE END WHILE */ /* USER CODE BEGIN 3 */ } /* USER CODE END 3 */
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刘航宇
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2022-01-29
【9】基于STM32CubeMX-STM32OLED开发
目录 必备文件 关于OLED的概述 OLED开发相关资源下载 基于STM32CubeMX的OLED底层驱动函数移植 OLED驱动库中常用的函数 实训案例：STM32控制OLED显示 必备文件 必备文件 见文章末尾 关于OLED的概述 OLED：Organic Light-Emitting Display，有机发光显示。 OLED具备自发光、厚度薄、视角广、功耗低、对比度高、响应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及其制作过程较简单等优异特性，并认为是一种比液晶显示更为先进的新一代平板显示技术。以目前的技术，OLED的尺寸还难以大型化，但是分辨率却可以做得很高。 基于STM32的OLED应用，要做那些事情： 【1】移植OLED的底层驱动函数库。 【2】准备需要的中文字符和图片等数据。 【3】调用OLED驱动库中的底层函数进行应用开发。 图片 OLED开发相关资源下载 基于STM32CubeMX的OLED屏驱动程序库（内含4个文件） 【1】XMF_OLED_STM32Cube.c：驱动程序的源文件。 【2】XMF_OLED_STM32Cube.h：驱动程序的头文件。 【3】XMF_OLED_Font.h：字库数据文件。 【4】XMF_OLED_BMP.h：图片数据文件。 基于STM32CubeMX的OLED底层驱动函数移植 【1】将4个驱动文件拷贝到工程文件中，和main.c放在同一目录，并将XMF_OLED_STM32Cube.c添加到工程代码文件中，并在main.c中引入头文件XMF_OLED_STM32Cube.h。 【2】根据所选用的芯片型号，修改XMF_OLED_STM32Cube.h头文件中所以用的芯片头文件。 【3】根据硬件电路原理图中，修改XMF_OLED_STM32Cube.h中OLED的引脚定义。 【4】查看OLED_Initvoidvoidvoid初始化函数的源码，根据电路接口和应用需要进行修改。 图片 OLED驱动库中常用的函数 void OLED_Init(void); //OLED初始化函数 void OLED_Clear(void); //OLED清屏函数//显示英文字符串函数 void OLED_ShowString(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *p); 参数1：x，起点列坐标，0～127 参数2：y，起点行坐标，0～7 参数3：*p，字符串指针 返回值：void，无。//显示中文字符函数 void OLED_ShowCHinese(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char no); 参数1：x，起点列坐标，0～127 参数2：y，起点行坐标，0～7 参数3：no，待显示中文字符在数组Hzk[][32]中的位置。 返回值：void，无。//显示图片函数 void OLED_DrawBMP( unsigned char x0, unsigned char y0,unsigned char x1,unsigned char y1,unsigned char BMP[]); 参数1：x0，起点列坐标，0～127 参数2：y0，起点行坐标，0～7 参数3：x1，图片的列范围，1～128 参数4：y1，图片的行范围，1～8 参数5：BMP[]，待显示图片数据的数组。 返回值：void，无。实训案例：STM32控制OLED显示 要点 图片 字库软件中行前后缀不需要括号 在XMF07A或XMF07C开发板上，利用STM32CubeMX和Keil5协同开发，完成以下的功能： 【1】用取字模软件生产一张图片数据，作为开机界面在OLED上显示。 【2】0.5秒后进入信息界面， 第1行显示网址“sciarm.com”， 第2行显示中文“小蜜蜂笔记”，第3行显示日期“2022-02-18”。 图片 //用取字模软件生成开机LOGO图片数据，并拷贝到XMF_OLED_BMP.h的数组中。 const unsigned char BMP1[] = { 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, //此处省略64×62个字节元素 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, };//用取字模软件生成所需中文字符数据，保持到XMF_OLED_Font.h中的Hzk[]数组。 const unsigned char Hzk[][32]={ {0x00,0x00,0x00,0xE0,0x00,0x00,0x00,0xFF,0x00,0x00,0x00,0x20,0x40,0x80,0x00,0x00}, {0x08,0x04,0x03,0x00,0x00,0x40,0x80,0x7F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x0E,0x00},/*"小",0*/ /* (16 X 16 , 宋体 )*/ {0x10,0x4C,0x24,0x04,0xF4,0x84,0x8D,0x56,0x44,0x24,0x14,0xC4,0x24,0x54,0x0C,0x00}, {0x00,0x41,0x5D,0x55,0x54,0x55,0x55,0x7F,0x55,0x55,0x55,0x55,0x7C,0xC0,0x00,0x00},/*"蜜",1*/ /* (16 X 16 , 宋体 )*/ {0x00,0xF8,0x08,0xFF,0x08,0xF8,0x80,0x90,0x4C,0x57,0xA4,0x54,0x4C,0x84,0x80,0x00}, {0x20,0x63,0x21,0x1F,0x11,0x39,0x10,0x10,0x15,0x15,0xFF,0x15,0x15,0x10,0x10,0x00},/*"蜂",2*/ /* (16 X 16 , 宋体 )*/ {0x10,0x08,0x44,0x47,0x4C,0x54,0x44,0xD4,0x28,0x27,0x24,0x2C,0x34,0x04,0x04,0x00}, {0x00,0x10,0x12,0x12,0x12,0x12,0x12,0x7F,0x89,0x89,0x89,0x89,0x89,0x88,0xF0,0x00},/*"笔",3*/ /* (16 X 16 , 宋体 )*/ {0x40,0x40,0x42,0xCC,0x00,0x00,0x00,0x84,0x84,0x84,0x84,0x84,0xFC,0x00,0x00,0x00}, {0x00,0x00,0x00,0x7F,0x20,0x10,0x00,0x3F,0x40,0x40,0x40,0x40,0x41,0x40,0x70,0x00},/*"记",4*/ /* (16 X 16 , 宋体 )*/ };extern unsigned char BMP1[]; void OLED_display_pic() { OLED_Clear(); OLED_DrawBMP(0,0,128,8,BMP1); }void OLED_display_info() { OLED_Clear(); OLED_ShowString(6,0,(uint8_t *)"sciarm.com"); OLED_ShowCHinese(10,3,0); //小 OLED_ShowCHinese(28,3,1); //蜜 OLED_ShowCHinese(46,3,2); //蜂 OLED_ShowCHinese(64,3,3); //笔 OLED_ShowCHinese(82,3,4); //记 OLED_ShowString(24,6,(uint8_t *)"2022-02-18"); }//在mian()函数中添加下面的代码： /* USER CODE BEGIN 2 */ OLED_Init(); //OLED初始化 OLED_display_pic(); //显示图片 HAL_Delay(500); //延时0.5秒 OLED_display_info(); //显示信息 /* USER CODE END 2 */必备文件
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刘航宇
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2022-01-26
【8】基于STM32CubeMX-STM32ADC开发基础
目录 STM32的ADC资源概述 ADC启动与停止相关的HAL库函数 ADC转换结果读取的HAL库函数 查询方式，阻塞式A/D转换HAL库函数 中断方式，非阻塞式A/D转换HAL库函数 实训案例：ADC单次数据采样与电压换算用查询，阻塞的方式来实现 用中断，非阻塞的方式来实现 STM32的ADC资源概述 STM32F103ZE芯片（144脚）中有ADC1、ADC2、ADC3共3个12位逐次逼近型模数转换器，具有18个测量通道，可测量16个外部和2个内部信号源（内部温度和内部参考电压）。这2个内部信号源只能连接到ADC1。 ADC的各个通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。 A/D转换结果以左对齐或右对齐的方式，存储在16位规则组或者注入组数据寄存器中。 按照A/D转换的组织形式来划分，ADC的模拟输入通道分为规则组和注入组两种。 ADC可以对一组最多16个通道按照指定的顺序逐个进行转换，这组指定的通道称为规则组。 在实际应用中，可能需要中断规则组的转换，临时对某些通道进行转换，好像这些通道注入了原来的规则组，故称注入组，最多由4个通道组成。 ADC启动与停止相关的HAL库函数 //查询，阻塞方式，启动ADC HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start(ADC_HandleTypeDef* hadc); //查询，阻塞方式，停止ADC HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Stop(ADC_HandleTypeDef* hadc); //中断，非阻塞方式，启动ADC HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Start_IT(ADC_HandleTypeDef* hadc); //中断，非阻塞方式，停止ADC HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_Stop_IT(ADC_HandleTypeDef* hadc);ADC转换结果读取的HAL库函数 uint32_t HAL_ADC_GetValue(ADC_HandleTypeDef* hadc); 参数1：hadc，ADC实例指针。 返回值：uint32_t，ADC转换结果。查询方式，阻塞式A/D转换HAL库函数 HAL_StatusTypeDef HAL_ADC_PollForConversion(ADC_HandleTypeDef* hadc, uint32_t Timeout); 参数1：hadc，ADC实例指针。 参数2：Timeout，超时时间。 返回值：HAL_StatusTypeDef，函数执行状态。应用实例：用查询的方式，进行一次A/D采样并将结果读出。 uint16_t ADC_Value = 0; //以查询的方式启动ADC HAL_ADC_Start(&hadc); //等待一次规则组的ADC转换完成，并将结果读出 if(HAL_OK == HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,10)) { ADC0_Value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); }中断方式，非阻塞式A/D转换HAL库函数 应用实例：用中断的方式，进行一次A/D采样并将结果读出。 uint16_t ADC_Value = 0; //以中断的方式启动ADC HAL_ADC_Start_IT(&hadc); //重写ADC转换完成中断回调函数 void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc) { ADC0_Value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); }实训案例：ADC单次数据采样与电压换算 在XMF07A或XMF07C开发板上，利用STM32CubeMX和Keil5协同开发，完成以下的功能： 【1】将ADC_IN0设置为12位ADC，右对齐，启用中断。 【2】分别用查询和中断这2种方式，每隔0.5秒采样一次ADC的数据。 【3】将每次读取到的ADC采样值转换为对应电压值，发送到上位机。 【4】LED1作为采样指示灯，在ADC转换过程中点亮，其余时间熄灭。 图片 要点配置 图片 图片 串口 图片 没有接收中断，不需要对NVIC进行使能 #include "stdio.h" #define LED1_ON() HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_SET) #define LED1_OFF() HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_RESET) uint16_t ADC0_Value = 0, ADC0_Volt = 0; uint8_t str_buff[64];void UR1_Send_Info() { sprintf((char *)str_buff,"采样值：%d，电压值：%d.%d%dV\r\n",ADC0_Value,ADC0_Volt/100,(ADC0_Volt%100)/10,ADC0_Volt%10); HAL_UART_Transmit(&huart1,str_buff,sizeof(str_buff),10000); }用查询，阻塞的方式来实现 void Get_ADC_Value() { HAL_ADC_Start(&hadc1); LED1_ON(); if(HAL_OK == HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,10)) { ADC0_Value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); ADC0_Volt = ADC0_Value * 330 / 4096; } UR1_Send_Info(); LED1_OFF(); HAL_ADC_Stop(&hadc1); }//在mian()函数中添加以下代码： /* Infinite loop */ /* USER CODE BEGIN WHILE */ while (1) { Get_ADC_Value(); //启动一个阻塞式的ADC转换并读取数据 // UR1_Send_Info(); //向上位机发生采样值和电压值 HAL_Delay(500); //延时0.5秒，再进行下一次ADC采样 /* USER CODE END WHILE */ /* USER CODE BEGIN 3 */ } /* USER CODE END 3 */用中断，非阻塞的方式来实现 void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc) { if(hadc->Instance == ADC1) { ADC0_Value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); //读取ADC转换结果 ADC0_Volt = ADC0_Value * 330 / 4096; //将采样值换算成电压值 UR1_Send_Info(); //向上位机发生ADC采样信息 LED1_OFF(); //关闭LED1采样指示灯 } }//在mian()函数中添加以下代码： /* Infinite loop */ /* USER CODE BEGIN WHILE */ while (1) { HAL_ADC_Start_IT(&hadc1); //启动一个非阻塞式的ADC转换并读取数据 LED1_ON(); //点亮LED1采样指示灯 HAL_Delay(500); //延时0.5秒，再进行下一次ADC采样 /* USER CODE END WHILE */ /* USER CODE BEGIN 3 */ } /* USER CODE END 3 */
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刘航宇
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【7】基于STM32CubeMX-STM32ADC模数转化基本原理
目录 模数转换器(ADC)概述 ADC的几个技术指标 剖析ADC的基本转换过程 实训案例：ADC数据采样的计算应用 模数转换器(ADC)概述 ADC：Analog-to-Digital Converter 将时间和幅值连续的模拟量转化为时间和幅值离散的数字量，A/D转换一般要经过采样、保持、量化和编码4个过程。 常用ADC：逐次逼近型、双积分型、∑-Δ型。 图片 ADC的几个技术指标 【1】量程：指ADC所能输入模拟信号的类型和电压范围，即参考电压。信号类型包括单极性和双极性。 【2】转换位数：量化过程中的量化位数n。 A/D转换后的输出结果用n位二进制数来表示。 【例】：10位ADC的输出值就是0～1023。 【3】分辨率：ADC能够分辨的模拟信号最小变化量。计算公式是，分辨率 = 量程 / 2的n次方 【例】：量程为单极性0-5V，8位ADC的分辨率是，5 / 256 = 0.0195V 【4】转换时间：ADC完成一次完整的A/D转换所需要的时间，包括采样、保持、量化、编码的全过程。 剖析ADC的基本转换过程 图片 实训案例：ADC数据采样的计算应用 有一个温度测控系统，已知温度传感器在0到100度之间为线性输出，参考电压为5V，采用8为的A/D转换器，0度的时候，测的电压为1.8伏，100度的时候，测的电压为4.3伏。 【问题1】：系统的分辨率是多少？ 【问题2】：采集到数据10010001，表示多大电压？温度是多少？ 由于温度是线性变化，先求得斜率k，得到温度和电压的关系表达式。 k = (100 – 0)/(4.3-1.8) = 40, y = 40*(x-1.8) (x为采样得到的电压) 由于采用的是8为ADC，参考电压为5V，所以分辨率为： 5 / 256 = 0.0195V = 19.5mV（最小能分辨的电压，分辨率） 0.0195 * 40 = 0.78度（最小能分辨的温度） 因为 10010001B = 91H = 145(16x9+1)， 所以 0.0195 * 145 = 2.8275V 该电压信号对应的温度是：(2.83V – 1.8V) * 40 = 41.1摄氏度
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刘航宇
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2022-01-23
【6】基于STM32CubeMX-STM32定时器与串口综合训练
目录 关于sprintf()函数的用法 实训案例：定时器与串口综合训练 关于sprintf()函数的用法 sprintf()，指的是字符串格式化函数，把格式化的数据写入某个字符串中。 int sprintf(char string, char format [,argument,…]); 引入头文件 #include “stdio.h“ 【例】：有一个表示温度的整型变量tmp，现在要将其格式化为字符串“温度是：XX摄氏度”，并将其通过串口1发送出去。 #include "stdio.h" uint8_t Str_buff[64]; sprintf((char*)Str_buff, "温度是: %d摄氏度", tmp); HAL_UART_Transmit(&huart1, Str_buff, sizeof(Str_buff), 0xFFFF);实训案例：定时器与串口综合训练 配置要点 时钟 图片 图片 外设 图片 图片 在XMF07A或XMF07C开发板上，利用STM32CubeMX和Keil5协同开发，完成以下的功能： 【1】开机后，LED1与LED2依次点亮，然后熄灭，进行灯光检测，高电平点亮LED灯。 【2】系统通过串口1向上位机发送一个字符串“=========XMF07欢迎你！==========”。 【3】LED1作为一个秒闪灯，系统向上位机发送完字符串后，开始亮0.5 秒，灭0.5秒….循环闪烁，并启动系统运行时间的记录，其时分秒格式为 “XX：XX：XX”。 【4】上位机通过一个由3个字节组成的命令帧控制LED2灯的开关。 该命令帧的格式为 “0xBF 控制字 0xFB”。 0xBF为帧头，0xFB为帧尾，控制字的定义如下： 0xA1：打开LED2，返回信息 “XX:XX:XX LED2打开。” 0xA2：关闭LED2，返回信息 “XX:XX:XX LED2关闭。” 其他：返回信息 “XX:XX:XX 这个一个错误指令！”。 #define LED1_ON() HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_SET) #define LED2_ON() HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_SET) #define LED1_OFF() HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_RESET) #define LED2_OFF() HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_RESET) #define LED1_TOG() HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_9) #define LED2_TOG() HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_8) uint8_t str1[] = "===============XMF07欢迎你！================\r\n"; uint8_t hh = 0, mm = 0, ss = 0, ss05 = 0; uint8_t str_buff[64]; uint8_t Rx_dat[16];void Ckeck_LED() { LED1_ON(); HAL_Delay(500); LED2_ON(); HAL_Delay(500); LED1_OFF(); HAL_Delay(500); LED2_OFF(); HAL_Delay(500); }void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { LED1_TOG(); ss05++; if(ss05 == 2) { ss05 = 0; ss++; if(ss == 60) { ss = 0; mm++; if(mm == 60) { mm = 0; hh++; } } } }void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) { if(huart->Instance == USART1) { if(Rx_dat[0] == 0xBF && Rx_dat[2] == 0xFB) { switch(Rx_dat[1]) { case 0xa1: LED2_ON(); sprintf((char *)str_buff,"%d:%d:%d LED2打开！\r\n",hh,mm,ss); break; case 0xa2: LED2_OFF(); sprintf((char *)str_buff,"%d:%d:%d LED2关闭！\r\n",hh,mm,ss); break; default: sprintf((char *)str_buff,"%d:%d:%d 这是一个错误的命令！\r\n",hh,mm,ss); break; } HAL_UART_Transmit(&huart1,str_buff,sizeof(str_buff),10000); HAL_UART_Receive_IT(&huart1,Rx_dat,3); } } }//在mian()函数中添加以下代码： Ckeck_LED(); //LED灯流水检测 HAL_UART_Transmit(&huart1,str1,sizeof(str1),0xFFFF); //向上位机发送欢迎字符 HAL_UART_Receive_IT(&huart1,Rx_dat,3); //启动串口1接收上位机3个字节 HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2); //启动定时器TIM2
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刘航宇
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2022-01-21
【5】基于STM32CubeMX-STM32串口数据收发
目录 串行接口相关知识点 HAL库中串口发送的重要函数 HAL库中串口接收的重要函数 实训案例：上位机通过串口控制LED灯开关 串行接口相关知识点 并行通信、串行通信的概念。 单工、半双工、全双工的概念。 异步串行通信：通信双方在没有同步时钟的前提下，将一个字符（包括特定的附加位）按位进行传输的通信方式。 波特率：每秒钟传输的二进制位数，如9600bps。 TTL电平<—->RS232：MAX3232 SP3232 串口<———>USB接口：CH340 CP2012 STM32芯片的串口UASRT功能十分强大，但对于日常编程而言，使用最多的还是异步串行通信。 串口1：USART1_TX与PA9复用，USART1_RX与PA10复用。 串口2：USART2_TX与PA2复用，USART2_RX与PA3复用。 HAL库中串口发送的重要函数 ////查询方式，阻塞式发送函数（初学者，推荐使用） HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart,uint8_t *pData,uint16_t Size, uint32_t Timeout); 参数1：huart，串口实例的指针。 参数2：*pData，待发送数据缓冲区的指针。 参数3：Size，待发送数据的字节数。 参数4：Timeout，超时时间值。 返回值：HAL_StatusTypeDef，函数执行状态。 typedef enum { HAL_OK = 0x00U, HAL_ERROR = 0x01U, HAL_BUSY = 0x02U, HAL_TIMEOUT = 0x03U } HAL_StatusTypeDef; ////中断方式，非阻塞式发送函数 HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart,uint8_t *pData, uint16_t Size); 参数1：huart，串口实例的指针。 参数2：*pData，待发送数据缓冲区的指针。 参数3：Size，待发送数据的字节数。 返回值：HAL_StatusTypeDef，函数执行状态。 ////串口发送完毕中断回调函数 void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart); void HAL_UART_TxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)应用举例：使用非阻塞式的串口发送函数，将发送缓数组dat_Txd中的前5个数据发送到USART1，在数据发送完成后，翻转PB9引脚的输出电平。 //使用中断，非阻塞方式 HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, dat_Txd, 5); void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) { if(huart->Instance == USART1); { HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_9); } } //使用查询，阻塞方式 HAL_UART_Transmit(&huart1, dat_Txd, 5, 10000); HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_9);HAL库中串口接收的重要函数 ////查询方式，阻塞式接收函数 HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout); 参数1：huart，串口实例的指针。 参数2：*pData，数据接收据缓冲区的指针。 参数3：Size，待接收数据的字节数。 参数4：Timeout，超时时间值。 返回值：HAL_StatusTypeDef，函数执行状态。 非阻塞式接收函数（推荐使用） HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart,uint8_t *pData,uint16_t Size); 参数1：huart，串口实例的指针。 参数2：*pData，数据接收据缓冲区的指针。 参数3：Size，待接收数据的字节数。 返回值：HAL_StatusTypeDef，函数执行状态。 ////串口接收完毕中断回调函数 void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart); void HAL_UART_RxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);应用举例：使用非阻塞式的串口接收函数，接收USART1中的一个字节，将其保存在dat_Rxd变量中，在数据接收完成后，判断该字节，若为0x5A，则翻转PB8引脚的输出电平。 //使用中断，非阻塞方式 HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, &dat_Rxd, 1); void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) { if(huart->Instance == USART1) { if(dat_Rxd == 0x5A) HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_8); } }实训案例：上位机通过串口控制LED灯开关 调试要点： 图片 在XMF07A或XMF07C开发板上，利用STM32CubeMX和Keil5协同开发，完成以下的功能： 【1】开机后，向串口1发送“hello world！”。 【2】串口1收到字节指令“0xA1”，打开LED1，发送“LED1 Open！”。 【3】串口1收到字节指令“0xA2”，关闭LED1，发送“LED1 Closed！”。 【4】在串口发送过程中，打开LED2作为发送数据指示灯。 图片 #define LED1_ON() HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_SET) #define LED1_OFF() HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_RESET) #define LED2_ON() HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_SET) #define LED2_OFF() HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_RESET) uint8_t Tx_str1[] = "hello world!\r\n"; uint8_t Tx_str2[] = "LED1 Open!\r\n"; uint8_t Tx_str3[] = "LED1 Closed!\r\n"; uint8_t Rx_dat = 0;void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) { if(huart->Instance == USART1) { if(Rx_dat == 0xa1) { LED1_ON(); LED2_ON(); HAL_UART_Transmit(&huart1,Tx_str2,sizeof(Tx_str2),10000); LED2_OFF(); HAL_UART_Receive_IT(&huart1,&Rx_dat,1); } else if(Rx_dat == 0xa2) { LED1_OFF(); LED2_ON(); HAL_UART_Transmit(&huart1,Tx_str3,sizeof(Tx_str3),10000); LED2_OFF(); HAL_UART_Receive_IT(&huart1,&Rx_dat,1); } } }//在mian()函数中添加以下代码： LED2_ON(); HAL_UART_Transmit(&huart1,Tx_str1,sizeof(Tx_str1),10000); //向上位机发送“hello world!” LED2_OFF(); HAL_UART_Receive_IT(&huart1,&Rx_dat,1); //启动串口1接收上位机1个字节
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刘航宇
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【4】基于STM32CubeMX-STM32定时器开发
目录 定时器的基本概述 STM32通用定时器的重要知识点 实训案例：外部中断信号控制LED灯开关 定时器的基本概述 通过滴漏和漏沙瓶这两个例子简单讲述定时器的基本工作原理。 STM32的常见的定时器资源： 系统嘀嗒定时器SysTick、看门狗定时器WatchDog、实时时钟RTC、基本定时器、通用定时器、高级定时器。 系统嘀嗒定时器SysTick ：这是一个集成在Cortex M3内核当中的定时器，它并不属于芯片厂商的外设，也就是说使用ARM内核的不同厂商，都拥有基本结构相同的系统定时器。主要目的是给RTOS提供时钟节拍做时间基准。 基本定时器：TIM6、TIM7。 通用定时器：TIM2、TIM3、TIM4、TIM5。在基本定时器的基础上，实现输出比较、输入捕获、PWM生成、单脉冲模式输出等功能。这类定时器最具代表性，使用也最广泛。 高级定时器：TIM1、TIM8。 STM32通用定时器的重要知识点 通用定时器的基本结构组成： STM32的通用定时器,是一个通过可编程预分频器（Prescaler）驱动的16位自动重装主计数器（Counter Period）构成。可以对内部时钟或触发源以及外部时钟或触发源进行计数。 通用定时器的基本工作原理： 首先，定时器时钟信号送入16位可编程预分配器（Prescaler），该预分配器系数为0～65535之间的任意数值。预分配器溢出后，会向16位的主计数器（Counter Period）发出一个脉冲信号。 预分频器，本质上是一个加法计数器，预分频系数实际上就是加计数的溢出值。 定时器发生中断时间的计算方法： 定时时间 = (Prescaler+1 ) X (Counter Period+1) X 1/ 定时器时钟频率 时钟信号1KHz，Prescaler为9，Counter Period为999，定时时间？ 图片 计算案例 图片 实训案例：外部中断信号控制LED灯开关 配置要点 图片 图片 图片 图片 图片 图片 图片 图片 在XMF07A或XMF07C开发板上，利用STM32CubeMX和Keil5协同开发，完成以下的功能： 【1】利用TIM2实现间隔定时，每隔0.2秒将LED1的开关状态翻转。 【2】利用TIM3实现间隔定时，每隔1秒将LED2的开关状态翻转。 【3】修改TIM2的初始化代码，改为每隔0.5秒将LED1的开关状态翻转。 图片 /* USER CODE BEGIN 0 */ void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { if(htim->Instance == TIM2) //处理TIM2间隔定时中断 { AL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_9); } if(htim->Instance == TIM3) //处理TIM3间隔定时中断 { HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_8); } } /* USER CODE END 0 *//* USER CODE BEGIN 2 */ HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2); //启动定时器TIM2 HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3); //启动定时器TIM3 //有IT的代表使能时钟中断 /* USER CODE END 2 */
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刘航宇
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2022-01-17
【3】基于STM32CubeMX-STM32中断系统
目录 中断什么意思 STM32的中断系统 STM32的外部中断 外部中断的程序设计思路 外部中断初始化函数剖析 外部中断服务函数的编写 实训案例：外部中断信号控制LED灯开关 中断什么意思 你打开火，烧上一壶水。然后去洗衣服，在洗衣服的过程中，突然听到水壶发出水开的报警声，这时，你停止洗衣服动作，立即去关掉火，然后将开水灌入暖水瓶中，灌完开水后，你又回去继续洗衣服。这个过程中实际上就发生了一次中断。 如图： 图片 图片 STM32的中断系统 理解中断、中断源、中断向量、中断优先级、中断服务函数…等基础概念。 ARM Cortex M3内核支持256个中断，包括16个内核中断和240个外设中断，拥有256个中断优先级别。 STM32的中断通道可能会由多个中断源共用。这就意味着，某一个中断服务函数也可能被多个中断源所共用。所以，在中断服务函数的入口处，需要有一个判断机制，用以辨别是那个中断触发了中断。 STM32微处理器的内核中有一个NVIC（嵌套向量中断控制器）的设备，它对中断进行统一的协调和控制，其中最主要的工作就是控制中断通道的使能和确定中断的优先级。 STM32中有2个优先级的概念：抢占优先级和响应优先级，每个中断都需要指定这两种优先级。 如果两个抢占优先级相同的中断同时到达，NVIC会根据他们的响应优先级高低来决定先处理哪一个。如果两个同时到达的中断的抢占优先级和响应优先级都相等，则根据中断的自然排位顺序来决定响应哪一个。 STM32的外部中断 外部中断EXTI是STM32微处理器实时处理外部事件的一种机制，由于中断请求主要来自GPIO端口的引脚，所以称为外部中断。 STM32F013微处理器有19个能产生事件/中断请求的边沿检测器，每个输入线可以独立地配置成输入类型（脉冲或挂起）和对应的触发事件（上升沿、下降沿或双边沿触发），也可以独立地屏蔽。 EXTI0～EXTI15：GPIO端口引脚。 EXTI16：PVD输出，可编程电压监测。 EXTI17：RTC闹钟。 EXTI18：USB唤醒。 外部中断的程序设计思路 传统STM32外部中断设计步骤 ： 【1】将GPIO初始化为输入端口。 【2】配置相关I/O引脚与中断线的映射关系。 【3】设置该I/O引脚对应的中断触发条件。 【4】配置NVIC，并使能中断。 【5】编写中断服务函数。 配置要点提示 引脚设外部中断，上升沿，上拉 图片 使能NVIC 图片 基于STM32CubeMX的外部中断设计步骤： 【1】在STM32CubeMX中指定引脚，配置中断初始化参数。 选择GPIO引脚的功能，设置中断信号触发条件，使能NVIC对应的中断通道。 【2】重写该I/O引脚对应的中断回调函数。 外部中断初始化函数剖析 //外部中断初始化相关的操作在gpio.c文件中的MX_GPIO_Init()函数完成。 void MX_GPIO_Init(void) { /*===================== 此处省略无关代码。 ======================*/ /* EXTI interrupt init 外部中断初始化*/ HAL_NVIC_SetPriority(EXTI9_5_IRQn, 0, 0); //设置EXIT9~EXIT5中断的优先级 HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI9_5_IRQn); //使能EXIT9~EXIT5中断通道 HAL_NVIC_SetPriority(EXTI15_10_IRQn, 0, 0); HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI15_10_IRQn); }外部中断服务函数的编写 图片 实训案例：外部中断信号控制LED灯开关 在XMF07A或XMF07C开发板上， 利用STM32CubeMX和Keil5协同开发， 完成以下的功能： 【1】将KEY2，即PC13设置为外部中断输入，下降沿触发。在中断服务函数中，切换LED1的开关状态。 【2】将KEY4，即PB5设置为外部中断输入，上升沿触发。在中断服务函 数中，切换LED2的开关状态。 图片 //外部中断的初始化函数由STM32CubeMX辅助生成，用户只需要重写中断回调函数。 /* USER CODE BEGIN 0 */ void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) { if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_13) { HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_9); } if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_5) { HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_8); } } /* USER CODE END 0 */
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刘航宇
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