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流水灯的控制原理是什么？怎样去设计一种流水灯？

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 流水灯的控制原理是什么？流水灯的电路参数有哪些？什么是STM32F103时钟？ GPIO是什么？ 0
2021-7-1 09:23:17　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × abdkjshd 该类别下有 2 个回答。邀请回答 gvjhvbc 该类别下有 1 个回答。邀请回答 zhangminmin 该类别下有 1 个回答。邀请回答 ccly0208 该类别下有 1 个回答。邀请回答 kpj3026 该类别下有 1 个回答。邀请回答 K_Ming 该类别下有 1 个回答。邀请回答 djelje 该类别下有 1 个回答。邀请回答母猪会上树该类别下有 1 个回答。邀请回答 lancy 该类别下有 1 个回答。邀请回答 lkjflksjfsa 该类别下有 1 个回答。邀请回答 fejlkel 该类别下有 1 个回答。邀请回答 1123127317 该类别下有 1 个回答。邀请回答吕珠峰该类别下有 1 个回答。邀请回答小句句63 该类别下有 1 个回答。邀请回答茶壶茶茶该类别下有 1 个回答。邀请回答 prism 该类别下有 1 个回答。邀请回答哥儿该类别下有 1 个回答。邀请回答 ze55me 该类别下有 1 个回答。邀请回答 naugia 该类别下有 1 个回答。邀请回答 hfgsd 该类别下有 1 个回答。邀请回答举报小峰相关推荐 • 求助怎样去设计一种基于单片机的简单流水灯？ 1479 • 请问一下怎样去设计一种基于zigbee的CC2530流水灯？ 1143 • 怎样去设计一种基于protues的延时流水灯 714 • 怎样去编写一种C语言开发之花样流水灯程序呢？求解 896 • 流水灯怎么设计？流水灯方案有没有简单的？ 2176 • 请问一下怎样去设计一种基于C51的简易流水灯？ 1454 • 如何利用STM32的GPIO输出去制作一种流水灯呢 976 • 请问一个流水灯的问题 2698 • 关于流水灯的控制 3656 • 如何去实现一种LED流水灯来回循环点亮的设计？ 1096 1个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 单片机作为一种微控制器，最基本的用途便是通过其引脚与外界进行交互，而在单片机编程界，有这么一个程序，堪称单片机中的HelloWorld，不仅可以熟悉单片机的引脚控制，更能对单片机的时钟进行深入了解，那就是几乎所有单片机教程中都会提到的——流水灯。在上一篇中我们已经搭建好了STM32开发环境，点亮了第一个LED灯，这一篇将从电路原理分析开始，对流水灯的控制原理，电路参数设计，STM32F103引脚与时钟的设置进行介绍。流水灯电路设计顾名思义，流水灯就是像水流一样，依次点亮的一组灯。设计流水灯为间隔固定的时间每次点亮一个LED，因此在点亮下一个LED的同时，要关闭上一个LED，并且进行计时，以循环下去。在上一篇中我们用单片机的GPIOB8引脚点亮了最小系统板上自带的一个LED，根据其电路原理图，可以设计流水灯的电路原理。电路原理图根据最小系统板的引脚分布，选择GPIOA2~GPIOA7、GPIOB8、GPIOB9共8个引脚来控制流水灯（这8个引脚在笔者的系统板同一侧且相邻，用杜邦线连接整齐点o（￣︶￣）o），电路原理图和实物图如下：电路参数设计分析这里实物是自己焊的小板子，用的1K Ω Omega Ω的排阻作为限流电阻，选的白发绿LED：［tr］［/tr］驱动电压2.8~3.3V 电流5~18mA 导通压降1.2~2V 查阅STM32F103C8T6手册，引脚电压电流范围： VIN表示引脚输入电平的范围，有5V电平耐受能力的引脚可以达5.5V，这里PA2~PA7（PA-GPIOA）不具有5V电平耐受能力（也在手册中能找到，引脚定义表里标记FT即能耐受5V电平）。 IIO表示引脚输入输出电流的范围，均为25mA。（下面这一段其实可以略过不看）当Vcc使用3.3V供电时，选用限流电阻为1K Ω Omega Ω计算极端情况下： LED导通压降VD=1.2V： I = （ V c c − V D ） / R = 2.1 m A I=（V_{cc}-V_D）/R=2.1mA I=（Vcc−VD）/R=2.1mA，引脚端电压为2.1V LED导通压降VD=2.0V： I = （ V c c − V D ） / R = 1.3 m A I=（V_{cc}-V_D）/R=1.3mA I=（Vcc−VD）/R=1.3mA，引脚端电压为1.3V 当Vcc使用5.0V供电时，选用限流电阻为1K Ω Omega Ω计算极端情况下： LED导通压降VD=1.2V： I = （ V c c − V D ） / R = 3.8 m A I=（V_{cc}-V_D）/R=3.8mA I=（Vcc−VD）/R=3.8mA，引脚端电压为3.8V LED导通压降VD=2.0V： I = （ V c c − V D ） / R = 3.0 m A I=（V_{cc}-V_D）/R=3.0mA I=（Vcc−VD）/R=3.0mA，引脚端电压为3.0V 由于STM32F103C8T6的引脚GPIOA2~ GPIOA7不能能耐受5V电平的引脚，因此，输入电压上限是VDD+0.3V=3.6V，为了保险起见，选取3.3V供电，虽然LED工作电流有点小，但是能亮就行了不是。（当然，选取5V供电其实问题不大，但是实际工业应用中应该避免器件超出规定的使用条件，当然也不能让器件在不满足工作条件的情况下使用，比如上述的LED电流，其实是笔者没有找到其他合适阻值的限流电阻了Orz，也就是说，应该设计好电路参数再选择器件）。因此，通过上述分析，选取3.3V电压作为流水灯的供电电压，至于LED的工作电流过小，其实问题不大，我们这里要求的是LED能亮就可以，对亮度木有要求。时钟及GPIO分析控制流水灯正常运行，需要对8个LED的控制引脚进行设置，并按固定时间对其输出进行控制。由于时钟是单片机运行的基础，首先对时钟进行分析。 STM32F103时钟分析首先在STM32手册中找到时钟树，如下图，沿图中红色直线从左至右看： OSC_OUT和OSC_IN就是STM32的外部时钟输入，范围是4-16MHz，这里最小系统板用的是8MHz的晶振，下面的OSC32_OUT和OSC32_IN适用于32KHz的时钟输入，暂时不用考虑；然后遇到分频器PLLXTPRE（HSE divider for PLL entry），可以对输入的时钟进行2分频（即频率除以2）或不分频；然后进入PLLSRC（PLL entry clock source），这个是选择时钟来源为HSI（内部高速时钟High Speed Internal clock）或者HSE（High Speed External clock）；然后进入倍频器PLLMUL（PLL multiplication factor），对时钟频率进行倍频（乘上一个因数）；然后进入SW（System clock switch），可以选择系统时钟来源；然后进入预分频器AHB Prescaler（Advanced High performance Bus，即高级高性能总线时钟的预分频器）；从AHB预分频器出来的时钟信号再分给其他外设；比如进入APB1 Prescaler（Advanced Peripheral Bus，即高级外设总线时钟的预分频器），可以提供给挂载在APB1总线上的外设；进入APB2 Prescaler可以提供给挂载在APB2总线上的外设。上述提到的PLLXTPRE、PLLSRC、PLLMUL、SW、AHB Prescaler、APB1 Prescaler、APB2 Prescaler等相关器件都有相应的寄存器进行控制，感兴趣的朋友可以在STM32手册中找到相关寄存器的说明，这里就略过啦啦啦（～￣▽￣）～。 GPIO分析 GPIO即General-purpose IOs，通用输入输出引脚。STM32F103C8T6共有48个引脚，其中一部分是电源、时钟输入、启动方式、复位等特殊功能的引脚，剩下的引脚又可分为通用输入输出引脚GPIOs和复用功能输入输出引脚AFIOs，这些引脚都可以：通过Port configuration register（端口配置寄存器）进行功能配置；通过Port input data register（端口输入数据寄存器），读取各个引脚输入数据（高低电平）；通过Port output data register（端口输出数据寄存器），向外部输出数据（高低电平）；通过Port bit set/reset register（端口位设置/清除寄存器），对端口的某个数据位（相当于某一引脚）进行清0或置1；通过Port bit reset register（端口位清除寄存器），对端口的某个数据位进行清0。当然，上面所有的寄存器都可以通过调用库函数来进行设置，实现GPIO的控制功能。再看到下面STM32手册中的系统结构图，在右下部分可以看到所有GPIO都挂载在APB2总线上，因此在使用GPIO时，需要先初始化APB2总线也就是初始化APB2总线的时钟，当然，这也是调用库函数就可以实现的：程序设计新建一个LED流水灯文件夹，并复制一份工程模板到文件夹下，打开工程文件，进入Keil uVision5。时钟设置分析首先对启动文件startup_stm32f10x_hd.s中关于系统时钟设置的相关内容进行分析。打开startup_stm32f10x_hd.s文件：第1-33行：文件说明注释；第35-145行：堆栈以及中断向量地址的设置；从147行为复位中断向量标号，即可以认为STM32在上电或复位后跳转到标号位置运行： ; Reset handlerReset_Handler PROC EXPORT Reset_Handler ［WEAK］ IMPORT __main IMPORT SystemInit LDR R0， =SystemInit BLX R0 LDR R0， =__main BX R0 ENDP 148行：输出Reset_Handler标号，这样其它文件也可以使用这个标号来进行跳转； 149行：导入__main标号，可以认为是导入main函数所在地址的标号； 150行：导入SystemInit标号； 151-152行：设置寄存器R0的值为SystemInit标号代表的地址，然后跳转到这个地址运行，即调用SystemInit函数； 153行开始运行main函数。对startup_stm32f10x_hd.s文件的分析可以参考：专家揭秘：STM32启动过程全解通过分析，在上电或者复位后，首先调用SystemInit函数，然后再进入main函数继续运行，因此先分析SystemInit函数，在SystemInit标号上右键-》Go To Definition of ‘SystemInit’，进入SystemInit函数（位于system_stm32f10x.c文件中）。在SystemInit函数中，有详细的注释，简略说明：第214-258行：将所有与时钟相关的寄存器复位为默认值；第262行调用SetSysClock（）函数，对系统时钟进行设置，同样右键-》Go To Definition of ‘SetSysClock’，跳转到SetSYSClock函数。 /** * @brief Configures the System clock frequency， HCLK， PCLK2 and PCLK1 prescalers. * @param None * @retval None /static void SetSysClock（void）{#ifdef SYSCLK_FREQ_HSE SetSysClockToHSE（）;#elif defined SYSCLK_FREQ_24MHz SetSysClockTo24（）;#elif defined SYSCLK_FREQ_36MHz SetSysClockTo36（）;#elif defined SYSCLK_FREQ_48MHz SetSysClockTo48（）;#elif defined SYSCLK_FREQ_56MHz SetSysClockTo56（）; #elif defined SYSCLK_FREQ_72MHz SetSysClockTo72（）;#endif / If none of the define above is enabled， the HSI is used as System clock source （default after reset） / } 从函数内容可以知道，这个函数根据宏定义，再调用具体的函数对系统时钟进行设置；而在system_stm32f10x.c文件的115行，有SYSCLK_FREQ_72MHz定义（在106行的if判断里，STM32F10X_LD_VL、STM32F10X_MD_VL、STM32F10X_HD_VL均未定义，故进入else分支）： #if defined （STM32F10X_LD_VL） \|\| （defined STM32F10X_MD_VL） \|\| （defined STM32F10X_HD_VL）/ #define SYSCLK_FREQ_HSE HSE_VALUE / #define SYSCLK_FREQ_24MHz 24000000#else/ #define SYSCLK_FREQ_HSE HSE_VALUE // #define SYSCLK_FREQ_24MHz 24000000 / / #define SYSCLK_FREQ_36MHz 36000000 // #define SYSCLK_FREQ_48MHz 48000000 // #define SYSCLK_FREQ_56MHz 56000000 /#define SYSCLK_FREQ_72MHz 72000000#endif 综合上述分析，在系统上电或复位后，进入复位中断向量地址，调用SystemInit（）函数-》调用SetSysClock（）函数-》调用SetSysClockTo72（）函数。在SetSysClockTo72（）函数中将系统时钟设置为72MHz，即SYSCLK时钟频率为72MHz，并设置AHB、APB1、APB2分频分别为1、2、1，即：系统时钟SYSCLK频率为72MHz； AHB总线时钟HCLK频率为72MHz； APB1总线时钟PCLK1频率为36MHz； APB2总线时钟PCLK2频率为72MHZ。（APB1分频系数设为2是因为PCLK1时钟频率不能大于36MHz）程序首先理清程序思路，开发库的启动文件已经完成了系统时钟的设置，但外设时钟还未开启，因此程序流程如下：开启外设时钟（GPIOA、GPIOB都挂载在APB2上）；对GPIOA、GPIOB相关引脚进行配置（设置为输出方式、输出速度）按照流水灯模式，依次开启LED（引脚清0，输出低电平）并关闭上一个LED（引脚置1，输出高电平），并延时一定时间。开启外设时钟开启APB2总线上的外设时钟，需要调用RCC_APB2PeriphClockCmd（）函数，具体说明可以在库函数手册中查找到：开启GPIOA、GPIOB的时钟： RCC_APB2PeriphClockCmd（GPIOA， ENABLE）;RCC_APB2PeriphClockCmd（GPIOB， ENABLE）; 配置GPIO 对GPIO引脚进行设置，库提供了GPIO初始化结构体GPIO_InitTypeDef：共有三个参数： GPIO_Mode用于指定引脚输入输出方式，对应STM32手册中： GPIO_Pin用于指定引脚编号，如GPIO_Pin_8，表示GPIOx的第8引脚； GPIO_Speed用于指定引脚输出速率，共有三挡，10、2、50MHz：设置好初始化结构体数据后，调用GPIO_Init（）函数对GPIOx进行初始化：并调用GPIO_SetBits（）函数将引脚置1，输出高电平，使LED在开始时处于关闭状态；而调用GPIO_ResetBits（）函数可以将引脚清0，输出低电平，点亮LED。具体函数用法请自行查询库函数手册。配置GPIOA、GPIOB ： GPIO_InitTypeDef GPIOInitStruct; GPIOInitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 \| GPIO_Pin_3 \| GPIO_Pin_4 \| GPIO_Pin_5 \| GPIO_Pin_6 \| GPIO_Pin_7; GPIOInitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIOInitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init（GPIOA， &GPIOInitStruct）; GPIO_SetBits（GPIOA， GPIOInitStruct.GPIO_Pin）; GPIOInitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 \| GPIO_Pin_9; GPIOInitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIOInitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init（GPIOB， &GPIOInitStruct）; GPIO_SetBits（GPIOB， GPIOInitStruct.GPIO_Pin）; 延时函数在这里使用粗略的延时函数，所谓延时，即什么也不做，让处理器进行等待，对应的操作称为nop，表示等待一个机器周期： __nop（）; 通过对STM32系统时钟初始化的分析可知，系统时钟SYSCLK初始化为 f = 72 M H z f=72MHz f=72MHz，即一个机器周期时间为 T = 1 f = 1 72 μ s T=frac{1}{f}=frac{1}{72}mu s T=f1=721μs 因此，若执行72个__nop（）函数，则可以延时1 μ s mu s μs，但考虑到函数调用与返回需要两个机器周期，因此设计执行70个__nop（）函数，延时函数如下： static void delay_1us（）{ __nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）; __nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）; __nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）; __nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）; __nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）; __nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;} （不用数了，就是70个__nop（），其实以后可以利用SysTick寄存器进行精确延时计算）粗略延时函数： /* * @brief 粗略延时t us * @param t * @retval None /void delay_u（int t）{ while（t--） delay_1us（）;}/* * @brief 粗略延时t ms * @param t * @retval None /void delay_m（int t）{ while（t--） delay_u（1000）;} 流水灯控制部分程序如下，思路就是关闭前一个LED然后点亮下一个LED，并延时一段时间：。。。 GPIO_SetBits（GPIOB， GPIO_Pin_9）; GPIO_ResetBits（GPIOA， GPIO_Pin_2）; delay_m（200）; GPIO_SetBits（GPIOA， GPIO_Pin_2）; GPIO_ResetBits（GPIOA， GPIO_Pin_3）; delay_m（200）; 。。。完整程序 / Includes ------------------------------------------------------------------/#include “stm32f10x.h”/ Private functions Declaration ---------------------------------------------/void GPIOConfig（void）;void delay_m（int t）;void delay_u（int t）;/* * @brief Main program. * @param None * @retval None /int main（void）{ GPIOConfig（）; while（1） { GPIO_SetBits（GPIOB， GPIO_Pin_9）; GPIO_ResetBits（GPIOA， GPIO_Pin_2）; delay_m（200）; GPIO_SetBits（GPIOA， GPIO_Pin_2）; GPIO_ResetBits（GPIOA， GPIO_Pin_3）; delay_m（200）; GPIO_SetBits（GPIOA， GPIO_Pin_3）; GPIO_ResetBits（GPIOA， GPIO_Pin_4）; delay_m（200）; GPIO_SetBits（GPIOA， GPIO_Pin_4）; GPIO_ResetBits（GPIOA， GPIO_Pin_5）; delay_m（200）; GPIO_SetBits（GPIOA， GPIO_Pin_5）; GPIO_ResetBits（GPIOA， GPIO_Pin_6）; delay_m（200）; GPIO_SetBits（GPIOA， GPIO_Pin_6）; GPIO_ResetBits（GPIOA， GPIO_Pin_7）; delay_m（200）; GPIO_SetBits（GPIOA， GPIO_Pin_7）; GPIO_ResetBits（GPIOB， GPIO_Pin_8）; delay_m（200）; GPIO_SetBits（GPIOB， GPIO_Pin_8）; GPIO_ResetBits（GPIOB， GPIO_Pin_9）; delay_m（200）; }}/* * @brief 初始化GPIO * @param None * @retval None /void GPIOConfig（void）{ // GPIO初始化结构体 GPIO_InitTypeDef GPIOInitStruct; // 开启GPIOA、GPIOB外设时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOA， ENABLE）; RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOB， ENABLE）; // 设置GPIOA初始化结构体 GPIOInitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 \| GPIO_Pin_3 \| GPIO_Pin_4 \| GPIO_Pin_5 \| GPIO_Pin_6 \| GPIO_Pin_7; GPIOInitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIOInitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 初始化GPIOA并将引脚置1 GPIO_Init（GPIOA， &GPIOInitStruct）; GPIO_SetBits（GPIOA， GPIOInitStruct.GPIO_Pin）; // 设置GPIOB初始化结构体 GPIOInitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 \| GPIO_Pin_9; GPIOInitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIOInitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 初始化GPIOB并将引脚置1 GPIO_Init（GPIOB， &GPIOInitStruct）; GPIO_SetBits（GPIOB， GPIOInitStruct.GPIO_Pin）;}/* * @brief 延时1us * @param None * @retval None /static void delay_1us（）{ __nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）; __nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）; __nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）; __nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）; __nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）; __nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;__nop（）;}/* * @brief 粗略延时t us * @param t * @retval None /void delay_u（int t）{ while（t--） delay_1us（）;}/* * @brief 粗略延时t ms * @param t * @retval None */void delay_m（int t）{ while（t--） delay_u（1000）;} 运行结果同样通过mcuisp软件利用串口下载编译好的.hex程序文件，可以看到8个LED灯依次循环点亮。

2021-7-1 10:44:03 评论举报张百玲