基于STM32的LED調(diào)光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

《嵌入式系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)基于STM32的LED調(diào)光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)院電子信息工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)電子信息工程(1)班學(xué)生姓名黃日志學(xué)生學(xué)號(hào)202330085232指導(dǎo)教師朱俊杰提交日期2023-1-7摘要LED調(diào)光系統(tǒng)的控制核心采用ARM系列微處理器STM32，實(shí)現(xiàn)LED驅(qū)動(dòng)的智能控制。ARM系列微處理器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其采用當(dāng)前最先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，使得性能大大提升。能使我們?cè)谖⒖刂破?、集成開(kāi)發(fā)軟件、編程語(yǔ)言等知識(shí)的學(xué)習(xí)和掌握水平，使我們?cè)谖⒖刂破髟O(shè)計(jì)、軟件編程等方面的應(yīng)用能力得到全面訓(xùn)練和提高。本文主要通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)利用ARM芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈的燈光和閃爍的控制，到達(dá)設(shè)計(jì)的要求。AbstractLED

control

coreoptical

systemwithARM

seriesmicroprocessor

STM32,

therealizationofintelligent

LEDdriver

control.

ARM

seriesmicroprocessor

isusedmoreand

morewidely,

thedesignconceptof

themostadvanced

itsuse,

makingthe

performanceisgreatlyimproved.

Willenableustothe

master

andthelevelcontroller,

integrateddevelopment

software,

programminglanguage,

thelearningofknowledge,

makeour

applicationabilityin

micro

controllerdesign,softwareprogramming

andother

aspectsofthe

comprehensive

trainingandimprove.

Thispapermainlythrough

therealizationoftheLED

lamp

lightsandflashing

controldesign

usinga

ARMchip,

tomeetthedesign

requirements.關(guān)鍵詞:LED；STM32;調(diào)光系統(tǒng)第一章緒論1.1課題的目的和意義LED顯示屏作為一種新的顯示器件，近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用。隨著技術(shù)的不斷更新，LED顯示屏正朝著全彩化的方向開(kāi)展。設(shè)計(jì)了一種LED顯示屏控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以ARMCortex-M3內(nèi)核芯片STM32F10作為控制中心，以實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈的燈光和閃爍。LED顯示屏是利用LED點(diǎn)陣模塊或像素單元組成的一種現(xiàn)代平面顯示屏幕，具有發(fā)光效率高、使用壽命長(zhǎng)、視角范圍大、色彩豐富以及對(duì)室內(nèi)外環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。目前的LED顯示屏控制系統(tǒng)多采用ARM處理器來(lái)完成整個(gè)系統(tǒng)的功能，這種控制系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理速度上存在很大的局限，影響顯示效果的連續(xù)性?；诖耍诜治隽薙TM32微處理器總線結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的根底上，提出了STM32的控制系統(tǒng)方案，該方案充分了利用STM32微處理器的靈活的儲(chǔ)器控制技術(shù)和可編程邏輯器件的靈活性，提高了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的速度，而且簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，方便調(diào)試。1.2研究概況與開(kāi)展趨勢(shì)研究概況近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及集成電路技術(shù)的開(kāi)展，嵌入式技術(shù)日漸普及，在通訊、網(wǎng)絡(luò)、工控、醫(yī)療、電子等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。嵌入式系統(tǒng)無(wú)疑成為當(dāng)前最熱門(mén)最有開(kāi)展前途的IT應(yīng)用領(lǐng)域之一。STM32控制LED技術(shù)是將計(jì)算機(jī)作為一個(gè)信息處理部件,嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中的一種技術(shù),也就是說(shuō),它將軟件固化集成到硬件系統(tǒng)中,將硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)一體化。嵌入式具有軟件代碼小、高度自動(dòng)化和響應(yīng)速度快等特點(diǎn),因而進(jìn)入21世紀(jì)后其應(yīng)用越來(lái)越廣泛,例如,各種家用電器如電冰箱、自動(dòng)洗衣機(jī)、數(shù)字點(diǎn)電視機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等廣泛應(yīng)用這種技術(shù)。開(kāi)展趨勢(shì)信息時(shí)代，數(shù)字時(shí)代使得STM32控制LED系統(tǒng)獲得了巨大的開(kāi)展契機(jī)，為STM32控制LED系統(tǒng)市場(chǎng)展現(xiàn)了美好的前景，從中我們可以看出未來(lái)STM32控制LED系統(tǒng)的幾大開(kāi)展趨勢(shì)：1．STM32控制LED系統(tǒng)是嵌入式開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，因此要求嵌入式系統(tǒng)廠商不僅要提供嵌入式軟硬件系統(tǒng)本身，同時(shí)還需要提供強(qiáng)大的硬件開(kāi)發(fā)工具和軟件包支持；2．未來(lái)的STM32控制LED系統(tǒng)設(shè)備為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)展的要求，必然要求硬件上提供各種網(wǎng)絡(luò)通信接口；3．精簡(jiǎn)系統(tǒng)內(nèi)核、算法，降低功耗和軟硬件本錢(qián)等。1.3本文的主要工作和內(nèi)容安排主要工作設(shè)置一個(gè)STM32控制LED系統(tǒng)，利用ARM芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈的燈光和閃爍的控制內(nèi)容安排1.查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，熟悉所選ARM芯片;2.總體設(shè)計(jì)方案規(guī)劃，實(shí)現(xiàn);3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，熟悉I/O接口，定時(shí)器的工作原理;4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，包括流程圖和程序;5.撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告。.第二章正文2.1設(shè)計(jì)要求利用ARM芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈的燈光和閃爍的控制1．用定時(shí)器TIM2通道2控制LED1燈的閃爍，每1s亮一次，再過(guò)1s每一次，其中LED1接在PA1腳上；2.對(duì)周期進(jìn)行設(shè)置，控制通用定時(shí)器TIM1的1通道，實(shí)現(xiàn)1KHz的不同占空比波形，用于控制LED2亮度的明暗漸變，其中LED2接在實(shí)驗(yàn)板的PA8腳上。〔PWM脈沖寬度調(diào)制〕2.2設(shè)計(jì)內(nèi)容〔1〕STM32處理器功能介紹控制系統(tǒng)電路中的MCU〔微控制器〕選用了STM32系列高性能單片機(jī)。STM32具有MCU應(yīng)用領(lǐng)域的32位處理器的性能，STM32系列基于專(zhuān)為要求高性能、低本錢(qián)、低功耗的嵌入式應(yīng)用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的ARMCortex-M3內(nèi)核。按性能分成兩個(gè)不同的系列：STM32F103“增強(qiáng)型〞系列和STM32F101“根本型〞系列。增強(qiáng)型系列時(shí)鐘頻率到達(dá)72MHz，是同類(lèi)產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品；根本型時(shí)鐘頻率為36MHz，以16位產(chǎn)品的價(jià)格得到比16位產(chǎn)品大幅提升的性能，是16位產(chǎn)品用戶(hù)的最正確選擇。兩個(gè)系列都內(nèi)置32K到128K的閃存，不同的是SRAM的最大容量和外設(shè)接口的組合。時(shí)鐘頻率72MHz時(shí)，從閃存執(zhí)行代碼，STM32功耗36mA，是32位市場(chǎng)上功耗最低的產(chǎn)品，相當(dāng)于0.5mA/MHz。STM32的高性能Cortex-M3內(nèi)核為1.25DMips/MHz；含有一流的外設(shè)：1us的雙12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/秒的SPI，18MHZ的I/O翻轉(zhuǎn)速度；在72MHz時(shí)消耗36mA，待機(jī)時(shí)下降的2uA。內(nèi)核：ARM32位Cortex-M3CPU，最高工作頻率72MHz，1.25DMIPS/MHz。單周期乘法和硬件除法。存儲(chǔ)器：片上集成32-512KB的Flash存儲(chǔ)器。6-64KB的SRAM存儲(chǔ)器。時(shí)鐘、復(fù)位和電源管理：2.0-3.6V的電源供電和I/O接口的驅(qū)動(dòng)電壓。POR、PDR和可編程的電壓探測(cè)器〔PVD〕。4-16MHz的晶振。內(nèi)嵌出廠前調(diào)校的8MHzRC振蕩電路。內(nèi)部40kHz的RC振蕩電路。用于CPU時(shí)鐘的PLL。帶校準(zhǔn)用于RTC的32kHz的晶振。低功耗：3種低功耗模式：休眠，停止，待機(jī)模式。為RTC和備份存放器供電的VBAT。調(diào)試模式：串行調(diào)試〔SWD〕和JTAG接口。I/O接口初始化每個(gè)GPI/O端口有兩個(gè)32位配置存放器(GPIOx_CRL，GPIOx_CRH)，兩個(gè)32位數(shù)據(jù)存放器(GPIOx_IDR和GPIOx_ODR)，一個(gè)32位置位/復(fù)位存放器(GPIOx_BSRR)，一個(gè)16位復(fù)位存放器(GPIOx_BRR)和一個(gè)32位鎖定存放器(GPIOx_LCKR)。GPIO端口的每個(gè)位可以由軟件分別配置成多種模式：輸入浮空、輸入上拉、輸入下拉、模擬輸入、開(kāi)漏輸出、推挽式輸出、推挽式復(fù)用功能、開(kāi)漏復(fù)用功能。每個(gè)I/O端口位可以自由編程，然而I/0端口存放器必須按32位字被訪問(wèn)(不允許半字或字節(jié)訪問(wèn))。GPIOx_BSRR和GPIOx_BRR存放器允許對(duì)任何GPIO存放器的讀/更改的獨(dú)立訪問(wèn)；這樣，在讀和更改訪問(wèn)之間產(chǎn)生IRQ時(shí)不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)。下列圖給出了一個(gè)I/O端口位的根本結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)方案1.用定時(shí)器TIM2通道2控制LED1燈的閃爍，每1s亮一次，再過(guò)1s每一次，其中LED1接在PA1腳上；為了實(shí)現(xiàn)特定頻率的產(chǎn)生，為了方便看到效果，將LED2的控制腳作為了頻率輸出引腳,產(chǎn)生的頻率不能過(guò)高，會(huì)造成看不到閃爍變換，所以，將設(shè)計(jì)頻率設(shè)定為12.5Hz，PB1引腳默認(rèn)是作為通用IO口使用，為了產(chǎn)生特定頻率，利用了該引腳可以復(fù)用為T(mén)IM2_CH2，根據(jù)手冊(cè)，需要用到局部復(fù)用映射，才能將TIM2_CH2映射到PB1。在定時(shí)器2的初始化中，用到了輸出比擬2模式的翻轉(zhuǎn)設(shè)置。也就是當(dāng)TIM2_CCR2=TIM3_CNT時(shí)，翻轉(zhuǎn)輸出的電平。以產(chǎn)生需要的頻率，TIM2_CCR2的值決定了翻轉(zhuǎn)的頻率。當(dāng)TIM2_CCR2=TIM3_CNT時(shí)，產(chǎn)生一次電平翻轉(zhuǎn)，并在中斷效勞程序里重新完成對(duì)TIM2_CCR2的裝載。依次往復(fù)，產(chǎn)生了所需要的12.5Hz的頻率。2.對(duì)周期進(jìn)行設(shè)置，控制通用定時(shí)器TIM1的1通道，實(shí)現(xiàn)1KHz的不同占空比波形，用于控制LED2亮度的明暗漸變，其中LED2接在實(shí)驗(yàn)板的PA8腳上。由于TIM1計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘頻率是72MHz，希望各通道輸出頻率為1KHZ，根據(jù)3倍預(yù)分頻后，時(shí)鐘頻率為24MHz，根據(jù)公式ftim1=TIM1CLK/(TIM1_Period+1),可得到TIM1預(yù)分頻的值為24000，根據(jù)公式通道輸出占空比=TIM1_CCR2/(TIM1_Period+1),可以得TIM1_Pulse的計(jì)數(shù)值，逐步改變這個(gè)值，可以控制占空比，從而獲得LED2亮度明暗漸變的效果。設(shè)計(jì)總結(jié)這次嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)我們歷時(shí)兩個(gè)星期，在做本次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我感觸最深的當(dāng)屬查閱大量的設(shè)計(jì)資料了。為了讓自己的設(shè)計(jì)更加完善，查閱這方面的設(shè)計(jì)資料是十分必要的，同時(shí)也是必不可少的。我們是在做嵌入式課程設(shè)計(jì)，但我們不是藝術(shù)家，他們可以?huà)侀_(kāi)實(shí)際盡情在夢(mèng)想的世界里翱翔，而我們一切都要有據(jù)可依，有理可尋，不切實(shí)際的設(shè)想永遠(yuǎn)只能是設(shè)想，永遠(yuǎn)無(wú)法升級(jí)為設(shè)計(jì)。其次，在這次課程設(shè)計(jì)中，我們運(yùn)用到了以前所學(xué)的專(zhuān)業(yè)課知識(shí)，如：C語(yǔ)言、模擬和數(shù)字電路知識(shí)等。雖然過(guò)去從未獨(dú)立應(yīng)用過(guò)它們，但在學(xué)習(xí)的過(guò)程中帶著問(wèn)題去學(xué)我發(fā)現(xiàn)效率很高，這是我做這次課程設(shè)計(jì)的又一收獲。要做好一個(gè)課程設(shè)計(jì)，就必須做到：在設(shè)計(jì)程序之前，對(duì)所用嵌入式的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個(gè)系統(tǒng)的了解。在設(shè)計(jì)程序時(shí)，不能妄想一次就將整個(gè)程序設(shè)計(jì)好，反復(fù)修改、不斷改良是程序設(shè)計(jì)的必經(jīng)之路。在設(shè)計(jì)課程過(guò)程中遇到問(wèn)題是很正常的，但我們應(yīng)該將每次遇到的問(wèn)題記錄下來(lái)，并