STM32單片機(jī)仿真開發(fā)實(shí)例 課件 第5篇 拓展篇

5.1LCD1602顯示器的使用能力目標(biāo)：

掌握LCD1602顯示器的驅(qū)動(dòng)方法，能編寫簡(jiǎn)單的LCD1602驅(qū)動(dòng)程序。任務(wù)要求：仿真電路如圖所示，要求在屏幕第一行顯示“Helloworld!”。5.1.1液晶顯示屏與LCD1602為了能夠顯示更加豐富的信息，單片機(jī)電路設(shè)計(jì)中往往會(huì)使用到液晶顯示屏。這里我們?yōu)榇蠹医榻B一種極具性價(jià)比的單色液晶顯示屏——LCD1602，如圖所示。這種液晶顯示屏能夠顯示2行、16字符/行，共計(jì)32個(gè)5×7或者5×11的點(diǎn)陣字符，目前市面上大多數(shù)LCD1602顯示屏都是采用了HD44780液晶顯示芯片，當(dāng)然無論采用了哪種液晶顯示芯片，操作方式大同小異。（1）LCD1602的引腳定義LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，詳見表。引腳編號(hào)功能說明1VSS接電源負(fù)極2VDD電源正極（+5V/+3.3V）3VEE液晶顯示器對(duì)比度調(diào)節(jié)引腳，電壓越接近于VDD則對(duì)比度越低，相反電壓越接近于VSS（0）則對(duì)比度越高。4RS（RegisterSelect）寄存器選擇引腳，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器。5RW（Read/Write）讀/寫信號(hào)引腳，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。6E（Enable）使能引腳，高電平時(shí)讀取信息，下降沿時(shí)執(zhí)行指令。7～14D0～D78位數(shù)據(jù)總線，D0為最低位，D7為最高位。15ALCD背光源正極16KLCD背光源負(fù)極（2）LCD1602的存儲(chǔ)器LCD1602內(nèi)置DDRAM（DisplayDataRAM，顯示數(shù)據(jù)隨機(jī)存儲(chǔ)器）、CGRAM（CharacterGeneratorRAM，字符發(fā)生隨機(jī)存儲(chǔ)器）和CGROM（CharacterGeneratorROM，字符發(fā)生只讀存儲(chǔ)器）。其中DDRAM用于指定顯示字符的位置，只需將需要顯示的字符送至相應(yīng)的DDRAM地址即可在屏幕上顯示，詳見下表。顯示位置123456…1516DDRAM地址第一行80H81H82H83H84H85H…8EH8FH第二行C0HC1HC2HC3HC4HC5H…CEHCFHCGRAM用于由用戶自定義字模，而CGROM則已經(jīng)內(nèi)置了160個(gè)常用字模，包括ASCII碼、日文假名和希臘字母。由于本書只涉及到ASCII碼的顯示，具體編寫程序的時(shí)候無須了解CGRAM和CGROM的知識(shí)，因此本節(jié)不作過多的介紹。（3）LCD1602的控制指令LCD1602共有11條控制指令，如表所示。序號(hào)指令RSRWD7D6D5D4D3D2D1D01復(fù)位00000000012光標(biāo)歸位000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)/字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**7置CGRAM地址0001CGRAM地址8置DDRAM地址001DDRAM地址9忙標(biāo)志/地址計(jì)數(shù)器01BF由最后寫入的DDRAM或CGRAM設(shè)置指令設(shè)置的DDRAM/CGRAM地址10CGRAM/DDRAM寫數(shù)據(jù)10寫入1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)11CGRAM/DDRAM讀數(shù)據(jù)11讀取1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)●指令1：顯示屏復(fù)位指令，清除顯示屏所有顯示字符，并且光標(biāo)回到第一行第一個(gè)字符位置；●指令2：光標(biāo)歸位指令，光標(biāo)回到第一行第一個(gè)字符位置；●指令3：置輸入模式指令，其中I/D位為光標(biāo)移動(dòng)方向，0表示左移，1表示右移，S位為所有字符是否左移或者右移，0表示否，1表示是；●指令4：顯示開/管控制指令，其中D位控制所有字符是否顯示，0表示關(guān)顯示，1表示開顯示，C位控制光標(biāo)是否顯示，0表示關(guān)顯示，1表示開顯示，B位控制光標(biāo)是否閃爍，0表示不閃爍，1表示閃爍；●指令5：光標(biāo)和字符移位指令，位S/C為光標(biāo)和字符移位控制位，0表示僅光標(biāo)移動(dòng)，1表示光標(biāo)和字符都移動(dòng)，位R/L為移動(dòng)方向控制位，0表示左移，1表示右移；●指令6：功能設(shè)置指令，位DL為總線模式控制位，0表示8位總線模式，1表示4位總線模式，N為顯示行數(shù)控制位，0表示單行顯示，1表示雙行顯示，F(xiàn)為字符點(diǎn)陣模式控制位，0表示5×7點(diǎn)陣字符，1表示5×11點(diǎn)陣字符；●指令7：CGRAM地址設(shè)置指令，設(shè)置6位的CGRAM地址以讀寫數(shù)據(jù)；●指令8：DDRAM地址設(shè)置指令，設(shè)置7位的DDRAM地址以讀寫數(shù)據(jù)；●指令9：讀忙信號(hào)與地址計(jì)數(shù)器返回值指令，BF返回液晶屏當(dāng)前狀態(tài)，返回0時(shí)表示液晶屏正忙，返回1時(shí)表示液晶屏就緒可以進(jìn)一步操作，D6～D0共計(jì)7位為讀取的地址計(jì)數(shù)器的內(nèi)容；●指令10：CGRAM/DDRAM寫數(shù)據(jù)指令，用于向CGRAM寫入用戶自定義字模，或者用于向指定DDRAM地址寫入顯示字符從而在液晶屏相應(yīng)位置進(jìn)行顯示；●指令11：CGRAM/DDRAM讀數(shù)據(jù)指令，讀取CGRAM或者DDRAM中的數(shù)據(jù)。5.1.2任務(wù)程序的編寫本次任務(wù)用到的GPIO引腳比較多，為避免混淆不妨給每個(gè)GPIO引腳添加用戶標(biāo)簽（UserLabel）。考慮到代碼的可移植性，這里將LCD1602相關(guān)的功能代碼全部封裝成函數(shù)并歸入頭文件“LCD1602.h”，然后在主文件“main.c”中進(jìn)行調(diào)用。（現(xiàn)場(chǎng)操作演示…）技能訓(xùn)練：

修改程序，在液晶屏第二行以0.5秒周期循環(huán)遞增顯示0~99。Tobecontinued...5.2串行E2PROMAT24C02的使用能力目標(biāo)：

在了解I2C總線通信規(guī)則的基礎(chǔ)上，掌握讀寫E2PROM芯片AT24C02一個(gè)字節(jié)的使用方法，并能編寫相應(yīng)的STM32程序。任務(wù)要求：仿真電路如圖所示，STM32單片機(jī)能將由串口收到的1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)存入到AT24C02的首地址；按下按鈕BTN1，單片機(jī)將存儲(chǔ)在AT24C02首地址的1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送。串口通信參數(shù)是波特率19200bps、無校驗(yàn)。5.3.1I2C總線簡(jiǎn)介(1)概述I2C（Inter-IntegratedCircuit）總線是目前主流的芯片間總線接口技術(shù)之一。I2C總線屬于多主總線，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以設(shè)定唯一的地址，I2C總線連接示意圖如圖所示。向總線發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備作為發(fā)送器，而從總線接收數(shù)據(jù)的設(shè)備則作為接收器，通過沖突檢測(cè)和仲裁可以防止總線上數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生錯(cuò)誤。目前I2C總線具有三種傳輸速率，①標(biāo)準(zhǔn)模式（1980年提出）為100kbps、②快速模式（1992年提出）為400kbps、③高速模式（1998年提出，并與2001年修訂）可達(dá)3.4Mbps。I2C總線只有①時(shí)鐘信號(hào)線SCL與②雙向數(shù)據(jù)線SDA兩根，如上圖所示，SCL與SDA被上拉至電源VCC，也就是說I2C總線處于“空閑”狀態(tài)時(shí)SCL、SDA均為高電平。（2）通信時(shí)序I2C通信時(shí)序分為發(fā)送器啟動(dòng)/停止通信、數(shù)據(jù)位傳送、接收器返回響應(yīng)信號(hào)三種。①發(fā)送器啟動(dòng)/停止通信(a)啟動(dòng)通信(b)停止通信②數(shù)據(jù)位傳送在SCL處于高電平期間，SDA必須保持穩(wěn)定，SDA低電平表示數(shù)據(jù)0、高電平表示數(shù)據(jù)1，只有在SCL處于低電平期間，SDA才能改變電平狀態(tài)。③接收器返回響應(yīng)信號(hào)數(shù)據(jù)發(fā)送器可以連續(xù)發(fā)送多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，但是每發(fā)送一個(gè)字節(jié)（8個(gè)位）數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接收器必須返回一位響應(yīng)信號(hào)。響應(yīng)信號(hào)位若為低電平則規(guī)定為應(yīng)答響應(yīng)位（簡(jiǎn)稱ACK），表示數(shù)據(jù)接收器接收該字節(jié)數(shù)據(jù)成功；響應(yīng)信號(hào)位若為高電平則規(guī)定為非應(yīng)答響應(yīng)位（簡(jiǎn)稱NACK），表示數(shù)據(jù)接收器接收該字節(jié)數(shù)據(jù)失敗。如果數(shù)據(jù)接收器是主機(jī)，則在它收到最后一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后，返回一個(gè)非應(yīng)答位，通知數(shù)據(jù)發(fā)送器結(jié)束數(shù)據(jù)發(fā)送，接著主機(jī)向總線發(fā)送一個(gè)停止通信信號(hào)結(jié)束通信過程。5.3.2AT24C02簡(jiǎn)介（1）芯片概述AT24Cxx是美國(guó)Atmel公司出品的串行E2PROM系列芯片，xx表示不同的容量。比如本次任務(wù)用到的AT24C02，表示其總?cè)萘繛?KBits（256Bytes）。AT24C02的工作電壓范圍為1.8V~6.0V，能適應(yīng)目前市面上主流的3.3V和5.0V工作電壓的單片機(jī)。值得注意的是，工作電壓越高，相應(yīng)的工作頻率也越高，典型工作電壓3.3V和5.0V對(duì)應(yīng)的工作頻率分別是標(biāo)準(zhǔn)模式100kHz和快速模式400kHz。8個(gè)引腳的功能如下表。其中，引腳1~3參與構(gòu)成AT24C02在I2C總線上的地址。地址高四位固定1010B，低四位最低位在總線“寫”命令中固定為0，在總線“讀”命令中固定位1，余下三位就由引腳1~3的電平?jīng)Q定。換言之，同一條I2C總線上，最多只能掛載8個(gè)AT24C02。引腳序號(hào)名稱功能引腳序號(hào)名稱功能8VCC電源正極5SDA雙向數(shù)據(jù)線4GND電源負(fù)極1A0地址線（低位）7WP空引腳2A1地址線（中間位）6SCL時(shí)鐘輸入線3A2地址線（高位）（2）芯片的讀寫時(shí)序AT24C02的讀寫方式有：①寫入字節(jié)（ByteWrite）、②寫入頁（PageWrite）、③讀當(dāng)前地址（CurrentAddressRead）、④隨機(jī)讀取（RandomRead）和⑤連續(xù)讀?。⊿equentialRead）五種方式。這里僅介紹寫入字節(jié)和隨機(jī)讀取兩種。①寫入字節(jié)時(shí)序?qū)懭胱止?jié)即向AT24C02寫入一個(gè)字節(jié)。②隨機(jī)讀取時(shí)序5.3.3任務(wù)程序的編寫STM32F103R6本身自帶一個(gè)I2C通信模塊，但是在實(shí)際應(yīng)用中也有一部分工程師會(huì)選擇使用GPIO引腳模擬I2C的時(shí)序，這樣做的好處是程序代碼便于在不同的處理器上進(jìn)行移植。工程圖形化配置中，GPIO引腳的分配如圖5-12所示，用PB6、PB7分別模擬I2C總線的時(shí)鐘線SCL、數(shù)據(jù)線SDA。程序采用典型的模塊化設(shè)計(jì)方式，將I2C總線時(shí)序模擬和AT24C02操作代碼分別寫在“vI2C.h”、“AT24C02.h”兩個(gè)頭文件中。

（現(xiàn)場(chǎng)操作演示…）技能訓(xùn)練（選做）：

將原圖中AT24C02的地址線A0、A1、A2分別接到高電平，重新完成本次任務(wù)。Tobecontinued...5.3串行OLED顯示器的使用能力目標(biāo)：

在了解I2C總線通信規(guī)則的基礎(chǔ)上，掌握使用OLED顯示器顯示常用字符的方法，并能編寫相應(yīng)的STM32程序。任務(wù)要求：仿真電路如圖所示，要求在屏幕第一行顯示“Helloworld!”，在屏幕第二行顯示一個(gè)動(dòng)態(tài)循環(huán)遞增的二位十進(jìn)制數(shù)字0~99，數(shù)字變化的時(shí)間間隔為0.5秒。5.3.1OLED顯示器簡(jiǎn)介（1）OLED技術(shù)概述OLED（OrganicLight-EmittingDiode，有機(jī)發(fā)光二極管），顧名思義，其本質(zhì)上是一種特殊的發(fā)光二極管，是一種利用多層有機(jī)薄膜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生電致發(fā)光的器件。與LCD顯示器相比，OLED顯示器技術(shù)更加新穎，具備外形輕薄、亮度高、功耗低、響應(yīng)快、清晰度高、柔性好、發(fā)光效率高等優(yōu)點(diǎn)，目前在手機(jī)屏幕、計(jì)算機(jī)顯示器、游戲掌機(jī)屏幕等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。（2）OLED12864顯示器OLED12864是一種單色顯示的小尺寸顯示器，屏幕尺寸僅0.96吋，具有128×64的分辨率，其正面（左）與反面（右）的照片分別如下圖所示。OLED12864采用3.3~5V寬電壓供電，適用于包括MCS-51、STM32在內(nèi)的各種主流單片機(jī)。OLED12864可視角度能達(dá)到160°，因?yàn)镺LED12864從本質(zhì)上來說是一種高密度發(fā)光二極管點(diǎn)陣顯示器，所以不需要背光設(shè)計(jì)，僅靠點(diǎn)陣自身發(fā)光即可滿足顯示需求。（3）顯示驅(qū)動(dòng)方式

OLED12864采用SSD1306進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，支持8位6800/8080串并聯(lián)接口、I2C與SPI串行接口，本教材僅介紹其中的I2C通信方式。顯示器在出廠的時(shí)候僅預(yù)留了I2C通信接口的4個(gè)引腳——電源正極VCC、電源負(fù)極GND、時(shí)鐘引腳SCL、數(shù)據(jù)引腳SDA。

SSD1306內(nèi)置GDDRAM（GraphicDisplayDataRAM，圖形顯示數(shù)據(jù)RAM），其結(jié)構(gòu)如下圖所示，分為8個(gè)頁（PAGE0~PAGE7），每頁128個(gè)字節(jié)（SEG0~SEG127），共計(jì)128*64bits，每個(gè)bit與OLED屏的像素一一對(duì)應(yīng)，需要OLED屏哪個(gè)像素點(diǎn)發(fā)光，則向?qū)?yīng)的GDDRAM位中寫入1即可，反之寫入0。

在I2C通信模式下，由單片機(jī)作為通信主機(jī)與作為從機(jī)的SSD1306通信數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)如下圖所示。

主機(jī)單向發(fā)送數(shù)據(jù)包給從機(jī)即可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)OLED顯示器的控制，該過程無需從機(jī)響應(yīng)。表格1：SSD1306命令字節(jié)——基本命令（D/C#=0，R/W#（WR#）=0，E（RD#=1）除非有特殊說明，所有命令表均適用）序號(hào)HEX命令描述181HA[5:0]設(shè)置對(duì)比度雙字節(jié)命令，第一個(gè)字節(jié)為命令，第二個(gè)字節(jié)為參數(shù)，通過低六位設(shè)定，缺省值7FH。（后面還有若干雙字節(jié)命令，不再贅述。）2A6H/A7H設(shè)置正常/逆顯示A6H：正常顯示（缺?。?；A7H：逆顯示。3AEH/AFH設(shè)置顯示關(guān)/開AEH：關(guān)顯示（缺?。?；AFH：正常顯示。表格2：SSD1306命令字節(jié)——尋址設(shè)置命令序號(hào)HEX命令描述100H~0FH設(shè)置頁面尋址方式的列起始地址（低四位）設(shè)置列起始地址的低四位，使用低四位進(jìn)行設(shè)定，復(fù)位值0000B。210H~1FH設(shè)置頁面尋址方式的列起始地址（高四位）設(shè)置列起始地址的高四位，使用低四位進(jìn)行設(shè)定，復(fù)位值0000B。3B0H~B7H設(shè)置頁面尋址方式的起始頁地址使用低三位設(shè)置GDDRAM頁面的起始地址（PAGE0~PAGE7）。表格3：SSD1306命令字節(jié)——硬件配置命令序號(hào)HEX命令描述140H~7FH設(shè)置顯示起始行設(shè)置顯示起始行0~63，D6位固定為1，通過低六位設(shè)定[5:0]，復(fù)位值000000B。2A0H/A1H設(shè)置段重映射A0H：列地址0映射到SEG0（缺?。籄1H：列地址127映射到SEG0。3A8HA[5:0]設(shè)置復(fù)用率第二個(gè)字節(jié)為參數(shù)，若參數(shù)取值N，則比例為N+1（比如，參數(shù)設(shè)定63D，比例即為64D），比例范圍16~64，即參數(shù)取值0FH~3FH（復(fù)位值）。此命令用于將默認(rèn)的64復(fù)用率更改至任何范圍為16~64的值，COM0~COM63輸出將切換到設(shè)定的輸出信號(hào)。4C0H/C8H設(shè)置COM輸出掃描方向C0H：正向掃描，從COM0向COM[N-1]掃描（缺省）；C8H：反向掃描，從COM[N-1]向COM0掃描。N即為上一條指令中的復(fù)用率。此指令一旦執(zhí)行，屏幕將會(huì)立刻垂直翻轉(zhuǎn)。5D3HA[5:0]設(shè)置顯示偏移第二個(gè)字節(jié)用于設(shè)置屏幕起始行，通常設(shè)置為00H，即無偏移。此指令用于設(shè)置列信號(hào)引腳配置來適應(yīng)OLED面板的硬件布局。6DAHA[5:4]設(shè)置COM引腳硬件配置A[4]=0，順序COM腳配置；A[4]=1，可變COM腳配置（缺?。?；A[5]=0，禁用COM左右重映射（缺?。?；A[5]=1，啟用COM左右重映射。表格4：SSD1306命令字節(jié)——時(shí)間和驅(qū)動(dòng)方案設(shè)置命令序號(hào)HEX命令描述1D5HA[7:0]設(shè)置顯示時(shí)鐘分頻系數(shù)與振蕩頻率A[3:0]，分頻系數(shù)=A[3:0]+1，復(fù)位值0000B，分頻系數(shù)即為1；A[7:4]，振蕩頻率為0000B~1111B，缺省值1000B（即8MHz）。2D9HA[7:0]預(yù)充電周期（包括放電周期）[3:0]，放電周期，取值0001B~1111B，缺省2H；[7:4]，預(yù)充電周期，取值0001B~1111B，缺省2H3DBHA[6:4]設(shè)置VCOMH取消選定電平A[6:4]HEX數(shù)值VCOMH取消選定電平000B00H~0.65×VCC010B20H~0.77×VCC（缺?。?11B30H~0.83×VCC表格5：SSD1306命令字節(jié)——電荷泵命令序號(hào)HEX命令描述18DHA[7:0]電荷泵設(shè)置8DH：電荷泵設(shè)置14H：使能電荷泵AFH：開顯示（4）顯示字符的設(shè)計(jì)

OLED12864是一種高密度發(fā)光二極管點(diǎn)陣顯示器，理論上可以顯示任何字符與圖案，可以手動(dòng)編輯顯示數(shù)據(jù)用于記錄顯示器各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的亮滅狀態(tài)，但實(shí)際上人們常常會(huì)借助于專門的取字模軟件來建立顯示數(shù)組，比如PCtoLCD2002。

打開PCtoLCD2002并新建一個(gè)8×16的圖案，如右圖所示。

不妨以上述“P”字點(diǎn)陣數(shù)據(jù)為例，我們不妨采用畫格子的方式來還原這組數(shù)據(jù)代表的含義，“1”用黑色填充表示，“0”則用空白表示，如下圖所示，左圖是原始數(shù)據(jù)點(diǎn)陣圖，右圖是分割、拼接、旋轉(zhuǎn)之后的點(diǎn)陣圖。5.3.2任務(wù)程序的編寫

（現(xiàn)場(chǎng)操作演示…）技能訓(xùn)練（選做）：

修改任務(wù)“4.9RTC的時(shí)鐘設(shè)計(jì)”，將時(shí)間顯示由串口輸出改為OLED顯示。Tobecontinued...5.4串行溫度傳感器TC72的使用江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能工程學(xué)院能力目標(biāo)：

在了解SPI總線通信規(guī)則的基礎(chǔ)上，掌握讀寫溫度傳感器芯片TC72讀寫數(shù)據(jù)的方法，并能編寫相應(yīng)的STM32程序。任務(wù)要求：仿真電路如圖所示，單片機(jī)每隔1秒鐘讀取一次溫度傳感器TC72的溫度值，并通過串口將讀取的溫度值發(fā)送出去。串口通信參數(shù)：19200-N-1。5.4.1SPI總線簡(jiǎn)介（1）SPI總線概述

SPI（SerialPeripheralInterface，串行外設(shè)接口）是美國(guó)Motorola公司推出的一種同步串行通信接口，用于微處理器與外圍芯片之間的串行連接。SPI目前已成為一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，世界各大半導(dǎo)體公司均推出帶有SPI接口的微處理器與外圍器件。SPI采用主從式通信模式，通常為一主多從結(jié)構(gòu)，通信時(shí)鐘由主機(jī)控制，在時(shí)鐘信號(hào)的作用下，數(shù)據(jù)先傳送高位，再傳送低位。Motorola公司沒有規(guī)定SPI協(xié)議的通信速度，因此通信速度應(yīng)根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目中主機(jī)和從機(jī)的通信能力而定。（2）接口定義SPI通信至少需要4根線：●SCLK，時(shí)鐘線，用于提供通信所需的時(shí)鐘基準(zhǔn)信號(hào)；●MOSI，主出從入數(shù)據(jù)線，對(duì)于主機(jī)而言作為數(shù)據(jù)輸出總線，對(duì)于從機(jī)而言作為數(shù)據(jù)輸入總線；●MISO，主入從出數(shù)據(jù)線，對(duì)于主機(jī)而言作為數(shù)據(jù)輸入總線，對(duì)于從機(jī)而言作為數(shù)據(jù)輸出總線；●，片選信號(hào)，低電平有效。但本次任務(wù)涉及的TC72例外，有效電平為高電平。如圖所示為一主多從SPI總線硬件連接示意圖。（3）通信時(shí)序SPI通信的工作時(shí)序有四種，如所示，具體由CPHA（ClockPhase，時(shí)鐘相位）和CPOL（ClockPolarity，時(shí)鐘極性）決定。CPHA=0時(shí)的SPI工作時(shí)序CPHA=1時(shí)的SPI工作時(shí)序CPHA和CPOL的作用為：●CPHA，CPHA=0時(shí)，信號(hào)采樣時(shí)刻為兩個(gè)空閑狀態(tài)之間的第一個(gè)邊沿；CPHA=1時(shí)，信號(hào)采樣時(shí)刻為兩個(gè)空閑狀態(tài)之間的第二個(gè)邊沿?！馛POL，CPOL=0時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)SCK空閑為低電平；CPOL=1時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)SCK空閑為高電平。因此，SPI的四種通信模式總結(jié)如下表所示。通信模式CPHACPOL說明MODE000SCK空閑為低電平，上升沿時(shí)刻采樣MODE110SCK空閑為低電平，下降沿時(shí)刻采樣MODE201SCK空閑為高電平，下降沿時(shí)刻采樣MODE311SCK空閑為高電平，上升沿時(shí)刻采樣5.4.2TC72簡(jiǎn)介TC72是美國(guó)MicroChip公司出品的串行溫度傳感芯片，兼容SPI接口，溫度測(cè)量范圍為-55~+125℃，分辨率為10位（0.25℃/Bit）。TC72的工作電壓為2.65~5.5V，能適應(yīng)目前市面上主流的3.3V和5.0V工作電壓的單片機(jī)。TC72芯片引腳排序及實(shí)物如下圖所示。8個(gè)引腳的功能分別如下表所示。引腳序號(hào)名稱功能引腳序號(hào)名稱功能8VDD電源正極6SDI數(shù)據(jù)輸入線4GND電源負(fù)極5SDO數(shù)據(jù)輸出線2CE片選線（高電平有效）1NC空引腳3SCK時(shí)鐘輸入線7NC空引腳TC72的工作模式有：●連續(xù)轉(zhuǎn)換模式（ContinuousConversionMode），每隔約150毫秒進(jìn)行一次溫度轉(zhuǎn)換；●單次轉(zhuǎn)換模式（One-ShotMode），轉(zhuǎn)換一次后就進(jìn)入省電模式。TC72的寄存器格式如下表所示。TC72的溫度值轉(zhuǎn)換結(jié)果采用左對(duì)齊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式，高字節(jié)存放溫度值的整數(shù)部分，最高位T9為符號(hào)位，低字節(jié)高兩位存放溫度值的小數(shù)部分，數(shù)據(jù)以補(bǔ)碼形式存放。寄存器讀地址寫地址B7B6B5B4B3B2B1B0控制0x000x80000單次010關(guān)斷溫度LSB0x01N/AT1T0000000溫度MSB0x02N/AT9T8T7T6T5T4T3T2制造商ID0x03N/A010101005.4.3任務(wù)程序的編寫STM32F103R6本身自帶一個(gè)SPI通信模塊，但是在實(shí)際應(yīng)用中也有一部分工程師會(huì)選擇使用GPIO引腳模擬SPI的時(shí)序，這樣做的好處是程序代碼便于在不同的處理器上進(jìn)行移植，這一點(diǎn)與上一個(gè)任務(wù)中學(xué)習(xí)的I2C類似。首先是工程的圖形化配置，如右圖所示。然后設(shè)定串口USART1，一鍵生成初始化代碼后進(jìn)入編程界面接著完成代碼的編寫。（現(xiàn)場(chǎng)操作演示…）技能訓(xùn)練（選做）：

將TC72單次轉(zhuǎn)換修改為連續(xù)轉(zhuǎn)換，比較其轉(zhuǎn)換效果有何不同。Tobecontinued...5.5串行DACMCP4921的使用能力目標(biāo)：

掌握控制DAC芯片MCP4921輸出電壓的方法，并能編寫相應(yīng)的STM32程序。任務(wù)要求：仿真電路如下圖所示，單片機(jī)控制MCP4921以1秒周期輸出正弦波，正弦波波動(dòng)范圍0~3.3V。5.5.1MCP4921簡(jiǎn)介單片機(jī)控制系統(tǒng)中，有時(shí)會(huì)涉及到一些需要通過模擬量信號(hào)控制的執(zhí)行器（比如變頻器、電動(dòng)閥門等），這就需要用到數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DigitaltoAnalogConverter，簡(jiǎn)稱DAC），單片機(jī)將計(jì)算得到的數(shù)字量控制信號(hào)通過DAC轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)后控制執(zhí)行器做出相應(yīng)的動(dòng)作。本次任務(wù)選擇了獨(dú)立的DAC芯片，其型號(hào)是MCP4921，如下圖所示。MCP4921是美國(guó)MicroChip公司出品的串行12位DAC芯片，兼容SPI接口，最大通信頻率20MHz，一次轉(zhuǎn)換時(shí)間4.5μs，工作電壓2.7~5.5V，能適應(yīng)目前市面上主流的3.3V和5.0V工作電壓的單片機(jī)。8個(gè)引腳的功能分別如下表所示。MCP4921只有數(shù)據(jù)輸入，沒有數(shù)據(jù)輸出，單片機(jī)僅需將12位數(shù)字量連同4位配置信息一共16位數(shù)據(jù)一起打包發(fā)送給DAC，DAC隨即開始數(shù)模轉(zhuǎn)換過程，通信數(shù)據(jù)格式如表所示。

（表格往后翻頁→）引腳序號(hào)名稱功能引腳序號(hào)名稱功能1VDD電源正極2片選線（低電平有效）7VSS電源負(fù)極3SCK時(shí)鐘輸入線6VREF參考電壓4SDI數(shù)據(jù)輸入線5同步輸入控制8VOUT模擬量電壓輸出正極每一個(gè)配置位的含義如下：●，該位只能選0，因?yàn)镸CP49xx系列DAC中有些型號(hào)具有兩個(gè)DAC通道，通過0或1選擇通道A或B，但MCP4921僅有A通道；●BUF，VREF輸入緩沖器控制位，設(shè)1時(shí)緩沖，設(shè)0時(shí)未緩沖；●，輸出增益選擇位，設(shè)1時(shí)無增益，設(shè)0時(shí)兩倍增益；●，待機(jī)模式設(shè)置位，設(shè)1時(shí)不進(jìn)入待機(jī)模式，設(shè)0時(shí)進(jìn)入待機(jī)模式。高字節(jié)MSB低字節(jié)LSB配置位數(shù)據(jù)位BUFB11B10B9B8B7B6B5B4B3B2B1B05.5.2任務(wù)程序的編制MCP4921是一個(gè)12位DAC，因此輸入數(shù)字量的范圍是0x000~0x3FF，輸出模擬量電壓范圍從0~VREF，即無法輸出負(fù)電壓。為了輸出完整的正弦曲線，不妨將正弦波曲線沿縱軸（電壓/數(shù)字量）正向移動(dòng)，確保波谷也位于橫軸（時(shí)間）上方。

正弦波計(jì)算公式：

為了提高單片機(jī)CPU的執(zhí)行效率，此處使用查表法，在1秒內(nèi)，每隔0.02秒計(jì)算一次采樣值，可以利用excel進(jìn)行計(jì)算，如圖。

計(jì)算結(jié)果如圖。與任務(wù)5.4相同，分別將單片機(jī)的PA4、PA5、PA7設(shè)為片選線、時(shí)鐘線、MOSI線，引腳設(shè)定參數(shù)可參照任務(wù)5.4，由于MCP4921沒有SDO引腳，因此不需要使用單片機(jī)的PA6引腳。（現(xiàn)場(chǎng)操作演示…）技能訓(xùn)練：

嘗試輸出不同的曲線，比如鋸齒波、三角波等。Tobecontinued...5.6直流電動(dòng)機(jī)的控制能力目標(biāo)：

理解H橋電路的工作原理，掌握H橋芯片L298的使用方法，并能編寫基于L298的直流電動(dòng)機(jī)的STM32驅(qū)動(dòng)程序。任務(wù)要求：仿真電路如圖所示，要求通過五只按鈕控制直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，五只按鈕的作用分別是：電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)、電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)、電動(dòng)機(jī)停止、電動(dòng)機(jī)加速和電動(dòng)機(jī)減速，其中電動(dòng)機(jī)加速/減速實(shí)則以10%的PWM占空比為遞增/遞減量。5.6.1直流電動(dòng)機(jī)與H橋電路直流電動(dòng)機(jī)是一種常見的動(dòng)力源，在很多情況下需要用到直流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)做各種復(fù)雜動(dòng)作，常需要直流電機(jī)能夠做正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如圖所示的H橋是一種常見的直流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路。正轉(zhuǎn)

反轉(zhuǎn)

制動(dòng)5.6.2雙H橋芯片L298市面上有許多種H橋芯片，這里介紹其中一種——L298。L298是ST公司（意法半導(dǎo)體公司）出品的一種雙H橋芯片，即片內(nèi)集成兩個(gè)獨(dú)立的H橋，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩只最高電壓46V、最大電流2A直流電動(dòng)機(jī)。如左下圖所示為L(zhǎng)298的兩種封裝形式。如右圖所示電路是L298的一種典型應(yīng)用電路，控制信號(hào)為5VTTL電平，驅(qū)動(dòng)電壓為5V～46V，控制電路由Vss供電，驅(qū)動(dòng)電路由Vs供電。L298各引腳功能：●ENA引腳為H橋A的使能引腳，當(dāng)ENA接高電平時(shí)，使能H橋A，而當(dāng)ENA接低電平時(shí)，禁止H橋A。實(shí)際使用中，往往將該引腳連接PWM信號(hào)用于調(diào)節(jié)H橋A控制的直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?！馝NB引腳為H橋B的使能引腳，功能與ENA類似，不再贅述。●ISENA引腳為H橋A的驅(qū)動(dòng)檢測(cè)引腳，用來做過流檢測(cè)反饋給控制器形成閉環(huán)以穩(wěn)定電機(jī)轉(zhuǎn)速，具體應(yīng)用可參考相關(guān)技術(shù)文檔。一般不用可直接接地?！馡SENB引腳為H橋B的驅(qū)動(dòng)檢測(cè)引腳，功能與ISENA類似，不再贅述?！馡N1～I(xiàn)N4為兩個(gè)H橋的方向控制信號(hào)輸入端，其中IN1、IN2控制H橋A，IN3、IN4控制H橋B，具體如下表所示。（

H表示高電平，L表示低電平；Motor1表示H橋A控制的直流電動(dòng)機(jī)，Motor2表示H橋B控制的直流電動(dòng)機(jī)。）IN1IN2Motor1狀態(tài)IN3IN4Motor2狀態(tài)LL停止LL停止LH正轉(zhuǎn)LH正轉(zhuǎn)HL反轉(zhuǎn)HL反轉(zhuǎn)HH停止HH停止●OUT1～OUT4為兩個(gè)H橋的輸出端，用來連接兩只直流電動(dòng)機(jī)。其中OUT1、OUT2用來連接Motor1，OUT3、OUT4用來連接Motor2。

電路中的8只整流二極管作用是防止電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向改變時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流打壞L298芯片，仿真無需考慮這個(gè)問題。

值得注意的是，L298的控制電路的工作電壓是5V，而STM32的工作電壓只有3.3V，為了讓L298能正確識(shí)別STM32發(fā)出的控制信號(hào)，采用實(shí)物驗(yàn)證時(shí)，務(wù)必①選擇具備“FT”特性的GPIO引腳，并②將引腳設(shè)為開漏模式并外接上拉電阻到5V電源正極。5.6.3任務(wù)程序的編寫首先是工程的圖形化配置，包括串口的設(shè)置、外部中斷的設(shè)置、PWM輸出的設(shè)置及GPIO的設(shè)置，其中GPIO選擇具備“FT”特性的PC8、PC9，均設(shè)為開漏模式，如下圖所示。

PWM輸出的設(shè)置請(qǐng)參考任務(wù)4.5，但需要進(jìn)一步修改PWM輸出引腳PC7為開漏模式，如所示。圖形化配置完成后，一鍵生成初始化代碼后進(jìn)入編程界面接著完成代碼的編寫。（現(xiàn)場(chǎng)操作演示…）技能訓(xùn)練（選做）：

嘗試以L298的通道2驅(qū)動(dòng)